gggggg

Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura
Escuela de Ingeniería Electrónica
Departamento de Electrónica

ELECTRÓNICA III

DISIPACIÓN
DE POTENCIA
Federico Miyara

Segunda Edición - Año 2006
B26.00

Código interno de publicación: B26.00
Primera edición: 1989
Digitalización primera edición: Francisco S. López
Segunda edición corregida yampliada
Publicado en Internet
Rosario, Argentina
Año 2006
http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/disipa.pdf

DISIPACIÓN DE POTENCIA
1. Introducción
Debido al tamaño relativamente reducido de los transistores y otros
semiconductores de potencia, en general no son capaces de disipar toda la potencia que
producen sin calentarse excesivamente, con el consiguiente riesgo de destrucción. Poreste motivo es necesario acompañarlos de algún elemento que facilite la eliminación de
esa potencia. Tal es la función del disipador (heat sink).

2. Mecanismos de propagación del calor
El calor se transfiere de una zona del espacio a otra básicamente por tres
mecanismos: conducción, convección y radiación. La conducción es la difusión del
calor dentro de un medio material sin que hayadesplazamiento de materia. Es el
mecanismo predominante en los sólidos. Responde a la ecuación:
P = −K A

∂T
∂x

(1)

donde P es la potencia, o calor transferido por unidad de tiempo, K la conductividad
térmica, A el área de la sección transversal al flujo de calor, y ∂T /∂x el gradiente
térmico, que en general se supone constante, o se determina a partir de la conservación
de potencia.
Laconvección consiste en la propagación del calor por desplazamiento de
porciones de materia a distinta temperatura. Es el mecanismo predominante en los
líquidos y gases. El desplazamiento de materia puede realizarse espontáneamente
debido a los cambios de densidad que experimenta por variación de temperatura, o
puede producirse artificialmente, como al revolver un líquido o utilizar unventilador.
En el primer caso se tiene la convección libre y en el otro la convección forzada. La
convección libre desde una lámina a temperatura T1 al aire a temperatura T2 es:
P = h A (T1 − T2)1,25

(2)

donde h es una constante, A el área de la superficie, y P la potencia o calor transferido
por unidad de tiempo.
La radiación es la emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas dediversas longitudes de onda. Este mecanismo tiene vigencia en el vacío y en los medios
transparentes, como los gases en su mayoría. La energía radiada por unidad de tiempo
desde una superficie a una temperatura absoluta T1 al ambiente a una temperatura
absoluta T2 es:
P = e.A.σ.(T14 − T24)

B26.00

(3)

1

Electrónica III

Disipación de potencia

donde σ = 5,67 W/(m2K4), A es el áreay e el poder emisivo. El mayor poder emisivo
corresponde al cuerpo negro ideal, que tiene e = 1. Las superficies blancas y espejadas
tienen escaso poder emisivo.

3. Modelo simplificado de la transferencia de calor
Los mecanismos descriptos no se presentan aisladamente. En la mayoría de los
casos la propagación se produce por más de un mecanismo simultáneamente. Por
ejemplo la eliminaciónde calor de un disipador responde a la radiación y a la
convección, y el calentamiento de una habitación a través de una ventana obedece a los
tres mecanismos. El planteo del modelo matemático exacto conduce por lo general a
ecuaciones no lineales difíciles de resolver. Por ese motivo, a los fines prácticos se
plantea un modelo simplificado en el cual se equiparan todos los mecanismos al deconducción. Dados dos puntos a temperaturas T1 y T2, la potencia que fluye de T1 a T2
se calcula mediante:

P =

T1 − T2
,
RT

(3)(1)

donde RT es la llamada resistencia térmica. Cuando prevalece la conducción, RT es
aproximadamente constante y vale:
RT

=

l
,
kA

(4)

donde l es la longitud, A el área de la sección y k la conductividad térmica. Cuando los
mecanismos...