Modelo Térmico Para Calculo De Disipadores, Transistores

CONSIDERACIONES TÉRMICAS

Introducción
 Todos los semiconductores tienen un límite superior para la temperatura de unión (TJ) usualmente entre 150°C y 175°C ió ), l 175°C.  Así como los voltajes de alimentación máximos, la temperatura de unión máxima no debe ser excedida.  La potencia máxima que puede ser disipada en forma segura está asociada a la temperatura de unión del semiconductor. La máxima temperatura de unión segura para los dispositivos está determinada por la transferencia de calor a través del material del encapsulamiento.  El exceso temporal d máxima temperatura d unión puede causar l l de á i de ió d la degradación en el desempeño del dispositivo y su posterior destrucción. La vida útil del semiconductor está inversamente relacionada con la temperatura de unión deoperación.

Definiciones Básicas y Analogía Eléctrica g
Resistencia térmica:
Es la propiedad de los materiales de oponerse a la transmisión de calor entre dos puntos con diferentes temperaturas. El símbolo θ se usa para denotar la resistencia térmica. La resistencia térmica se expresa en unidades de °C/watt (°C/W). La resistencia térmica es función del tipo de semiconductor y cápsula(plástico, cerámico, p p (p , , metálica) La diferencia de temperatura (ΔT) en °C entre dos puntos con una resistencia térmica θ y una disipación de potencia PD (en vatios), se puede expresar como: ΔT = PD × θ De esta ecuación se deduce la equivalencia entre el modelo térmico y el circuito eléctrico: Modelo Térmico Temperatura (°C) Potencia disipada (W) Resistencia térmica (°C/W) Circuito Eléctrico Voltaje(V) Corriente (A) Resistencia eléctrica (Ω)

Resistencias Térmicas

ΔTJA = TJ -TA = P × θJA ΔTJA = P×(θJC +θCA ) ( θJA = (θJC +θCA )

TJ: Temperatura de la unión del semiconductor (°C) ( C) TC: Temperatura del encapsulamiento (“case”) (°C) TA: Temperatura del ambiente θJA : Resistencia térmica unión-ambiente θJC : R i Resistencia térmica unión-encapsulamiento i é i ió l i θCA : Resistenciatérmica encapsulamiento-ambiente

Tipos de Empaques p p q

Resistencia Térmica Unión-Empaque-Ambiente p q

Curvas de Degradación g
PD PDMÁX PD PDMÁX

La L curva d d de degradación es proporcionada por el f b i d ió i d l fabricante d l transistores d de los i de potencia. La curva de degradación es simplemente una gráfica de la máxima disipación de potencia permitida en función de latemperatura del encapsulado o de la temperatura ambiente ambiente.

Disipadores de Calor p
Heat sink: Disipador o radiador de calor. El di i d es un di disipador dispositivo que se usa para reducir l resistencia té i d l iti d i la i t i térmica del semiconductor con el fin de aumentar su transferencia de calor hacia el ambiente.

Detalle de Montaje del Disipador j p

Ejemplos deDisipadores j p p

Ejemplos de Disipadores. Cont: j p p

Ejemplos de Disipadores. Cont: j p p

Resistencia Térmica Empaque-Disipador p q p

Modelo Térmico con el Disipador p
TS = Temperatura del disipador θCS = Resistencia térmica grasa silicona g θSA = Resistencia térmica del disipador θCS + θSA >> θCA  (θCS + θSA)//θCA ≈ θCS + θSA TJ θJC θJC θCS PD TC θCA θSA TC θCS TS θSA TA TA

TJ

PD

Ejemplo 1 j p
Hallar la máxima temperatura de la unión y la resistencia térmica uniónencapsulado.
Solución: La curva muestra una disipación de potencia permitida igual a cero para TC = 200 °C. Por tanto la C. tanto, máxima temperatura de la unión es TJmax = 200 °C. Cuando la temperatura del encapsulado es de 25 °C, la disipación de potencia permitida es de 40 W. Así, tenemosEjemplo 2 j p
Un dispositivo tiene una disipación nominal máxima de potencia de 40 W con una temperatura del encapsulado de 25 °C La temperatura máxima permitida para la unión es C. de TJmax = 200 °C. La resistencia térmica encapsulado-disipador es de 1 °C/W, y la resistencia térmica disipador-ambiente es de 5 °C/W. La temperatura ambiente es de 50 °C. Hallar la máxima disipación de potencia...