Calculo de disipadores de calor

Disipadores térmicos

Propagación del calor Analogía eléctrica Cálculo de disipadores Ejemplo de cálculo Grandes radiadores Varios transistores en un radiador Tablas de resistencias térmicas Links de información general

radiadores de extrusión Introducción.- Las potencias manejadas por los dispositivos semiconductores, transistores, TRIAC, MOSFET, Reguladores de tensión, etc., es en muchoscasos de una magnitud considerable. Además, el problema se agrava teniendo en cuenta que el tamaño de tales dispositivos es muy pequeño, lo que dificulta la evacuación del calor producido. Un cuerpo que conduce una corriente eléctrica pierde parte de energía en forma de calor por efecto Joule. En el caso de los semiconductores, se manifiesta principalmente en la unión PN, y si la temperaturaaumenta lo suficiente, se produce la fusión térmica de la unión, inutilizando el dispositivo. Los dispositivos de potencia reducida, disipan el calor a través de su encapsulado hacia el ambiente, manteniendo un flujo térmico suficiente para evacuar todo el calor y evitar su destrucción. En los dispositivos de más potencia, la superficie del encapsulado no es suficiente para poder evacuar adecuadamenteel calor disipado. Se recurre para ello a los radiadores (heatsinks), que proporcionan una superficie adicional para el flujo térmico.

Propagación del calor.- El calor se transmite mediante tres formas conocidas: radiación, convección y conducción. Por radiación recibimos los rayos del Sol. La radiación no necesita un medio material para propagarse, puede hacerlo a través del vacío. Todo cuerpocon una temperatura superior a los cero grados
1

absolutos (kelvin) produce una emisión térmica por radiación, pero en el caso que nos ocupa es de una magnitud despreciable, y por tanto no se tiene en cuenta la emisión por radiación. La convección es un fenómeno que atañe a fluidos, tales como el aire o el agua. Favorece la propagación del calor en estos cuerpos, que son de por sí muy buenosaislantes térmicos. Un cuerpo caliente sumergido en aire, hace que las capas próximas al mismo se calienten, lo que a su vez ocasiona una disminución de su densidad, y por esto se desplazará esta masa de aire caliente hacia estratos más elevados dentro del recinto. Inmediantamente, el "hueco" que ha dejado este aire es ocupado por aire más frío, y así se repite el ciclo, generando corrientesconvectivas que facilitan el flujo térmico. Este mismo fenómeno se da en el agua, o cualquier líquido o gas. La transmisión por conducción se manifiesta más obviamente en cuerpos sólidos. Curiosamente los cuerpos que son buenos conductores eléctricos, también lo son térmicos, y se explica a nivel subatómico. El cobre, la plata, níquel, aluminio, oro, etc., son excelentes conductores. Si aplicamos unallama a una barra de cobre, enseguida notaremos el calor por el extremo que lo agarramos. Este calor se ha propagado por conducción.

En la disipación de calor de los semiconductores, solamente consideramos los dos últimos tipos de propagación: convección y conducción.

Analogía eléctrica.- Se puede establecer una correspondencia entre la Ley de Ohm y la propagación térmica mediante lasiguiente tabla de equivalencias: analogía térmica - Ley de Ohm intensidad ( I ) tensión ( V ) resistencia ( R ) V = IR calor ( W ) temperatura ( T ) resist. térmica ( R ) T = WR

Las unidades son W (watios), T (°C, grados centígrados) y R (°C/W)

T = Tj-Ta = W (Rjc + Rcd + Rda) Tj = temp. de la unión
2

Ta = temp. ambiente Rjc = resist. térmica unión-cápsula Rcd = resist. térmicacápsula-disipador Rda = resist. térmica disipador-ambiente La asociación de resistencias térmicas es igual que la asociación de resistencias. En serie, sumamos los valores de cada R, de manera que la resistencia térmica equivalente es mayor que cada una de las resistencias por separado. Lógicamente, cuanto mayor es la resistencia térmica, mayor dificultad para el flujo de calor.

Cálculo del disipador.- La...