Calculo de disipadores

[micro_pepe]

Hola, os dejo unos apuntes de como calcular disipadores:

http://rapidshare.com/files/46358964/calculo_disipadores.rar.html

Necesitaba calcular uno, y encontre eso entre mis apuntes de un curso que hice de audio.

Me surge una pregunta sobre la temperatura que puede alcanzar un disipador, en otras ocasiones he utilizado disipadores, y al tacto alcanzan una temperatura considerable.
Por ejemplo una fuente de alimentación que compre en kit, de 50v y 3A, cuando la uso a 12V y 2A , el disipador se pone muy caliente. Pero nunca la he tenido tanto tiempo tiempo funcionando como para que se quemen los transistores, en el kit recomiendan que si se usa a 3A se ponga un disipador mayor del que traia, cosa que hice, pero aun así al tacto se pone quemando.

En los apuntes que dejo comentan añgo de esto, pero no dan numeros, me gustaria saber si por ejemplo 70ºC en un disipador es normal.

Saludos y gracias.

[ESTECA55]

Muy interesantes los apuntes, me vienen de 10 para el tema de los drivers de los pasoa  paso, suelo sobredimenionarlo para evitar roturas, peor me voy a poner a leer esto asi puedo utilizar los disipadores con un poco mas de criterio.

En los apuntes que dejo comentan añgo de esto, pero no dan numeros, me gustaria saber si por ejemplo 70ºC en un disipador es normal.

El tema de la temperatura no pasa por el disipador, sino por lo que este siendo refrigerado por el mismo, como ser un regulador, un transistor, mosfet o lo que fuere.

Por ejemplo en un L298, un driever utilizado generalmente para controlar los paso a paso la hoja de datos del mismo dice que aguanta una temperatura de hasta 150 ºC, pero puede entregar los 2A si la temp es menor o igual a 75 ºC.

Por eso tenes que tener en cuenta el integrado que estas usando, las temperaturas que agunta el mismo, y la potencia que estas pretendiendo disipar, otro ejemplo:



En ese caso un IRFZ44N, vemos que  puede soportar una temperatura de hasta 175 ºC, pero para obtener los 110 W la temp debe ser de 25 ºC.

Saludos

[Azicuetano]

Hola micro_pepe!

En uno de los equipos que he hecho necesitaba poner un radiador. A ver si mañana por la tarde puedo colgar la documentación que encontré en su día y los cálculos que realicé.

El elemento de potencia eran unos transistores y las temperaturas alcanzadas eran considerables.

A la hora de calcular el radiador tienes que tener en cuenta la temperatura ambiente a la que va a trabajar el equipo y la temperatura máxima que quieres que coja el radiador, si utilizas pasta térmica, o mica y un par de tonterias más (mañana concreto). El caso es que da gusto ver como la realidad es totalmente fiel a los cálculos. Todos los radiadores que he calculado analíticamente han funcionado con un error de +- 1 par de grados en la realidad.

El integrado que utilizaba tenía un máximo de 150 ºC y... hacerlo funcionar a 70 ºC no es ningún problema (escribí un correo al servicio de soporte técnico de Texas Instruments y ellos me aseguraron que siempre y cuando estuviera dentro de especificaciones no habría ningún problema). Evidentemente si lo hacemos trabajar a 80 ºC mucho mejor que si lo ponemos a 100 ºC, pero bueno, el tiempo de vida será aceptablemente prolongado.

En mi equipo con una Tª ambiente de unos 30ºC el radiador me alcanza unos 65ºC.

Mañana cuelgo todos los cálculos. A ver si algún otro colega se anima como ESTECA55 y nos intruye.


Un saludo desde Alicante.

[micro_pepe]

Hola, gracias por las respuestas.

El tema es que si quiero por ejemplo refrigerar un regulador lineal (78xx) se perfectamente la potencia que va a disipar, y calcular el disipador no es muy complejo.

Pero lo que quiero refrigerar es un regulador conmutado, en concreto este que postee aqui:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=18084.0

y no se como calcular la potencia que disipa el integrado.

Exagerando he calculado que en saturación tenga una caida de 2V, con una corriente de 5A, que darian 10W. A parte de la potencia que disipe el diodo, aunque es un sotky que no disipará mucha potencia.

Se me ocurre que midiendo la temperatura del disipador puedo saber si es el adecuado o no, pero necesitaria conocer numeros de temperatura.

Saludos.

[migsantiago]

Hola

Como nota cultural les dejo un link para disipar el calor de un Pentium4 a 5GHz usando nitrógeno líquido. Creo que ya había publicado esta noticia anteriormente 

http://www.tomshardware.com/2003/12/30/5_ghz_project/page2.html

[PalitroqueZ]

Mig ya había visto unos videos donde aplican el nitrogeno para aumentar el reloj, también hacian pruebas quitando el refrigerante y si vieran lo rápido que se quema un AMD, en solo segundos


links de referencias:

http://es.youtube.com/watch?v=AdbsnEYr0wA
http://es.youtube.com/watch?v=oPef-iuxpsY
http://es.youtube.com/watch?v=l5i1ZbTxYGQ


(la palabra clave es overclocking)

[migsantiago]

jaja el último es falso 

muy bueno el del intel dual core 

[micro_pepe]

Hola de nuevo, retomo el hilo con una duda, ¿como se calcula un disipador en el que se colocan dos transistores?

Si cada uno disipa por ejemplo 20w, ¿lo calculo para 40W como si fuese uno solo? o calculo para 20W y pongo un disipador de la mitad de lo calculado.

Si alguien lo sabe le agradeceria la información.

1saludo.

[elmasvital]

logicamente debes duplicar los calculos... en ves de disipar 20 watios debes calcular para disipar 40W.

[telmocho]

Buenas, ya no funciona el enlace de descarga. A ver si lo podéis volver a subir.

Tengo que disipar calor de un transistor SMD, y tenemos la intención de hacerlo en la misma placa, dejando al aire libre, sin la máscara verde. No sé si sabéis de algún sitio para mirar la extensión mínima necesaria, o de cómo buscar esto en inglés en el señor google.
Estoy empezando con esto de la electrónica.

Saludos.

[Blanca Sánchez]

Hola:

Ando molestando de nuevo... podrían restablecer el link por favor.
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Edito:

perdí este dato y ya me lo habían dado:

http://www.terra.es/personal2/equipos2/disipadores.htm
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Reedito:

http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/disipa.pdf
http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~eca2/Files/curvas%20disipadores.pdf

Gracias!

[micro_pepe]

No encuentro el archivo en cuestión que colgue en aquella ocasión, pero este link es muy bueno:

http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/semi/disipadores/index.php

1 saludo.

[5GTT]

He dibujado en el paint un esquema equivalente para que calculemos los dispadores.

La potencia disipada por el componente se simula como una fuente de corriente, la temperatura ambiente maxima a la que va a funcionar el dispositivo como una fuente de tension, luego hay tres resistencias, Rjc (juntion-case), es la de la union semiconductora al encapsulado del componente, Rcs resitencia termica entre el encapsulado y el dispador y Rs la resistencia termica del disipador.

Si calculamos la tension en los puntos que señalo como Tj, Tc y Ts tenemos las temperaturas de la union, del encapsulado y del dispador.

Normalmente el fabricante da una Tj maxima, con ese esuqema, en funcion de los datos que tengamos, podemos calcular lo que necesitemos.

[andros]

Hola 5GTT, aunque entiendo circuitalemte el modelo, no puedo conceptualizarlo con la realidad......, propongo algo.., porqué no usamos un ejemplo practico?.

Comparto una experiencia: La otra vez usé unos dispadores en una serie de transistores que utilizaba para generar una correiente de 100 Amperios, los transistores "supuestamente" soportaban 30 Amperior continuos..., , basado en esto hice un puente con 4 transistores (120 A) !y walá!..., morían como moscas..., parecía un dominó!....., me puse a ver el problema y noté que la corriente de colector máxima que soportaba bajaba muchísimo dependiendo de la temperatura, como a unos 20 A!!!!, recuerdo en ese entonces que me tocó hacer un puente de 7 transistores.... La cuestión es que puse unos disipadores grandísimos, eran 4 en forma de tunel, en 3 de ellos coloqué 2 transistores, además de un extractor y funcionó a la perfección.., sin embargo me quedó un mostruo de aparato y no me gustó eso  . Estoy seguro que podría reducir el tamaño del equipo a la mitad teniendo criterios para calcular los disipadores y darles el tamaño adecuado..., sin embargo no tengo idea de esto...., creo que esta sería una buena oportunidad, pues sería interesante ver la dependencia de la disipación de potencia y la geometría del disipador!.

Saludos.

[5GTT]

Por ejemplo, un transistor que aguante 30A puede ser un BUZ11.

Su hoja de caracteristicas es esta: http://www.ortodoxism.ro/datasheets/stmicroelectronics/2947.pdf

En ella vemos en el apartado "Thermal" que su Rthj-case es de 1.67 ºC/W (En mi dibujo es la Rjc)

Tambien nos dice que la Tj maxima que soporta es de 175ºC, nosotros hemos de calcular el disipador para que nunca alcance esa temperatura.

Bueno, pues cuando tengamos nuestro circuito, hemos de calcular cual es la potencia maxima que va a disipar nuestro transistor por las tecnicas habituales de calculo.  Imagina que lo hacemos trabajar de forma constante con un punto de trabajo de Id=30A y Vds=1V. Por lo tanto disipa Pd=30W.

Ahora vamos con la Rcs, es decir, con la resitencia termica que hay entre el encapsulado del transistor y el dispador. Es recomendable utilizar pasta termica con la de los procesadores del PC. Por ejemplo una muy buena es la Artic Silver5, cuya resistencia termica es segun el fabricante de <0.0045°C-in2/Watt (0.001 inch layer), para mas informacion http://www.arcticsilver.com/as5.htm Como ves depende de la superficie de contacto, "in2" son pulgadas cuadradas. Para facilitar los calculos, suponemos que el encapsulado esta en contacto con el dispador en una superficie de 1 pulgada cuadrada, con lo que la Rcs=0.0045°C/W

Ahora hemos de ver donde va a trabajar ese dispositivo, no es lo mismo que este dentro de un horno, que dentro de una nevera. Pongamos por ejemplo que esta en una habitacion donde la temperatura ambiente nuca va a sobrepasar los 40ºC. Entonces Ta=40ºC.

Con todos esos datos ya podemos calcular Rs.

Tj<Tjmax                                          Condicion para que no se funda

Tj = Pd*(Rjc + Rcs + Rs) + Ta            Calculo de Tj segun el esquema

Tjmax > Pd*(Rjc + Rcs + Rs) + Ta      Sustituimos

(Tjmax-Ta)/Pd - (Rjc + Rcs) > Rs        Y despejamos Rs

En nuestro caso Rs < 2.8455ºC/W

Con eso ya sabemos cual es la resistencia termica maxima que ha de tener nuestro disipador. Es cuestion de buscar en la tienda uno que se adapte a lo que hemos calculado.

Este es un modelo simplificado, que es valido en la gran mayoria de casos, lo suyo es sobredimensionar los datos y asi funcionara perfectamente aunque consuma algo mas o un dia en la habitacion haya 50ºC en lugar de 40.

Despues podriamos meternos con termodinamica y calcular un dispador por ventilacion forzada, con lo que reduciriamos su tamaño ñadiendo un ventilador.