{"id":4849,"date":"2009-03-18T17:16:03","date_gmt":"2009-03-18T16:16:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/?p=4849"},"modified":"2022-05-06T16:29:33","modified_gmt":"2022-05-06T14:29:33","slug":"los-disipadores-de-calor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/los-disipadores-de-calor","title":{"rendered":"Los disipadores de calor."},"content":{"rendered":"\r\n

INTRODUCCI\u00d3N.<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Los disipadores de calor son componentes met\u00e1licos normalmente de aluminio que, se utilizan para evitar que algunos dispositivos electr\u00f3nicos como, transistores bipolares, reguladores, ect. se calienten demasiado y se da\u00f1en.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

El calor que produce un dispositivo electr\u00f3nico en funcionamiento, no se transfiere con facilidad, lo que en incontables ocasiones produce da\u00f1os en el propio componente y sus alrededores, deteriorando incluso el soporte, por ese motivo es necesario dotar de alg\u00fan medio que absorba el calor producido, evitando as\u00ed que deteriore los componentes.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Para que un semiconductor disipe la potencia adecuada, hay que mantener la temperatura de la uni\u00f3n por debajo del m\u00e1ximo indicado por el fabricante.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

El paso de la corriente el\u00e9ctrica por un semiconductor, produce un aumento de la temperatura de la juntura o uni\u00f3n (Tj). Si se quiere mantener la temperatura a un nivel seguro, deberemos evacuar al exterior la energ\u00eda calor\u00edfica generada por la uni\u00f3n. Para que se produzca un flujo de energ\u00eda calor\u00edfica de un punto a otro, debe existir una diferencia de temperatura. El calor pasar\u00e1 del punto m\u00e1s caliente al m\u00e1s fr\u00edo, pero aparecen factores que dificultan dicho paso. A estos factores se les denomina, resistencias t\u00e9rmicas.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Algunos dispositivos son de pl\u00e1stico y otros met\u00e1licos. La juntura es el lugar donde se genera el calor, se encuentra localizado en la propia pastilla o \u00abchip\u00bb, se trata de una zona muy peque\u00f1a que puede alcanzar f\u00e1cilmente los 150\u00baC, lo que suele llevar a su propia destrucci\u00f3n por el efecto avalancha. De modo que, la uni\u00f3n o juntura entre el \u00abchip\u00bb y la c\u00e1psula (caja o carcasa) es importante mantenerla por debajo del m\u00e1ximo siempre. Este dato lo suministra el fabricante y depender\u00e1 del tipo de c\u00e1psula del dispositivo.<\/p>\r\n\r\n

\r\n
\"\"<\/a><\/figure>\r\n

Fig. 1<\/p>\r\n<\/div>\r\n\r\n

Cuando un circuito integrado funciona con una corriente apreciable, su temperatura de uni\u00f3n es elevada. Es importante cuantificar sus l\u00edmites t\u00e9rmicos, para alcanzar el funcionamiento aceptable y fiabilidad. Este l\u00edmite es determinado por la suma de las partes individuales que consisten en una serie de subidas de temperatura de la uni\u00f3n del semiconductor en funcionamiento ambiente. La figura que sigue, muestra la arquitectura de un circuito integrado y sus componentes resistivos t\u00e9rmicos descritos.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Los componentes que son met\u00e1licos, transfieren con m\u00e1s facilidad el calor que generan, debido a que disponen de una superficie mejor conductora del calor y por convecci\u00f3n dicho calor se transfiere al aire que los rodea. Al mismo tiempo estos dispositivos nos permiten realizar un mejor acoplamiento con otros elementos met\u00e1licos que a su vez absorben calor y adem\u00e1s permiten una mayor superficie de contacto con el aire que es el modo m\u00e1s econ\u00f3mico. Los hay muy sofisticados y pueden ir refrigerados por\u00a0efecto peltier<\/a><\/strong>, agua o aceite.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

C\u00c1LCULOS.<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\"\"\r\n
Fig. 2<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Ante lo expuesto, se puede afirmar que extrapolando los t\u00e9rminos, estamos ante una revisi\u00f3n de la Ley\u00a0de Ohm. En este caso la similitud con los t\u00e9rminos como temperaturas por tensiones, resistencias t\u00e9rmicas por resistencias \u00f3hmicas y flujo de calor por corriente el\u00e9ctrica, puede expresarse como sigue:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\r\n
\"suma<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

En la figura siguiente se muestra el tipo de curva de reducci\u00f3n de potencia que como ya se ha mencionado la suministra el fabricante, adem\u00e1s de unas caracter\u00edsticas y su s\u00edmbolo.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\r\n
\"\"<\/a>\r\n
Fig. 3<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Las caracter\u00edsticas de un disipador no solo dependen de un determinado perfil y de la superficie del mismo sino de la forma, el material, el color de la superficie y posici\u00f3n.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

CUANDO DEBEMOS USAR DISIPADOR.<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Utilizando la formula [2] podemos conocer cual es la potencia m\u00e1xima TJ<\/sub>\u00a0que puede disipar nuestro dispositivo sin disipador. Cuando la potencia que va disipar el dispositivo es\u00a0\u2265 (igual o mayor) que \u00e9sta, entonces es preciso utilizar un disipador.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Empezaremos por buscar algunos datos en su hoja de caracter\u00edsticas o data sheet, tal como:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

   - La temperatura m\u00e1xima de la uni\u00f3n que, depende del dispositivo Tj<\/sub><\/strong> m\u00e1xima, sin embargo, \r\nsiempre debemos trabajar con un margen de seguridad del 50%.     \r\n   - La resistencia t\u00e9rmica entre la uni\u00f3n y el aire ambiente Rjc<\/sub><\/strong>, tambi\u00e9n depende \r\ndel dispositivo (data sheet).   \r\n   - La resistencia t\u00e9rmica entre la c\u00e1psula y el disipador Rcd<\/sub><\/strong>, corresponde al \r\ncontacto entre la c\u00e1psula del dispositivo y el disipador.\r\n   - La resistencia t\u00e9rmica entre el disipador y el aire Rda<\/sub><\/strong>, es lo que debemos encontrar. \r\nEs la inc\u00f3gnita.\r\n<\/pre>\r\n\r\n\r\n\r\n
Por ejemplo:\u00a0 El dispositivo de nuestro circuito debe disipar 30W, los datos que hemos obtenido son:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
    Pd<\/sub><\/strong> = 25W\r\n    TJ<\/sub><\/strong> = 100 \u00b0C\r\n    TA<\/sub><\/strong> = 25 \u00b0C\r\n    RJC<\/sub><\/strong> = 1,52 \u00b0c\/w\r\n    RCD<\/sub><\/strong> = 0,12\u00b0c\/w<\/pre>\r\n\r\n\r\n\r\n
\"\"<\/a><\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n
 <\/p>\r\n
 <\/p>\r\n
\"\"<\/a><\/figure>\r\n
 <\/p>\r\n
 <\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
 <\/p>\r\n
Cuyo resultado es:\u00a0Rth<\/sub>\u00a0= 1\u201936 \u00baC\/W<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Se buscar\u00e1 en cat\u00e1logos de fabricantes de disipadores alg\u00fan disipador que tenga una resistencia t\u00e9rmica con el valor que acabamos de calcular. No se debe elegir nunca un disipador que tenga una resistencia t\u00e9rmica mayor, ya que esto implicar\u00eda aumentar gravemente la temperatura de juntura de trabajo, con consecuencias perjudiciales.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\u00a0\u00a0Otro ejemplo:<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Conociendo Rja<\/sub>, podemos calcular la temperatura aproximada que alcanzar\u00e1 la uni\u00f3n del componente, Tj<\/sub>\u00a0despejando en la formula [1<\/strong>] de la siguiente forma: \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0Tj<\/sub>\u00a0= Pd<\/sub>\u00a0x Rja<\/sub>\u00a0+ Ta<\/sub><\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Deduciendo que cuanto mayor sea la Tj<\/sub>\u00a0resultante del calculo con m\u00e1s seguridad debe ponerse un disipador. Por tanto, deberemos calcular el disipador que ayude a evacuar el excedente de calor.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Si el data sheet proporcionara Rjc<\/sub>, tambi\u00e9n proporcionar\u00e1 la Pd<\/sub>\u00a0potencia m\u00e1xima disipable por el dispositivo, normalmente a 25\u00baC. Como se aprecia en la figura de arriba.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La Rja<\/sub>\u00a0resistencia uni\u00f3n ambiente se puede calcular con: Rja<\/sub>\u00a0= Rjc<\/sub>\u00a0+ Rca<\/sub><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
En definitiva, lo que se pretende hallar es la Rda<\/sub>\u00a0resistencia del disipador ambiente (en las hojas de datos como Rth<\/sub>), el resto de par\u00e1metros se conocen por el data sheet del dispositivo y el c\u00e1lculo obtenido de la potencia que deber\u00e1 disipar dicho componente). As\u00ed, despejando en la Ley de Ohm t\u00e9rmica, el valor de Rda<\/sub>\u00a0tendremos que:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\"\"<\/a><\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n
El valor de Rcd<\/sub>\u00a0suele estar entre 0\u20195 y 1\u20190 \u00baC\/W, considerando que la c\u00e1psula est\u00e1 unida al disipador con una capa de silicona t\u00e9rmica y no con mica aislante, lo que aumentar\u00eda la resistencia alrededor de 2 \u00baC\/W.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Considerando un dispositivo con c\u00e1psula TO-3, que disipe 30W en una temperatura ambiente de 35 \u00baC. Cual ser\u00eda la resistencia Rth del disipador necesario.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
El data sheet como el mostrado arriba, nos dice que la Rjc<\/sub>\u00a0es de 1\u201952 \u00baC\/W, con una Tc<\/sub>\u00a0m\u00e1xima de 200 \u00baC que por seguridad reduciremos a 150 \u00baC y la Rcd<\/sub>directa con silicona t\u00e9rmica en 1 \u00baC\/W. Por lo tanto ya podemos hacer el c\u00e1lculo pedido.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\"\"<\/a><\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n
Ahora podemos calcular la temperatura que alcanzar\u00e1n la Tjc<\/sub>\u00a0uni\u00f3n c\u00e1psula, la uni\u00f3n c\u00e1psula, la Tcd<\/sub>\u00a0c\u00e1psula disipador, la Tc<\/sub>\u00a0c\u00e1psula y el Td<\/sub>\u00a0disipador.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La diferencia de temperatura Tjc<\/sub>\u00a0uni\u00f3n c\u00e1psula: \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0Tj<\/sub>\u00a0\u2013 Ta<\/sub>\u00a0= Pd<\/sub>\u00a0x Rjc<\/sub>\u00a0= 30 W x 1\u201952 \u00baC\/W = 45\u20196 \u00baC<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La temperatura Tcd<\/sub>\u00a0c\u00e1psula disipador, por deducci\u00f3n: \u00a0\u00a0Tc<\/sub>\u00a0\u2013 Td<\/sub>\u00a0= Pd<\/sub>\u00a0x Rcd<\/sub>\u00a0= 30 W x 1 \u00baC\/W = 30 \u00baC<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La temperatura Tc<\/sub>\u00a0de la c\u00e1psula del dispositivo: \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0Tc<\/sub>\u00a0= Tj<\/sub>\u00a0\u2013 45 \u00baC = 105 \u00baC<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Y la temperatura Td<\/sub>\u00a0del disipador: \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0Td<\/sub>\u00a0= Tc<\/sub>\u00a0\u2013 30 \u00baC = 105 \u00baC \u2013 30 \u00baC = 75 \u00baC<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
En el mercado se presentan unos tipo de disipadores o radiadores comerciales en los que el fabricante nos indica el valor de la Rda resistencia disipador ambiente (Rth), algunos para grandes potencias de 9\u20195 \u00baC\/W.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\"\"<\/a>\r\n
Fig.4<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n
NOTA.<\/strong>\u2013 Seg\u00fan las hojas de caracter\u00edsticas de Burr Brown en su nota de aplicaci\u00f3n: sboa021.pdf<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Una cuesti\u00f3n cr\u00edtica con todos los dispositivos de semiconductor es la temperatura de uni\u00f3n (TJ<\/sub>). TJ<\/sub>\u00a0se debe mantener por debajo de su m\u00e1ximo valor nominal, t\u00edpicamente 150\u00b0C. Es lo mejor la m\u00e1s abaja temperatura de uni\u00f3n TJ<\/sub>.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
El ejemplo siguiente muestra valores t\u00edpicos para una c\u00e1psula TO \u2013 3 montado de dos modos diferentes \u2013 (1<\/strong>) para usos de alta potencia y (2<\/strong>) para usos de baja potencia. El valor para RJC<\/sub>\u00a0de 0.8\u00b0C\/W es para el disipador\u00a0OPA512<\/strong>\u00a0que funciona en condiciones de se\u00f1al de corriente alterna. Para condiciones de se\u00f1al de corriente continua, RJC<\/sub>\u00a0es sobre 1.4\u00b0C\/W.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
El circuito t\u00e9rmico mostrado debajo, permite estimar con c\u00e1lculos simples la temperatura. La subida de temperaturas a trav\u00e9s de cada interfaz es igual al potencia total disipada en los varios dispositivos, la resistencia t\u00e9rmica (PD * R). Una estimaci\u00f3n de la temperatura de uni\u00f3n puede ser calculada usando el f\u00f3rmula siguiente:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0TJ<\/sub>\u00a0= TA<\/sub>\u00a0+ PD * RJA<\/sub><\/strong>\u00a0\u00a0 \u00a0 ; \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0RJA<\/sub>\u00a0= RJC<\/sub>\u00a0+ RCD<\/sub>\u00a0+ RDA<\/sub><\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
Donde:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
- TJ (\u00b0C) = Temperatura m\u00e1xima en la \"Uni\u00f3n\" (dato suministrado por fabricante)\r\n- TC (\u00b0C) = Temperatura en la carcasa, depende de la potencia que vaya a disipar el dispositivo, el tama\u00f1o del disipador y la temperatura ambiente.\r\n- TD (\u00b0C) = Temperatura del Disipador, depende de la temperatura ambiente y el valor de RDA (RD)\r\n- TA (\u00b0C) = Temperatura ambiente\r\n- PD (Watts) = Potencia Disipada en semiconductor.\r\n- RJC (\u00b0C\/Watt) = Resistencia t\u00e9rmica entre la Uni\u00f3n y la carcasa\r\n- RCD (\u00b0C\/Watt) = Resistencia t\u00e9rmica entre Carcasa y Disipador (incluye el efecto de la mica y la pasta de silicona, si se pone). Evitar poner mica, mejor si se pone s\u00f3lo pasta de silicona.\r\n- RDA (\u00b0C\/Watt) = Resistencia t\u00e9rmica entre el Disipador y el Aire (Resistencia t\u00e9rmica del disipador RD)\r\n- RJA (\u00b0C\/Watt) = Resistencia t\u00e9rmica entre la Uni\u00f3n y el aire.<\/pre>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\"\"<\/a>\r\n
Fig. 5<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n
Los c\u00e1lculos comienzan a pie de tabla y asumen una temperatura ambiente de 25\u00b0C en estos ejemplos. Cada componente de resistencia t\u00e9rmica produce una subida de temperaturas igual al producto de la potencia disipada y la resistencia t\u00e9rmica. La temperatura de la uni\u00f3n es igual al producto de potencia disipada y la resistencia total t\u00e9rmica (PD *\u00a0\u03b8JA<\/sub>).<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La resistencia t\u00e9rmica\u00a0\u03b8\u00a0puede variar considerablemente con modelos y montajes particulares. Mientras los valores de\u00a0\u03b8\u00a0pueden ser obtenidos de datos espec\u00edficos, deber\u00edan confirmar temperaturas deliberadas medidas hechas en el fondo del caso.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
La capacidad de transmitir el calor se llama conductancia t\u00e9rmica y a su rec\u00edproco se le llama resistencia t\u00e9rmica (Rth)\u00a0que tiene unidad de \u00b0C\/ W (grado Cent\u00edgrado\/Watio).<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
EFECTO PELTIER.<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n
El efecto que, en una cadena de soldaduras de dos metales distintos se produce una corriente el\u00e9ctrica, cuando existe una diferencia de temperatura entre soldaduras alternativas, es conocido desde que el f\u00edsico alem\u00e1n Thomas Johann Seebek descubri\u00f3 en 1821 el efecto que lleva su nombre, efecto Seebek.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
\r\n
\r\n
\"\"<\/a>Fig. 6<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n
Poco despu\u00e9s, el franc\u00e9s Jean Charles Peltier descubri\u00f3 en 1834 el fen\u00f3meno que puede denominarse inverso. Al pasar una corriente a trav\u00e9s de un circuito de dos metales soldados, una de las soldaduras se enfr\u00eda mientras la otra se calienta, actuando el sistema como una \u00abbomba de calor\u00bb.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n
El efecto Thomson, descubierto por Lord Kelvin en 1854, complet\u00f3 los descubrimientos anteriores. Este efecto Thomson se produce en un circuito de un \u00fanico material conductor, seg\u00fan el sentido de paso de la corriente el\u00e9ctrica, el conductor emite o absorbe calor. Esto ya es otro tema que no se discute aqu\u00ed.<\/p>\r\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
INTRODUCCI\u00d3N. Los disipadores de calor son componentes met\u00e1licos normalmente de aluminio que, se utilizan para evitar que algunos dispositivos electr\u00f3nicos como, transistores bipolares, reguladores, ect. se calienten demasiado y se da\u00f1en. El calor que produce un dispositivo electr\u00f3nico en funcionamiento, no se transfiere con facilidad, lo que en incontables ocasiones produce da\u00f1os en el propio […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":4873,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[367,19],"tags":[368,366,369],"class_list":["post-4849","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-los-disipadores-de-calor","category-lecciones-de-electronica-analogica","tag-calor","tag-disipadores","tag-refrigeradores"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4849","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4849"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4849\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5590,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4849\/revisions\/5590"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/4873"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4849"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4849"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4849"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}