Cálculo básico de disipadores de calor

[Dr. Zoidberg]

Tené presente, Eduardo, que si se disipa mayor potencia (aunque sea en forma de pulsos ó en forma escalonada), se eleva la temperatura del aire próximo al disipador causando probablemente un aumento de la Rda (es decir, la Rda no queda constante como la veníamos suponiendo) por la reducción de la diferencia de temperatura que dificulta la propagación. Digo probablemente, porque incluso existen casos donde este fenómeno es exactamente lo opuesto, es decir, baja la Rda al aumentar la conductividad térmica del disipador. Habría que medirlo en esos ZD-14 para verificar qué se dá (o estimar el peor escenario para no complicarse). Pero intuyo que 4 de ellos dispuestos en un mismo chasis pueden llegar a comportarse con la peor situación esperable.

No sé...si considerás lo largas que son las constantes de tiempo involucradas, dudo mucho que un pico transitorio de temperatura pueda tener algún impacto significativoa largo plazo en la temperatura del aire que rodea al disipador ... y si así fuera, puedo incluirlo cambiando el valor de la Tamb.
Sinceramente, no creo que sea importante llegar a modelar/considerar esos fenómenos que pueden tener un impacto marginal en el proceso real y que implican modelar cosas que son "casi" desconocidas.

Fijate la ley de reducción que suele seguir la Rda con la longitud del disipador (siempre que la relación entre largo y ancho no supere por mucho a 2). Todo apunta a 1,73 grados sobre vatio más que a 1,4.

Lo que he hecho para llegar al valor de 1.4 ºC/W es suponer una variación lineal de la Rthda con la longitud del disipador, siempre que nos mantengamos dentro de variaciones de longitud que sean "razonables", como acá que hemos pasado de 75mm a 100mm, y considerando los demás parámetros constantes.
No tengo ningún dato que me permita estimar otra cosa, y a menos que contraste contra una medición fisica real, no sé como estimar que el valor de la Rthda tiende a 1.73 ºC/W en lugar de a 1.4 ºC/W.

Por el tema de los "hot spots" que se forman, pienso que una solución -al menos parcial- adecuada podría ser disipar ámbas caras de los chips. Muchos fabricantes lo hacen, y es una forma parcial de aumentar la superficie de disipación.

No sé a que le llamás "disipar ámbas caras de los chips"

 

[Fogonazo]

. . . .
No sé a que le llamás "disipar ámbas caras de los chips"

¿ Será colocar el IC en de relleno de un sándwich de disipadores ?

 

[diegomj1973]

Es que tengo algo de dudas si las constantes de tiempo sean así de pronunciadas como las predice ese gráfico (no es que el análisis que efectuaste esté mal (está perfecto), al contrario, está por muy por encima de lo que se hace en la mayoría de los casos). Si bien no lo he medido con instrumental de precisión en condiciones reales, tengo un caso (que si bien no es exactamente igual al tuyo, se asemeja bastante en sus condiciones): son ZD-8 de 15 y 20 cm de largo disipando cada uno unos 35 W constantes. En las pruebas iniciales, me duraban unos 3 minutos después del encendido del amplificador (un tema musical aprox.) antes de tener que refrigerarlos con convección forzada o incluso agua, para que no se embalen (la temperatura Td intuyo superaba los 50 grados, porque costaba dejar la mano apoyada, que fué en ese momento el único elemento que contaba para "sensarlos"). Luego, utilicé una termocupla y un multímetro para verificarlo y no andaba muy muy lejos con mis estimaciones (solo que no registré valores, ya que posteriormente coloqué coolers, decididamente, para garantizar un funcionamiento aliviado). Podés ver las fotos de las primeras pruebas en uno de mis thread.

Con respecto a la estimación de Rda en función de la longitud (partiendo de un valor dado de Rda a longitud X), te comento que no sigue un decrecimiento lineal, sino que se asemeja más a la forma:

Rda a longitud final = Rda a longitud inicial x raíz cuadrada (longitud inicial / longitud final)

Siempre que la longitud final al ancho se mantenga por debajo de 2 (en lo posible, de lo contrario, se pierde capacidad de disipación y la Rda empieza a "amesetarse" prematuramente).

La ley lineal sirve si te mantenés muy próximo a la longitud inicial (sino te dá resultados más favorables, que en la realidad no lo son). Y en tu caso, como estás muy al límite de las condiciones críticas, tenés que considerarlo.

Y como tu diseño, creo, no va a ser destinado para producción seriada, sería conveniente no "pichulearle" esas posibilidades. Fuera para producción seriada, justifica todas esas consideraciones que se están haciendo.

Saludos

PD: adjunto una curva real de un disipador Semikron P39 (para 200 W) con su línea de tendencia (en rojo), la predicción con la función "de la raíz cuadrada" (y su tendencia) (en verde) y la predicción con la función "lineal" (y su tendencia) (en amarillo). Con estimaciones en relaciones de longitudes no mucho mayores a 2, la función de la raíz cuadrada da resultados bastante aceptables.

 

[Dr. Zoidberg]

El asunto acá es que las Rth son las especificadas por los fabricantes (a excepción de la Rthda que es una estimación mia basada en un dato del fabricante), pero la dinámica del sistema la fijan las capacidades térmicas del disipador, de la "oreja" y del montaje juntura-capsula.. que vaya uno a saber cuanto vale, pero es muy chiquita. La capacidad de la oreja, también es una "estimación" por que no sé de que material es , pero no es aluminio ni cobre, así que en el peor de los casos valdrá la mitad de lo que he usado, pero aún así es casi despreciable frente a la capacidad del disipador.

En estas condiciones, las constantes son las del gráfico +/- el error propio del "juego", que tampoco es tan grande por que hay muchas cosas que no son taaan exactas en la realidad.

Por otra parte, la relación Rth / longitud es un lío por que depende de muchas cosas, pero nunca la ví con esa √ . Es más, aplicándola en algunos casos me dá valores mas favorables y en otros me dá mas desvaforables, así que no sé cuales son las condiciones de aplicabilidad de esa ecuación.
ESP tiene una planilla de cálculo que está buena por que mete la emisividad del color superficial del disipador, la cantidad y tamaño de las aletas y otras yerbas, y proporciona varios valores interesantes pero que no tienen relación con esa ecuación, así que habría que ver cuales son las condiciones de cada caso.
Comprobando recién con esa planilla (con las dimensiones de mi disipador) me resulta una Rthda=1.47 ºC/W con emisividad 0.85 (negro) y 1.63 ºC/W para color cobre oxidado (0.7). Si bien estos resultados son aproximados, probablemente sea mayor de 1.4 pero no tan alta como el 1.73 que resulta de tu ecuación.
En ESP hay otra ecuación "práctica" para calcular la Rthda:
[LATEX]Rthda=50/\sqrt Sup[/LATEX] con Sup en [cm²]
Y con esa, y los datos de Aluel, me resulta Rthda=1.31 ºC/W
De esta ecuación anterior es factible obtener tu ecuación, pero solo vale para disipadores sin aletas o para aquellos donde la superficie radiante sea directamente proporcional al largo del disipador... que no sé si es la generalidad

PD: Podés poner el link al artículo de la imagen del disipador Semikron?

PD 2: Tené cuidado cuando comparés con el ZD-8, por que ese tiene una superficie radiante un 30% mas chica que el ZD-14 y el "alma" de la mitad de espesor (3mm vs. 6mm), así que la capacidad térmica es mucho mas pequeña (fijate que el peso por metro es casi la mitad) y se "carga" de calor más rápido...

 

[diegomj1973]

En ESP hay otra ecuación "práctica" para calcular la Rthda:
[LATEX]Rthda=50/\sqrt Sup[/LATEX] con Sup en [cm²]
Y con esa, y los datos de Aluel, me resulta Rthda=1.31 ºC/W
De esta ecuación anterior es factible obtener que vos diste, pero solo vale para disipadores sin aletas o para aquellos donde la superficie radiante sea directamente proporcional al largo del disipador...

Obviamente que hay un montón de factores que influyen en el formato del decrecimiento de la Rda con la longitud y con otros parámetros (como la emisividad del color de la superficie, nivel de potencia, y un montón de etc. más), y por eso esa estimación no resulta en una ley general aplicable a "todos" los casos. Es adaptable en una buena proporción de los casos que generalmente se presentan, nada más.

Es más, si a un plano de la aleta la atornillás contra un plano ciego del gabinete (como normalmente sucede y se utiliza), muy probablemente difiera esa Rda (en esas condiciones de montaje) de la que te arrojó el fabricante (ya que desconocemos generalmente cómo la pudo haber obtenido finalmente: en condición aislada, apoyada, con los fins verticales u horizontales, o vaya uno a saber cómo, ya que generalmente no lo especifican).

Simplemente sostengo que la primer estimación (la "lineal") te aleja un poco de las situaciones más frecuentes que se suelen presentar en la práctica.

De esa última ecuación práctica no creo que salga la que subí, ya que una predice el decrecimiento/crecimiento de Rda en función de longitudes referenciales y la otra arroja Rda en función de superficie y una constante que habrá que analizar en función de qué se plantea.

Lo más sensato es probar y medir. De esa única forma se validan los datos iniciales

Saludos

PD: aquí subo la familia de curvas del Semikron P39



PD2: lo del ZD-8 es simplemente un piso de referencia (como dije, no es exactamente lo mismo que tu caso, pero puede sevirte como referencia previa). De todos modos, es mejor referencia a tener nada...

 

[Dr. Zoidberg]

De esa última ecuación práctica no creo que salga la que subí, ya que una predice el decrecimiento/crecimiento de Rda en función de longitudes referenciales y la otra arroja Rda en función de superficie y una constante que habrá que analizar en función de qué se plantea.

Escribí la misma ecuación dos veces, haciendo Sup=largo x ancho, dejás constante el ancho, ponés largo1 y largo2 y dividís miembro a miembro... sale derecho

Lo más sensato es probar y medir. De esa única forma se validan los datos iniciales

PD: aquí subo la familia de curvas del Semikron P39

Gracias!!!

 

[diegomj1973]

La ecuación de la raíz cuadrada, la aplico en muchas cosas (aunque parezca loco lo que digo, esa ecuación gobierna muchos fenómenos en nuestra vida). No es que la haya sacado de algún lado específicamente aplicada a disipadores, sino que se me dió por probarla hace muchos años (como tantas otras veces lo intenté con otros fenómenos) y se ajustó perfectamente bien al caso de muchos ejemplos.

Saludos

PD: probala y verás!!!. Un ejemplo verificable: https://www.forosdeelectronica.com/...-1-etapa-single-ended-light-95031/#post794836

 

[ramiro77]

¿ Será colocar el IC en de relleno de un sándwich de disipadores ?

Eso mismo fogo!

 

[Dr. Zoidberg]

Eso mismo fogo!

Ahhhh... pero resulta que este tipo de encapsulados está diseñado para transferir el calor por el lado de la "oreja" y no el otro, que además tiene una Rth muy alta y se calienta más que el lado de metal. Ni hablar que no hay como sujetarlo, y mucho menos hay lugar donde poner el PCB .

Naaaa.... tampoco es que que vas a tener puntos muy frios y otros muy calientes, pero si va a demorar un poco en que el calor alcance toda la superficie del disipador. Mencionaba el asunto por que es una entre varias suposiciones simplificadoras que se hacen en el modelo, pero no creo que sea taaan crítico...

 

[diegomj1973]

Anímese nomás Dr., pruebe y dele rosca al socotroco, que de este lado estamos un poco impacientes!!!. Cualquier cosa, en lugar de Dr., lo llamaremos de ahora en más "El Cacique", por sus señales de humo!!!

Saludos

 

[Dr. Zoidberg]

Siguiendo con el juego de análisis de los disipadores del ampli, van otras simulaciones dinámicas.

En este caso cada amplificador disipa picos de 32W (el máximo sobre 4Ω) en la forma 0W-32W-0W con una duración de 30 segundos, uno de los amplis repite este pico cada 120s y el otro cada 90s. Si bien esto es un poco mas cercano a la realidad, es una condición de operación bastante exigente.


Este gráfico muestra la elevación de temperatura del disipador sobre la ambiente, que en este caso ronda los 27ºC ... poco ehhh????
Esta otra gráfica muestra algo parecido pero los pulsos de disipación oscilan entre 6W y 32W (parece que el TDA7294 disipa alrededor de 6W en reposo ), con una duración de 30s cada uno y repetidos cada 70 y 100s... algo similar a la reproducción de música con entre 6 y 9dB de rango dinámico. Por supuesto que la elevación de temperatura es mayor, rondando ahora los 45ºC sobre la ambiente, pero este es casi explotando al máximo a los amplificadores:


No van taaan mal los disipadores ZD-14....

Moraleja: Si bien la Rth es importante, vale de bastante poco si no conocemos la capacidad térmica de los componentes de la cadena de disipación...

 

[diegomj1973]

Eduardo:

Esas gráficas te están marcando la temperatura que adquiere el disipador por sobre la de ambiente, teniendo presente la inercia térmica propia del sistema y la forma de las excitaciones respectivas (en función de las capacidades térmicas de sus componentes y del ciclo de aplicación de los pulsos). En un caso, el de la primera gráfica, estarías en unos aprox. 67 ºC finales (con 40 ºC de ambiente) y en el otro caso en unos aprox. 85 ºC. La segunda gráfica parecería representar una condición más cercana a la realidad de funcionamiento de los chips, por considerar el consumo mínimo de ambos y que de alguna forma te hacen una aportación constante de calorías. Ambas, son temperaturas bastante elevadas para un disipador en condiciones prácticas (suele sugerirse entre unos 50 a 55 grados finales), aunque eso en sí no es lo más importante, sino que es la Tj la que debe interesar por sobre todo (que es lo que determina la integridad y fiabilidad de los chips).

Si bien cada componente tiene inercia térmica (el chip, la grasa siliconada, la mica aislante, el disipador y hasta el aire ambiente circundante), el que menos inercia térmica disponga seguramente sea el chip (porque en su juntura misma se da el pulso de excitación con su ciclo respectivo y el tamaño de la juntura, en sí, es generalmente muy pequeño). La duda que me asalta es: ¿cómo se comporta esa Tj con los pulsos?. A mi parecer, aunque no efectué ningún análisis al respecto, debería ser de un establecimiento más instantáneo que el mostrado para Td. Generalmente, las inercias térmicas van aumentando hacia la dirección del medio circundante (que es el que mayor inercia térmica suele tener).

Personalmente, no me fiaría mucho de los ciclos de trabajo, si de ellos no tengo un 100 % de seguridad de cómo se establecerán en las condiciones reales concretas. Para osciladores o ciclos fijos, tu análisis va bien, pero para fenómenos variables como la música, hummm. De lo contrario, te van a condicionar a escuchar música con un rango dinámico muy amplio (menos probable de encontrar hoy día) o a un volúmen final bastante limitado. Ni hablar de heavy metal o trash!!!. Sigo sosteniendo que te van a ser necesarios mínimamente unos coolers, si no querés cambiar esos disipadores.

Saludos

PD: ¿podrás subir cómo varían las Tj en función de la segunda condición o gráfica?

 

[Dr. Zoidberg]

Si, las curvas son la elevación de temperatura sobre la ambiente por que a mí me parece fácil de comparar así, sin considerar la Tamb.
Las condiciones de operación tampoco son reales, por que las variaciones de potencia son aleatorias y dependientes del tipo de música, así que esta forma de ensayar siempre es mucho mas exigente que la realidad, pero también es mucho mas real que poner la potencia media al mango permanentemente como ocurre si no considerás la evolución dinámica.

De hecho, esta curva (la segunda) correspondería a una potencia de salida promedio de entre 2 y 6W sobre 4Ω, lo que ya es mucho mas que lo estimado inicialmente .

De todas maneras, tampoco es una operación 100% real, por que el ampli de agudos disipa mucho menos potencia que el de medios-bajos (6dB menos de salida para comenzar, mas la propia distribución de potencia natural de la música).

Hay que entender que la única forma de simular algo "más real" es digitalizar varios temas musicales, cortarlos con los filtros, mandar eso como excitación a las fuentes de corriente (=potencia), relevar los resultados y promediarlos en el tiempo para ver una aproximación mas verdadera de cada módulo amplificador... lo que me parece medio como mucho para una aplicación normal como esta. En este caso, lo que estoy tratando de hacer es simular las condiciones mas desfavorables - como sucedería con un BTL sobre el mismo disipador - y de ahí extrapolar los resultados.

La respuesta de la Tj requiere conocer la capacidad térmica juntura-cápsula que es un dato propio de cada fabricante, pero en esta curva que sigue he usado el equivalente a 0.1F, que parece ser lo que tiene una cápsula TO-3 . Esta curva es la de un solo amplificador:



y esta otra es de los amplis en conjunto:

.

 

[diegomj1973]

En esas últimas curvas que subiste se ve muy claramente lo pronunciado del flanco creciente del escalón térmico en la juntura, que revela una muy baja inercia térmica de la misma. Eso necesitaba ver. El flanco de crecimiento del escalón térmico de Td es mucho menos pronunciado, revelando una mucho mayor inercia térmica del disipador.

Supongo que sobre esas temperaturas hay que sumar todavía Ta, como comentaste. A juzgar por los límites de las protecciones, parecería que Ta no debería superar los 40 ºC (más o menos).

Saludos

 

[Dr. Zoidberg]

Que se yo.... eso es con la Cjuntura que la gente de Motorola le dió a D. Self para un MJ2xxxx en cápsula TO-3... no sé si será la misma para el TDA7294, pero debe ser comparablemente pequeña para que el calor "pase rápido" a la aleta. Esa velocidad de crecimiento ya la había analizado... pero en verdad no dice demasiado por que es una magnitud inmodificable.

Y tal como decís, la Ta no debería subir de 40ºC, lo que colaterlamente implica que los disipadores deben estar fuera del gabinete en forma obligatoria

Tengo otras curvas con ambos chips operando a potencias diferentes con mayor potencia de base, pero los resultados no son muy diferentes...

En fin... para algo sirve todo esto

 

[diegomj1973]

Esa velocidad de crecimiento ya la había analizado... pero en verdad no dice demasiado por que es una magnitud inmodificable.

Creo, a pesar de que se ha tomado como una mínima referencia un Cj de otro tipo de encapsulado y de un único transistor, y que si bien muy probablemente la Cj real del chip sea algo mayor a esa referencia (por ser un encapsulado más grande, una pastilla más grande y el calor mayor repartirse en al menos un par de transistores de salida del chip), el delta de temperatura de juntura que sube por cada delta de tiempo es mucho más pronunciado que el delta de temperatura que sube sobre delta de tiempo del disipador. Y es justamente la curva con ese alto crecimiento de temperatura sobre tiempo la que hay que mayormente vigilar para que no sobrepase los límites impuestos, más que la del disipador.

Y tal como decís, la Ta no debería subir de 40ºC, lo que colaterlamente implica que los disipadores deben estar fuera del gabinete en forma obligatoria

Casi que la recomendación sería colocar los 4 disipadores alineados horizontalmente y con sus fins verticales y, bien separados del fondo del mueble o pared. Es más, abriría una abertura por detrás de la parte plana de cada uno de ellos (eso es, en el fondo del gabinete => 4 aberturas) y les colocaría unos suplementos separadores (desde el borde de esas aberturas hacia la parte plana de cada disipador => disipadores flotantes, si el gabinete no ayudaría demasiado).

Tengo otras curvas con ambos chips operando a potencias diferentes con mayor potencia de base, pero los resultados no son muy diferentes...

En fin... para algo sirve todo esto

Es que generalmente, esta forma de funcionamiento se debe dar en la mayoría de los casos (cuando es por convección pasiva). La convección forzada ahí minimizaría la alta inercia del disipador haciéndolo que tienda a comportarse como el efecto visto en la juntura (se mejoraría la recuperación de las temperaturas medias con el tiempo: así como se calentaría rápido, se enfriaría rápido y esa misma Td "arrastraría" (por decirlo de alguna forma) a la Tc y a la Tj a seguirla en sus ambas variaciones (porque se modifica momento a momento la Rd, si el flujo de convección es variable). Con un flujo constante, podés "planchar" Rd hasta un 40 % de su valor original (lo cual es muy ventajoso, si admitís el ruido adicional de los coolers).

Saludos

 

[diegomj1973]

Una alternativa, que se me ocurrió, es que pongas dos disipadores pegados por sus hombros con pasta siliconada de por medio (UUUU UUUU => UUUUUUUU) y montes sobre los fins de ellos (también con pasta de por medio) el otro par dispuesto de igual forma (el otro par saldría perpendicular al plano de este mismo texto que escribo). De esa forma, mantenés simetría de distribución, mantenés las relaciones de medidas de largo a ancho del disipador "completo" por debajo de 2 (lo cual es efectivo), bajás la Rd resultante a seguramente menos de aprox. el 70 % de su valor original unitario (por tener al menos el doble de largo que un solo disipador, si el contacto entre disipadores es perfecto y despreciando el efecto del otro grupo adyacente que te aumenta el ancho unitario al doble) y es como tender a tener 8 chips sobre un mismo disipador (las Rjc y las Rcd se dividirían por 8!!!). Te insume un gabinete más alto. Obviamente, que la grasa siliconada restaría en el objetivo de conseguir una Rd menor, pero.... en una de esas zafás de los coolers y sus drivers.

Saludos


Algo así:

IIIIIIII
IIIIIIII

Donde IIII es un solo disipador.
Entre los dos grupos de IIIIIIII va grasa siliconada.

PD: creo, por la simetría dada, que la Rd se reduciría a alrededor del 49 % del unitario (si admitimos que se reduce primeramente al 70 %, por el doble de largo y, luego, se vuelve nuevamente a reducir al 70 %, por el doble de ancho; todo si la pasta hace contacto perfecto, lo cual no es real. De esta forma, estás reduciendo importantemente Rd (ponele que no sea al 49 %, pero algo cerca a eso es posible) y dividiendo por 8 (o casi 8, si restamos el efecto de la pasta entre los 4 disipadores) a Rjc y Rcd.

Muy a modo de tanteo: Tj = Pglobal x (1,5 / 8 + 0,35 / 8 + 0,49 x 1,4 ó 1,73) + 40. Vendrían a ser unos 97,3 vatios globales para Rd unitario de 1,73 ºC / W, para una Tj máxima de 145 ºC. Si Rd unitario es de 1,4 ºC, mejor todavía: Pglobal = 114,4 vatios.

Aclaración: al agrupar disipadores, se pierde eficacia de disipación por unidad de superficie, comparado al caso de disipadores sueltos. La reducción de eficacia es de un 38,5 % aprox. Pero es otra alternativa que tiro, por si requerís tener un poco más de rango dinámico en una de las vías, sin sobreexigir mucho a la juntura de los integrados.

4 disipadores sueltos: Pglobal = 158,2 W
2 grupos de 2: Pglobal = 125,5 W
1 grupo de 4: Pglobal = 97,3 W

* Se han mantenido las mismas condiciones para los 3 casos.

Tiro un simplificado ejemplo: si de los 8 chips utilizo 2 en BTL para 1 sub, 2 para Low (I + D), 2 para Mid (I + D) y 2 para High (I + D) en las siguientes proporciones de potencia => 8 - 4 - 2 - 1, obtengo unos 39,55 W totales de disipación para el sub (que es el límite máximo para los 2 chips en BTL en el mismo disipador, por ejemplo), 19,775 W totales para Low, 9,8875 W totales para Mid y 4,94375 W totales para High (utilizando disipadores separados). Empleando los 4 disipadores agrupados, puedo incrementar el rango dinámico respecto al sub en aprox. 2 dB ó bien obtener el mismo rango anterior pero mucho más aliviado en temperatura: es decir, si sumo todas las disipaciones anteriores llego a un total de 74,15625 W, y como los 4 disipadores agrupados me permiten un total de 97,3 W, puedo incrementar la potencia disipada para atacar al sub (por ejemplo) en 23,14375 W más, es decir, un parcial para el BTL de 62,69375 W (vimos que necesitábamos 64 W totales entre esos 2 chips para llegar a plena potencia sobre 4 ohmios).

 

[Dr. Zoidberg]

Es que generalmente, esta forma de funcionamiento se debe dar en la mayoría de los casos (cuando es por convección pasiva). La convección forzada ahí minimizaría la alta inercia del disipador haciéndolo que tienda a comportarse como el efecto visto en la juntura (se mejoraría la recuperación de las temperaturas medias con el tiempo: así como se calentaría rápido, se enfriaría rápido y esa misma Td "arrastraría" (por decirlo de alguna forma) a la Tc y a la Tj a seguirla en sus ambas variaciones (porque se modifica momento a momento la Rd, si el flujo de convección es variable). Con un flujo constante, podés "planchar" Rd hasta un 40 % de su valor original (lo cual es muy ventajoso, si admitís el ruido adicional de los coolers).

Dudo mucho que reduzcas la inercia térmica con ventilación forzada, por que la capacidad térmica es función de la masa y del Ce y nó modificás ninguno de ellos. Lo que sí vas a lograr es que se caliente mas lentamente y se enfríe más rápidamente, lo que en promedio dá una menor temperatura del disipador... pero es un tema de constantes de tiempo.

......
Algo así:

IIIIIIII
IIIIIIII

Donde IIII es un solo disipador.
Entre los dos grupos de IIIIIIII va grasa siliconada.

PD: creo, por la simetría dada, que la Rd se reduciría a alrededor del 49 % del unitario (si admitimos que se reduce primeramente al 70 %, por el doble de largo y, luego, se vuelve nuevamente a reducir al 70 %, por el doble de ancho; todo si la pasta hace contacto perfecto, lo cual no es real. De esta forma, estás reduciendo importantemente Rd (ponele que no sea al 49 %, pero algo cerca a eso es posible) y dividiendo por 8 (o casi 8, si restamos el efecto de la pasta entre los 4 disipadores) a Rjc y Rcd.
......

Si bien la idea pinta interesante, no es tan simple juntar los disipadores de forma tal de aumentar eficientemente el área de radiación, por que habría que pulir muy bien todos los costados y mecanizar algún sistema de encastre que sea sólido, y aún así no hay garantía de que toda la sección se utilice para transferir el calor. Además, la ubicación de los chips en el área de radiación no es muy viable de ser modificada precisamente por la incertidumbre en los resultados del montaje de los disipadores, así que los hot-spots van a seguir concentrados en los mismos puntos que ahora (como verás, no puedo llenar de agujeros los disipadores para hacer unas pruebas ).

Por otra parte, aunque esto fuera posible hay un problema de "espacio", y no me es factible usar un gabinete de 20cm de alto + 2.5cm de patas y chapas + 5cm (minimo) para circulación de aire por convección natural... por que no cabe en el mueble, y si lo coloco donde cabe, no puedo poner fácilmente accesibles el resto de las fuentes de señal. En cambio, si dispongo de un espacio de poco más de 18cm de altura donde entra perfecto con suficiente espacio para circulación del aire, y al estar "mas encajonado" es mas sencillo de forzar ventilación con coolers externos al ampli si fuera necesario .

Gracias de todas formas por el aporte y el esfuerzo

 

[diegomj1973]

Dudo mucho que reduzcas la inercia térmica con ventilación forzada, por que la capacidad térmica es función de la masa y del Ce y nó modificás ninguno de ellos. Lo que sí vas a lograr es que se caliente mas lentamente y se enfríe más rápidamente, lo que en promedio dá una menor temperatura del disipador... pero es un tema de constantes de tiempo.

Lo que se logra con la ventilación forzada es modificar a la Rda resultante, no así a la capacidad térmica que, como bien dijiste Eduardo, es función de la masa y del calor específico del material. Como la evolución en el tiempo de la temperatura Td cuando se aplica un cambio brusco (escalón de potencia disipada) depende simultáneamente de la Rda resultante y de su capacidad térmica, al hacerse la constante Tau más pequeña, entonces, la inercia térmica (que es lo que se demoraría el sistema en "seguir" a la perturbación, de alguna forma) se reduce. Al reducirse la constante Tau, el sistema demora menos en calentarse, pero también demora menos en enfriarse (es como tender a reflejar más la variación propia de la temperatura de la juntura que la de la ambiente, considerada esta última globalmente inmodificable). El detalle es que la rápida variación de temperatura Td ya no se "monta" sobre la misma temperatura media que la alcanzada en el mismo sistema pero con convección natural, sino que se "monta" sobre otro piso de valor, por ser la Rda resultante diferente.

El problema con el modelado dinámico (en el que se incluyen la Rda y la C) donde se den perturbaciones importantes y de acotadas ocurrencias (en el caso de existencia de incertidumbre en ambos parámetros, es decir, amplitud y duración) es que no permite conocer con total seguridad realmente cómo está variando la temperatura de la juntura (justamente por la inercia térmica del sistema, que puede ocultarnos temporalmente la verdadera temperatura instantánea alcanzada en la juntura). Si tomáramos como testigo la variación de Td (que es lo que normalmente hacemos y a lo que tenemos fácil acceso: o apoyamos la mano ó apoyamos o apuntamos nuestro sensor de temperatura sobre la aleta ó sobre la carcaza, llegado el caso), vemos que no representa fielmente cómo varía verdaderamente la Tj, ante una situación dinámica de la de estas.

Es por eso, que personalmente soy de la iniciativa de considerar el modelo estático por sobre el dinámico (cuando no se conoce fielmente cuál va a ser el ciclo final de operación), por más que arroje una condición final de sobredimensionamiento de aleta ó de menor exigencia ó inexacta, más si el proyecto no es de realización seriada.

Saludos

PD: por todo lo demás, todo OK

 

[Dr. Zoidberg]

El problema con el modelado dinámico (en el que se incluyen la Rda y la C) donde se den perturbaciones importantes y de acotadas ocurrencias (en el caso de existencia de incertidumbre en ambos parámetros, es decir, amplitud y duración) es que no permite conocer con total seguridad realmente cómo está variando la temperatura de la juntura (justamente por la inercia térmica del sistema, que puede ocultarnos temporalmente la verdadera temperatura instantánea alcanzada en la juntura). Si tomáramos como testigo la variación de Td (que es lo que normalmente hacemos y a lo que tenemos fácil acceso: o apoyamos la mano ó apoyamos o apuntamos nuestro sensor de temperatura sobre la aleta ó sobre la carcaza, llegado el caso), vemos que no representa fielmente cómo varía verdaderamente la Tj, ante una situación dinámica de la de estas.

Es que la temperatura instantánea de la juntura (y la a largo plazo también) siempre está oculta, en principio tras la constante de tiempo de la "oreja", y luego tras el efecto del disipador. Por eso, la temperatura de juntura solo interesa hasta el límite donde se activan las protecciones (en este caso), y la protección contra sobrecargas instantáneas está a cargo de la protección del SOA... que estos chips no tienen por que los DMOS de salida no tienen segunda-ruptura. El resto del integrado soporta 200ºC o 250ºC antes de palmar, y si bien no es ningún chiste hacer trabajar el chip cerca de los 145ºC de Tj, es muy difícil bajarla mucho haciendo uso de un disipador... y por ahí conviene más explotar las características térmicas de la pastilla antes de gastar en más lata (te acordás que por ahí calculé que hacía falta un disipador de -0.36 ºC/W para bancarse ambos chips a máxima Tj y potencia sobre 4Ω ??)

Es por eso, que personalmente soy de la iniciativa de considerar el modelo estático por sobre el dinámico (cuando no se conoce fielmente cuál va a ser el ciclo final de operación), por más que arroje una condición final de sobredimensionamiento de aleta ó de menor exigencia ó inexacta, más si el proyecto no es de realización seriada.

Ahhhh... pero eso es muy fácil!!! En este diseño, uno de los desafíos es lograr un ampli que siga las consideraciones económicas de diseños comerciales, y entre ellos está no poner lata de más "para estar a cubierto" sino poner lo mínimo necesario compatible con la performance esperada...