Cálculo básico de disipadores de calor

[Limbo]

Teniendo la total (asumo un disipador simétrico) la disipación de cada fracción será inversamente proporcional a la relación entre su superfice y la del disipador entero multiplicado por la total.
Por ejemplo, 10cm² de disipador tienen una resistencia térmica de 15ºC/W. Si lo partimos al medio tendremos 5cm y 30ºC/W. Si lo partimos en 4, tenemos 2,5cm² y 60ºC/W y así sucesivamente.

Con esto en mente intente calcular cuantos cm2 necesitaba de mi disipador y los resultados no me cuadran demasiado.
El disipador completo me dio 1,3ºC/W con una superficie de 57,27cm2 , asi que multiplique los ºC/W por 14 y me dio 18,2(Aprox el numero que necesito), dividi su superficie entre 14 para obtener cuantos cm2 necesito para 18,2ºC/W y el resultado fue 4,1cm2. Entonces, puse los nuevos datos en el excel y me dio un numero mucho mas bajo a 18,2ºC/W. Dejo los calculos por si escrito no se entiende:
1,3ºC/W * 14 = 18,2 ºC/W
57,27cm2 / 14 = 4,01 cm2
Con estos datos puse 2cm de ancho y largo en la calculadora excepto en la altura que deje el mismo valor, y me dio unos 11ºC/W.
No sé si confiar en la proporcionalidad o en esta calculadora..

Sobre esa calculadora, "emissivity" ¿que significa? No he encontrado una traduccion al castellano, ¿¿y la temperatura maxima del disipador?? ¿Es la temperatura calculada a la que llegara el disipador o es una caracteristica del mismo disipador?

Gracias Cacho.(O a quien responda )
Saludoos!

 

[Dr. Zoidberg]

Sobre esa calculadora, "emissivity" ¿que significa? No he encontrado una traduccion al castellano

Emisivity = EMISIVIDAD, o al menos así lo conozco.
Es un parámetro que se utilizar para calcular la cantidad de calor transferido por radiación y determinar que tanto emite una superficie cualquiera con respecto a un cuerpo negro.

Leelo acá: http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stefan-Boltzmann

 

[Cacho]

Con esto en mente intente calcular cuantos cm2 necesitaba de mi disipador y los resultados no me cuadran demasiado.
El disipador completo me dio 1,3ºC/W con una superficie de 57,27cm2...

Algo me huele raro en Dinamarca... Fue entonces que Hamlet buscó y vio que este disipador:

Tiene 12cm de ancho, 7,5cm de fondo y algo de 6,5cm de alto y una RT de 1,3ºC/W según el fabricante. Y son 90cm² de base.
Me llama la atención que hayas tenido un resultado tan bajo con el tuyo, de la mitad de base. Poniendo los datos de este en el calculador del link me da 1,3023ºC/W.

Una regla de tres inversa dice que una sección de 12cm de ancho por 5mm y fracción de fondo de este disipador va a tener una resistencia de 19ºC/W, poco más o menos lo que necesitarías. Peeeeeeeeeeeeeero... ¿Cómo suponés que podrías fijar el integrado para que haga buena transferencia?
Probá qué resistencia térmica te da para un pedacito de aluminio cuadrado de (más o menos) 5x5cm y algunos mm de espesor. Te aviso que vas a tener que leer (y entender) qué son los datos que te da el programa para poder calcularlo .

Ojo también que el programa está planteado para calcular disipadores como los que se ven en la hoja 2 del xls. Si tenés algún tipo distinto tenés que acomodar las cosas para que te den números coherentes.
Y obviamente la fracción que usarás de disipador no puede ser de base menor que la espalda del integrado a montar en él.

Saludos

 

[Limbo]

Peeeeeeeeeeeeeero... ¿Cómo suponés que podrías fijar el integrado para que haga buena transferencia?

El disipador que tengo sin utilizar es del tipo con aletas solo en un lado (Es de microprocesador), he pensado en cortar un trozo y hacer un agujero que atraviese un par de aletas para asi poder meter la tuerca en la que enroscaria el tornillo que fijaria el integrado.

Probá qué resistencia térmica te da para un pedacito de aluminio cuadrado de (más o menos) 5x5cm y algunos mm de espesor.

¿Los milimetros de espesor seria la altura?

Sobre lo de la temperatura maxima del disipador, ¿sabrias decirme que es?

Dejo una imagen de la prueba que me has dicho que hiciera.
Gracias ezavalla y cacho.
Saludos.

 

[Cacho]

Por ahí va...

Así como lo cargaste el programa asume un disipador que es sólo una aleta (eso es correcto) pero en posición horizontal(oide). Width debería ser 0, pero no importa.

Para el programa tenés un cuadradito que hará la base del disipador y sin aletas saliendo de él. Es bastante similar a lo que tendrías.
El valor de sus resistencia térmica será de alrededor de 21,5ºC/W (en realidad ha de estar más cerca del valor de H/S Body). Ya estás casi en lo que necesitás, así que jugá un poco con las dimensiones de los lados (el espesor no va a modificar sustancialmente el valor) y fijate con cuánto te alcanza . Como vas a usar algo que es barato, te aconsejo dejarlo un poco sobrado, algo así como 15ºC/W o menos, que total no es una diferencia de más que unos pocos mm en los lados.

Saludos

 

[Limbo]

Ya he cortado un trozo de disipador. Ahora pensando, se me ha venido una duda, si el disipador tiene una resistencia termica correcta para la aplicacion que le demos, ¿a que temperatura deberia de ponerse? Es decir, para saber que todo va bien, y he cortado el tamaño exacto. Estoy leyendo sobre lo basico de la termodinamica pero no sé si me alcanzara para sacar por mi mismo esa duda.
Gracias Cacho.

 

[Cacho]

¿a que temperatura deberia de ponerse?

A la temperatura que hayas calculado...

En general:
Si tomaste una temperatura máxima de (digamos) 150ºC para la pastilla de silicio, la Rjc es de 1ºC/W (sólo para hacer los cálculos simples) y tenés una potencia de 40W a disipar, entonces la juntura estará a 40ºC por encima de la temperatura de la carcasa, con lo que la carcasa no puede pasar de 110ºC. Hasta ahí nos entendemos, espero.
Si la resistencia carcasa-disipador fuera de nuevo de 1ºC/W (más cuentas fáciles) la carcasa estará (con los mismos 40W de disipación) a 40ºC por encima de la temperatura del disipador, con lo que el disipador podrá estar hasta a 70ºC sin que nada pase. ¿Se entiende?

En particular en este caso:
Como tomaste los valores de un gráfico, los datos los sacás de ahí mismo . Si dicen que hasta 70ºC te alcanza con 18ºC/W de resistencia térmica, entonces con eso habrás de confiar que la juntura se mantendrá a temperaturas aceptables.

Saludos

 

[Limbo]

En general:
Si tomaste una temperatura máxima de (digamos) 150ºC para la pastilla de silicio, la Rjc es de 1ºC/W (sólo para hacer los cálculos simples) y tenés una potencia de 40W...

Ahora si que lo cojo.

Le he hecho unas fotos al disipador montado.

 

[juanscelyg]

Un gran saludo a Cacho por compartir esto para los compañeros del foro les recomiendo el libro: Electronica y teoria de circuitos de Boylestand, en el capitulo sobre amplificadores de potencia al final hay un apartado acerca delos disipadores, esto para los que quieran ampliarlo, aunque aqui esta explicado muy buenas cosas!!!

 

[sharkey]

Antes de nada, felicitar el gran aporte de Cacho y saludar a todos los foreros.
Haciendo cálculos "teóricos" me ha salido una resistencia térmica negativa y mi pregunta es ¿eso es que quemé el integrado antes de ponerlo? Es lo que pienso, pero me surgió la duda. los cálculos son para un tip36 que va a aguantar 100W

Tª máxima de funcionamiento= 150 ºC
Tthj = 1 ºC/W
T ambiente = 30 ºC
R mica = 0,7 ºC/W

Mi cálculo es: ((150-30)/100)-1-0.7 = -0.5 ºC/W

¿estoy haciendo algo mal?

Saludos

 

[Cacho]

Gracias por el comentario Juanscelyg y Limbo, me alegro de que te haya quedado la idea.
¿Viste que no era algo tan complicado cuando se entiende el concepto que hay atrás?.

Una sola cosa con respescto a tu disipador: Fijate en la posición de las aletas.
Si el calor se pasa al aire, éste tiende a subir. Si la aleta no lo deja moverse... No está muy bueno . Con sólo girar 90º el disipador tenés las aletas en posición vertical como para que el aire se pueda mover.
Si pensabas montarlo ya girado (o sea, con el PCB vertical), olvidate de lo que dije y no lo gires nada.

@Sharkey:
Primero, gracias por tus palabras. Siguiendo, si tu transistor tiene que disipar 100W continuos estamos en problemas. Revisá el Power Derating en el datasheet y dale una releída al primer post, sobre todo por la parte donde se habla de ese parámetro. No podés pasar la pastilla de 50ºC.

El hecho de que te dé un número negativo significa que necesitarías enfriar el transistor más rápido. Casi sería como decirte que lo pusieras en una heladera (nevera).
Desde otro punto de vista quiere decir que te falta capacidad de disipación.

De todas formas, sospecho que lo que estás intentando es calcular la resistencia térmica del disipador para usar en un ampli de 100W con sólo un TIP por rama. Si ese es el caso, releé el primer post y fijate cómo se toman los números, que estás encarando mal el asunto.
El cálculo que necesitás hacer (y usar después) es el de disipación de potencia, no tomar la potencia que entregará el ampli al parlante. Y considerá el rango dinámico de la música al hacer las cuentas después, que si no te va a dar que necesitás un disipador del tamaño de un lavarropas.

Saludos

 

[sharkey]

Muchas gracias por tu respuesta Cacho, la verdad es que no estoy haciendo nada, sólo fué que leí el post y estube haciendo cuentas a ver si había entendido bien qué necesitaba para calcular disipadores y cuando me acercaba a casos extremos me salían números negativos y me surgió esa duda.

Saludos

 

[Limbo]

Una sola cosa con respescto a tu disipador: Fijate en la posición de las aletas.
Si el calor se pasa al aire, éste tiende a subir. Si la aleta no lo deja moverse... No está muy bueno . Con sólo girar 90º el disipador tenés las aletas en posición vertical como para que el aire se pueda mover.
Si pensabas montarlo ya girado (o sea, con el PCB vertical), olvidate de lo que dije y no lo gires nada.

La cosa es que diseñe la placa preperforada antes de saber que las aletas del disipador deberian estar en vertical y ahora tengo un condensador ocupando el espacio donde deberia de estar el IC apoyado en horizontal. Cuando me ponga a montarlo en una caja ya se me ocurrira algo.
Gracias por avisar de todas formas.
Saludos.

 

[arnaucat]

buenass Cacho, soy bastante nuevo en el foro jeje leí toda la parte sobre disipadores que escribiste, qUE por cierto muy bien comentado: )
está claro, pero salgo con una duda...aver si pudieras resolvermela.

dejas ver qUE la corriente de carga es de 500mA (esto sería asi poniendo a la salida una resistencia limitadora de corriente, en este caso 10ohm creo suponer con la ley dE ohm)...

muy bien hasta aqui...

pero y si necesitas alimentar la entrada de alimentación de un operacional a 5 V por ejemplo..cual sería la corriente de carga?? seria realmente tan baja que con una caida de tension de 7V en el lm7805 casi habrian pérdidas alrededor de los mW?

Agradecería una respuesta gracias: )

 

[Cacho]

Hola Arnacaut

La corriente dependerá del operacional a alimentar, pero por lo general no llega a los 10mA (revisá el datasheet de tu operacional). Eso es entre poco y nada de potencia a disipar con 7V de caída (0,07W o 70mW) y hasta puede ser menos. En esas condiciones no necesitás un disipador.


Saludos

 

[arnaucat]

Grácias de nuevo Cacho,

entonces podemos decir que la impedancia dE entrada del pin de alimentación de +5V del operacional (en este caso un opa350) es de 500omhs o más?
ya estube mirando el datasheet pero no pone la impedancia de los pines de alimentacion, solo dice qUE cuando te pasas del rango máximo de alimentacion sobre unos 0.3V hacia arriba o abajo la corriente será de 10mA...
Tengo qUE asegurarme de eso porque sino no hace falta poner disipador y con eso, uno se ahorra espacio

 

[Cacho]

Es que el dato que te dan es la corriente que consumen en reposo (8,5mA de máxima) y a eso le sumás la corriente que le vas a pedir a la salida (da hasta +-40mA).

De ahí sale cuánta corriente va a consumir tu OPA del regulador. Igual no puede ser mucha, como verás...


Saludos

 

[DANDY]

no sería mala idea crearse un medidor de Rda ºC/W... nos serviria para encontrar los valores de disipadores desconocidos....que parametros tendriamos?

*tiempo * temperatura de ambiente * un generador de temperatura electrónico......
si maduramos mejor la idea es probable que logremos diseñar uno.. que opinan?

 

[Cacho]

Podés hacerlo un poco más simple Dandy.
Necesitás medir la temperatura ambiente. Pongámosle TA.

Después usamos una resistencia (o un arreglo de resistencias) de un valor conocido (R) y potencia suficiente. Esa resistencia debe estar en buen contacto con el disipador para transferirle la mayor cantidad posible del calor que generen.

Juntamos bien la resistencia con el disipador y le conectamos tensión V. La tensión la conocemos, la resistencia también, entonces la potencia que disipará la resistencia será de V²/R.
Medimos la temperatura del disipador bajo prueba y cuando se estabilice (o sea, ya no sube más) sabemos que la variación de temperatura será la temperatura del disipador (TD) menos la ambiente. La potencia la conocemos... entonces queda (TD-TA)/P=RT, donde RT es la resistencia térmica.
Listo el cálculo


Saludos

 

[mbuttarelli]

Algo bastante tarde!!! pero muchísimas gracias por el post Cacho, me vino bárbaro, siempre estoy con la duda de si pongo este o aquel o me quedaré chico? o no será demaciado? jajaja