¿Cómo elegir un buen disipador?

Disipador de calor infinito

Los disipadores de calor son un elemento importante en el diseño de circuitos porque proporcionan una vía eficaz para la transferencia de calor al aire ambiente y para alejarlos de los dispositivos electrónicos (por ejemplo, BJTs, MOSFETs, reguladores lineales, paquetes BGA, etc.). La teoría general detrás de un disipador de calor es aumentar la superficie del dispositivo que produce calor, lo que permite una transferencia más eficiente del calor al ambiente. Esta vía térmica mejorada reduce el aumento de temperatura en la unión del dispositivo electrónico. El siguiente artículo pretende ofrecer una introducción de alto nivel sobre la selección del disipador de calor utilizando los datos térmicos de su aplicación y las especificaciones del proveedor del disipador de calor.

Para el resto de este artículo, supongamos que se está desarrollando una aplicación con un transistor alojado en un encapsulado TO-220, que las pérdidas por conmutación y conducción del transistor equivalen a una disipación de potencia de 2,78 W y que la temperatura ambiente de funcionamiento de esta aplicación no se espera que supere los 50 °C. ¿Se necesitará un disipador de calor para este transistor?

Disipador térmico

Los disipadores vienen con el compuesto térmico preaplicado, pero para los entusiastas del PC que quieran conseguir mejores temperaturas a velocidades de serie, es una buena idea comprar y aplicar pasta nueva cuando instalen su CPU. Esto se debe a que el compuesto térmico que viene con el disipador suele ser bastante viejo, ya que ha permanecido en alguna estantería durante meses antes de ser comprado. Por lo tanto, si bien puede funcionar para mantener baja la temperatura del procesador, no es probable que produzca los mejores resultados.

La pasta térmica también debe cambiarse anualmente. Con el tiempo se seca y empieza a perder su eficacia. Cuando se deja demasiado tiempo, el ordenador empieza a experimentar problemas de rendimiento y se sobrecalienta gradualmente. Esto puede causar daños en la CPU con el tiempo.

También llamado pasta térmica, grasa térmica o grasa conductora, este compuesto es una sustancia conductora del calor que se aplica entre el disipador y el dispositivo que debe refrigerar. Mejora la conductividad entre el disipador y la CPU. El disipador disipa el exceso de energía producido por el procesador de forma segura fuera de la unidad, donde el calor es expulsado por el ventilador o algún otro aparato de refrigeración.

Disipador térmico de aluminio f

Con el aumento de la disipación de calor de los dispositivos microelectrónicos y la reducción de los factores de forma globales, la gestión térmica se convierte en un elemento cada vez más importante del diseño de productos electrónicos.

Tanto la fiabilidad del rendimiento como la esperanza de vida de los equipos electrónicos están inversamente relacionadas con la temperatura de los componentes del equipo. La relación entre la fiabilidad y la temperatura de funcionamiento de un dispositivo semiconductor de silicio típico muestra que una reducción de la temperatura corresponde a un aumento exponencial de la fiabilidad y la esperanza de vida del dispositivo. Por lo tanto, se puede conseguir una larga vida útil y un rendimiento fiable de un componente controlando eficazmente la temperatura de funcionamiento del dispositivo dentro de los límites establecidos por los ingenieros de diseño del mismo.

Los disipadores de calor son dispositivos que mejoran la disipación de calor desde una superficie caliente, normalmente el caso de un componente generador de calor, a un ambiente más frío, normalmente el aire. Para las siguientes discusiones, se supone que el aire es el fluido refrigerante. En la mayoría de las situaciones, la transferencia de calor a través de la interfaz entre la superficie sólida y el aire refrigerante es la menos eficiente dentro del sistema, y la interfaz sólido-aire representa la mayor barrera para la disipación de calor. Un disipador de calor reduce esta barrera principalmente al aumentar la superficie que está en contacto directo con el refrigerante. Esto permite disipar más calor y/o reducir la temperatura de funcionamiento del dispositivo. El propósito principal de un disipador de calor es mantener la temperatura del dispositivo por debajo de la temperatura máxima permitida especificada por los fabricantes del dispositivo.

Disipador de calor para Mosfet

Si no se conocen los factores que afectan al rendimiento del disipador de calor, el disipador que se seleccione puede ser inadecuado para satisfacer los requisitos térmicos del dispositivo que se va a refrigerar. Esto conduce a un mayor número de diseños e iteraciones de pruebas que, en última instancia, retrasan la finalización del desarrollo del producto. Hay tres errores comunes que se cometen al evaluar el disipador de calor que se va a utilizar.

La resistencia térmica de un disipador de calor es la forma más común de evaluar el rendimiento de un disipador de calor para una aplicación determinada. Multiplicando la resistencia térmica del disipador de calor, Rth, por la potencia disipada, Q, del dispositivo que se está enfriando y añadiendo la temperatura ambiente, Tamb, a los resultados, se puede determinar la temperatura de la carcasa del dispositivo, Tc, como se muestra en la ecuación 1. El método típico por el que se seleccionan los disipadores de calor consiste en calcular primero la resistencia térmica del disipador de calor necesaria mediante la ecuación 1. A continuación, se realiza una búsqueda de disipadores de calor disponibles en el mercado con resistencias térmicas publicadas inferiores o iguales al valor calculado.