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Thermal

Calculadora de Disipador de Calor

Calcula la resistencia térmica máxima del disipador necesario para mantener la temperatura de unión bajo control.

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Fórmula

θSA=(TJmax−TA)/PD−θJC−θCSθ_SA = (T_Jmax - T_A) / P_D - θ_JC - θ_CS

Referencia: JEDEC JESD51 thermal measurement standard

θ_SA— Resistencia térmica entre el disipador y el ambiente (°C/W)
T_Jmax— Temperatura máxima de unión (°C)
T_A— Temperatura ambiente (°C)
P_D— Disipación de potencia (W)
θ_JC— Resistencia térmica entre la unión y la caja (°C/W)
θ_CS— Resistencia térmica entre la carcasa y el disipador (°C/W)

Cómo Funciona

Heatsink thermal resistance calculator computes θSA requirements for safe junction temperatureoperation — essential for power supply design, motor drives, and high-power amplifier thermal management. Thermal engineers, power electronics designers, and product reliability engineers use this to size heatsinks and verify thermal margins. Per JEDEC JESD51-12, total thermal resistance θJA = θJC + θCS + θSA, where θJC is specified by semiconductor manufacturer (TO-220: 1-2°C/W, D²PAK: 0.5-1°C/W per JEDEC), θCS depends on interface material (thermal grease: 0.1°C/W, dry contact: 0.5°C/W, thermal pad: 0.2-0.5°C/W), and θSA is the heatsink performance. Natural convection heatsinks achieve θSA = 3-20°C/W depending on size; forced air at 2 m/s improves θSA by 3-5× per AAVID application data.

Ejemplo Resuelto

Seleccione el disipador térmico para el regulador LM7805 que convierte 12 V a 5 V con una carga de 1 A. Disipación de potencia: Pd = (12 V - 5 V) × 1 A = 7 W. De la hoja de datos del LM7805: θJC = 4°C/W (TO-220), Tj (max) = 125°C. Objetivo de diseño: Tj = 100°C en Ta = 50°C (entorno industrial). Total requerido θJA: θJA = (Tj - Ta) /Pd = (100 - 50) /7 = 7,14 °C/W. Con pasta térmica θCS = 0,2°C/W: θSA(max) = 7.14 - 4 - 0.2 = 2,94 °C/W. Selecciona Aavid 531202B02500G (θSA = 2,5°C/W, 50 mm × 50 mm × 25 mm). Verifique: Tj = 50 + 7 × (4 + 0,2 + 2,5) = 50 + 46,9 = 96,9 °C, dentro del objetivo de 100 °C con un margen de 3 °C. Para aplicaciones en exteriores (Ta = 70 °C), cámbialo por un disipador de calor más grande o añade un ventilador.

Consejos Prácticos

  • ✓Para una convección natural, deje un espacio mínimo de 10 mm alrededor de las aletas del disipador térmico; el flujo de aire bloqueado aumenta el valor de θSA entre un 50 y un 100% según las pautas de diseño térmico
  • ✓Black anodized heatsinks have 10-15% lower θSA than bare aluminum due to improved radiation — significant only at ΔT > 40°C above ambient
  • ✓El aire forzado a 2 m/s normalmente reduce el valor de θSA entre 3 y 5 veces; consulte las curvas del fabricante para conocer el disipador térmico específico. Selección de ventiladores: 1 CFM por cada 5 W para gabinetes pequeños, según el manual térmico de AAVID

Errores Comunes

  • ✗Utilizar un disipador térmico θSA sin tener en cuenta la orientación de montaje: las aletas verticales con convección natural tienen un 20-30% más bajo θSA que las horizontales; las especificaciones del fabricante presuponen una orientación óptima
  • ✗Ignorar la resistencia de la interfaz térmica: omitir θCS = 0.5°C/W (contacto seco) subestima la Tj entre 3 y 5 °C a los niveles de potencia típicos; utilice siempre compuestos térmicos
  • ✗Suponiendo un escalado lineal con la potencia: a alta densidad de potencia (>1W/cm²), La superficie del disipador térmico se satura térmicamente; utilice la simulación CFD o reduzca la calificación publicada θSA entre un 20 y un 30%

Preguntas Frecuentes

La resistencia térmica θ (°C/W) es análoga a la resistencia eléctrica: ΔT = θ × P (compárese con V = R × I). Cuantifica cuánto aumento de temperatura se produce por vatio de potencia disipado. Un θ más bajo significa una mejor transferencia de calor. Valores típicos: TO-220 θJC = 1-2°C/W, grasa térmica θCS = 0,1-0,2°C/W, disipador térmico pequeño con clip θSA = 10-20°C/W, disipador térmico extruido grande θSA = 1-3°C/W.
θJC está fijado por el diseño del encapsulado y el usuario no puede mejorarlo; representa el cuello de botella térmico fundamental. Los paquetes de alimentación ( (D²PAK, a 247) alcanzan θJC < 1°C/W; los paquetes de montaje en superficie (SOIC, QFP) tienen θJC = 20-100°C/W. Para aplicaciones de alta potencia, la selección del paquete es fundamental: un dispositivo de 10 W en SOIC-8 (θJC = 40°C/W) tiene un aumento de 400 °C incluso antes de llegar a la caja.
La temperatura ambiente Ta establece la línea base: todos los aumentos de temperatura se suman a Ta. Los diseños industriales utilizan Ta = 50-70 °C; los productos electrónicos de consumo utilizan Ta = 35-45 °C. Aumentar el Ta de 25 °C a 50 °C requiere reducir la disipación de energía en 25°C/θJA vatios o mejorarla θJA proporcionalmente. Diseñe siempre para las peores condiciones ambientales según las pautas de confiabilidad del IPC-9592B.
θJC: arreglado por paquete (seleccione lower-θJC paquete como D²PAK en lugar de TO-220) . θCS: use grasa térmica (0,1 °C/W) en lugar de contacto seco (0,5 °C/W), o use material de cambio de fase (0,05 °C/W) . θSA: Área de disipación térmica más grande, más aletas, aire forzado (mejora de 3 a 5 veces) o refrigeración líquida (mejora de 10 veces). El sistema total θJA se puede reducir de 50 °C/W (sin disipador térmico) a <2 °C/W (refrigeración líquida optimizada).
A corto plazo: aumento de Rds (encendido) para los MOSFET (1,5-2 veces a Tj (máximo)), reducción del hFE para los BJT, posible apagado térmico (función de protección en muchos circuitos integrados). A largo plazo: desgaste acelerado según los modelos de Arrhenius: cada 10 °C por encima del objetivo de diseño reduce a la mitad la vida útil esperada. Según el JEDEC JEP122H, operar a Tj (máximo) de forma continua da como resultado un tiempo medio entre 1000 y 10 000 horas; si se opera a Tj (máximo) - 50 °C, se alcanza un tiempo medio entre 100 000 y 100 000 horas.

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