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Thermal

Calculadora de Selección de Disipador

Determina la resistencia térmica máxima del disipador requerida para mantener una temperatura de unión segura.

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Fórmula

θSA=TJ(max)−TAPD−θJC−θCS\theta_{SA} = \frac{T_{J(max)} - T_A}{P_D} - \theta_{JC} - \theta_{CS}
θ_SA— Resistencia térmica requerida del disipador (°C/W)
T_J(max)— 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

La calculadora de selección Disipador térmicodetermina la resistencia térmica requerida y recomienda el tamaño del disipador térmico, algo esencial para la confiabilidad de la electrónica de potencia, la administración térmica de los LED y el diseño de refrigeración de la CPU/GPU. Los ingenieros térmicos, los diseñadores de PCB y los ingenieros de productos utilizan esta tecnología para garantizar que los componentes funcionen dentro de unos límites de temperatura seguros. Según el JEDEC JESD51-14, el proceso de selección implica: (1) calcular la disipación de energía Pd, (2) determinar el máximo permitido θJA de Tj (máximo), Ta (máximo) y el margen de diseño, (3) restar θJC y θCS para encontrar el requerido θSA, (4) seleccione disipador térmicoque cumpla con el requisito θSA . Los disipadores térmicos estándar van desde θSA = 20°C/W (pequeño enganchable, 15 × 15 × 10 mm) hasta θSA = 0.5 °C/W (aletas grandes con ventilador, 100 × 100 × 50 mm). Según las directrices de diseño térmico, una reducción del 10% en el θSA tiene en cuenta las variaciones de fabricación y el envejecimiento.

Ejemplo Resuelto

Seleccione disipador térmicopara que el controlador MOSFET disipe 15 W en el paquete TO-247. Requisitos: Tj (máx.) = 150 °C, Ta (máx.) = 55 °C, objetivo Tj = Tj (máx.) - 25 °C = 125 °C para obtener un margen de fiabilidad. De la hoja de datos del MOSFET: θJC = 0.4°C/W (TO-247AC). Calcula los θJA: θJA(max) = (125°C - 55°C) requeridos/15 W = 4,67 °C/W. Con la almohadilla térmica Bergquist Sil-Pad 2000 (θCS = 0,3°C/W) : θSA(max) = 4.67 - 0.4 - 0.3 = 3,97 °C/W. Aplica una reducción del 10%: θSA(design) = 3.97 × 0.9 = 3,57 °C/W. Selecciona Aavid 62700 (60 mm extruido, θSA = 3,2°C/W). Verifique con aire forzado: si el ventilador proporciona un flujo de aire de 2 m/s, el θSA cae a 1,2 °C/W, lo que permite una disipación de 40 W al mismo Tj, lo que resulta útil en condiciones de sobrecarga.

Consejos Prácticos

  • ✓Utilice las herramientas de selección de disipadores térmicos en línea (Aavid, Wakefield-Vette): potencia de entrada, Tj (máx.), Ta, tipo de paquete; la herramienta recomienda productos compatibles con curvas θSA
  • ✓For tight spaces, consider heat pipes or vapor chambers — achieve θSA < 0.5°C/W in 5mm height, enabling thin form factors for mobile devices
  • ✓Las almohadillas térmicas simplifican el montaje en comparación con la grasa térmica, pero tienen entre 2 y 3 veces más alta θCS : para aplicaciones críticas, utilice grasa térmica dosificada con un grosor de línea de unión controlado

Errores Comunes

  • ✗Ignorar la variación de la temperatura ambiente: el diseño para condiciones de laboratorio de 25 °C falla en entornos industriales de 50 °C; utilice siempre el Ta más desfavorable de las especificaciones del producto
  • ✗No tener en cuenta la resistencia térmica específica de los componentes: θJC varía 10 veces entre paquetes (TO-220:1 °C/W frente a SOIC-8:40 °C/W); compruébalo en la hoja de datos del dispositivo
  • ✗No aplicar el factor de reducción: la publicación θSA supone un montaje y un flujo de aire ideales; aplique una reducción del 10 al 20% para obtener un margen real según MIL-HDBK-251

Preguntas Frecuentes

La resistencia térmica θ (°C/W o K/W) mide la oposición al flujo de calor: Tj = Ta + Pd × θJA. lower θ significa una mejor refrigeración. La ruta térmica desde la unión hasta el ambiente se compone de los artículos θJC (paquete, 0,4-40 °C/W), θCS (interfaz, 0,1-1°C/W) y θSA (disipador térmico, 0,5-20 °C/W). Estos se añaden en serie: θJA = θJC + θCS + θSA.
Published θSA asume: presión de montaje óptima (50-100 psi), interfaz térmica limpia, flujo de aire especificado y orientación vertical. Las instalaciones reales presentan variaciones: tornillos sueltos (+10% θSA), acumulación de polvo (+5-15%), montaje horizontal (+20-30% en caso de convección natural). La reducción del 10% proporciona un margen mínimo; utilice entre un 20 y un 30% para entornos hostiles, según la norma IPC-9592B.
Cuando la convección natural no alcanza la θSA necesaria, normalmente por encima de 5-10 W por dispositivo. El aire forzado a 2-3 m/s mejora la θSA entre 3 y 5 veces en disipadores con aletas. Dimensionado del ventilador: 1 CFM por cada 5-10 W de disipación total en la caja. Para densidades de potencia >10 W/cm², la refrigeración líquida ofrece un rendimiento 10 veces mejor que el aire. Compromiso de coste: disipador más grande (USD 5-20) frente a ventilador (USD 3-10) + disipador más pequeño.
Regla empírica para extrusiones de aluminio por convección natural: θSA ≈ 50 / √(area_cm²). Para θSA = 5°C/W: área = (50/5)² = 100 cm² = 10×10 cm de huella. Agregue aletas para duplicar el área efectiva en el mismo espacio. El aire forzado permite un disipador de calor 3-5 veces más pequeño para el mismo θSA. El dimensionamiento preciso requiere curvas térmicas del fabricante o una simulación CFD.

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