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Thermal

Calculadora de dissipador de calor

Calcule a resistência térmica do dissipador de calor e a temperatura de junção necessárias para dispositivos de energia

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Fórmula

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

Referência: JEDEC JESD51 thermal measurement standard

θ_SA— Resistência térmica do dissipador de calor ao ambiente (°C/W)
T_Jmax— Temperatura máxima de junção (°C)
T_A— Temperatura ambiente (°C)
P_D— Dissipação de energia (W)
θ_JC— Resistência térmica de junção a caixa (°C/W)
θ_CS— Resistência térmica da caixa ao dissipador de calor (°C/W)

Como Funciona

A calculadora de resistência térmica do dissipador de calor calcula os requisitos θSA para operação segura da temperatura da junção — essencial para o projeto de fontes de alimentação, acionamentos de motor e gerenciamento térmico de amplificadores de alta potência. Engenheiros térmicos, projetistas de eletrônica de potência e engenheiros de confiabilidade de produtos usam isso para dimensionar dissipadores de calor e verificar as margens térmicas. De acordo com JEDEC JESD51-12, resistência térmica total θJA = θJC + θCS + θSA, onde θJC é especificado pelo fabricante do semicondutor (TO-220:1-2° C/W, D²PAK: 0,5-1° C/W por JEDEC), θCS depende do material da interface (graxa térmica: 0,1° C/W, contato seco: 0,5° C/W, almofada térmica: 0,2-0,5° C C/W) e θSA é o desempenho do dissipador de calor. Os dissipadores de calor de convecção natural atingem θSA = 3-20°C/W dependendo do tamanho; o ar forçado a 2 m/s melhora θSA em 3-5 × por dados de aplicação AAVID.

Exemplo Resolvido

Selecione o dissipador de calor para o regulador LM7805 que converte 12V em 5V com carga de 1A. Dissipação de energia: Pd = (12V - 5V) × 1A = 7W. Da folha de dados LM7805: θJC = 4°C/W (TO-220), Tj (max) = 125°C. Meta de projeto: Tj = 100°C em Ta = 50°C (ambiente industrial). Total necessário θJA: θJA = (Tj - Ta) /Pd = (100 - 50) /7 = 7,14°C/W. Com pasta térmica θCS = 0,2°C/W: θSA (max) = 7,14 - 4 - 0,2 = 2,94°C/W. Selecione 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 da meta de 100° C com margem de 3° C. Para aplicações externas (Ta = 70°C), atualize para um dissipador de calor maior ou adicione ventilador.

Dicas Práticas

  • ✓Para convecção natural, permita uma folga mínima de 10 mm ao redor das aletas do dissipador de calor — o fluxo de ar bloqueado aumenta θSA em 50-100% de acordo com as diretrizes de projeto térmico
  • ✓Os dissipadores de calor anodizados pretos têm θSA 10-15% menor do que o alumínio puro devido à melhoria da radiação — significativa apenas em ΔT > 40° C acima do ambiente
  • ✓O ar forçado a 2 m/s normalmente reduz θSA em 3-5 vezes; consulte as curvas do fabricante para obter um dissipador de calor específico. Seleção de ventilador: 1 CFM por 5W para gabinetes pequenos, de acordo com o manual térmico AAVID

Erros Comuns

  • ✗Usando o dissipador de calor θSA sem considerar a orientação de montagem — aletas verticais com convecção natural têm θSA 20-30% menor do que horizontais; as especificações do fabricante pressupõem uma orientação ideal
  • ✗Ignorando a resistência da interface térmica — omitir θCS = 0,5° C/W (contato seco) subestima o Tj em 3-5° C em níveis de potência típicos; sempre use composto térmico
  • ✗Supondo escalonamento linear com potência — em alta densidade de potência (>1W/cm²), a superfície do dissipador de calor fica termicamente saturada; use a simulação de CFD ou reduza o θSA publicado em 20-30%

Perguntas Frequentes

A resistência térmica θ (°C/W) é análoga à resistência elétrica: ΔT = θ × P (compare com V = R × I). Ele quantifica quanto aumento de temperatura ocorre por watt de energia dissipada. Menor θ significa melhor transferência de calor. Valores típicos: TO-220 θJC = 1-2°C/W, graxa térmica θCS = 0,1-0,2°C/W, pequeno dissipador de calor com encaixe θSA = 10-20°C/W, grande dissipador de calor extrudado θSA = 1-3°C/W.
O θJC é corrigido pelo design da embalagem e não pode ser aprimorado pelo usuário — ele representa o gargalo térmico fundamental. Os pacotes de energia (D²PAK, TO-247) atingem θJC < 1°C/W; os pacotes de montagem em superfície (SOIC, QFP) têm θJC = 20-100°C/W. Para aplicações de alta potência, a seleção do pacote é fundamental: um dispositivo de 10 W em SOIC-8 (θJC = 40°C/W) tem um aumento de 400°C antes mesmo de chegar à caixa.
A temperatura ambiente Ta define a linha de base — todos os aumentos de temperatura são adicionados ao Ta. Os projetos industriais usam Ta = 50-70°C; os eletrônicos de consumo usam Ta = 35-45°C. Aumentar o Ta de 25°C para 50°C exige reduzir a dissipação de energia em 25°C/θJA watts ou melhorar o θJA proporcionalmente. Sempre projete para o pior ambiente possível, de acordo com as diretrizes de confiabilidade do IPC-9592B.
θJC: fixado por pacote (selecione um pacote de θJC inferior, como D²PAK em vez de TO-220). θCS: use graxa térmica (0,1° C/W) em vez de contato seco (0,5° C/W) ou use material de mudança de fase (0,05° C/W). θSA: maior área do dissipador de calor, mais aletas, ar forçado (melhoria de 3 a 5 vezes) ou resfriamento líquido (melhoria de 10 ×). O sistema total θJA pode ser reduzido de 50° C/W (sem dissipador de calor) para <2° C/W (resfriamento líquido otimizado).
Curto prazo: aumento de Rds (on) para MOSFETs (1,5-2 × em Tj (máx)), redução de hFE para BJTs, potencial desligamento térmico (recurso de proteção em muitos ICs). Longo prazo: desgaste acelerado de acordo com o modelo Arrhenius — cada 10 °C acima da meta de projeto reduz pela metade a vida útil esperada. De acordo com o JEDEC JEP122H, operar em Tj (máx) resulta continuamente em MTTF de 1000-10000 horas; operar em Tj (máx.) - 50°C atinge MTTF de mais de 100.000 horas.

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