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Thermal

Calculadora de seleção de dissipador de calor

Calcule a resistência térmica necessária ao dissipador de calor (θSA) para manter a junção de um dispositivo abaixo da temperatura máxima. Use isso para selecionar um dissipador de calor apropriado.

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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— Resistência térmica necessária ao dissipador de calor (°C/W)
T_J(max)— 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 seleção de dissipador de calor determina a resistência térmica necessária e recomenda o tamanho do dissipador de calor — essencial para a confiabilidade da eletrônica de potência, gerenciamento térmico de LED e design de resfriamento de CPU/GPU. Engenheiros térmicos, projetistas de PCB e engenheiros de produto usam isso para garantir que os componentes operem dentro de limites de temperatura seguros. De acordo com o JEDEC JESD51-14, o processo de seleção envolve: (1) calcular a dissipação de energia Pd, (2) determinar o máximo permitido θJA de Tj (max), Ta (max) e margem de projeto, (3) subtrair θJC e θCS para encontrar o θSA necessário, (4) selecionar o dissipador de calor que atenda ao requisito θSA. Os dissipadores de calor padrão variam de θSA = 20° C/W (clipe pequeno, 15 × 15 × 10 mm) a θSA = 0,5° C/W (aleta grande com ventilador, 100 × 100 × 50 mm). Uma redução de 10% no θSA é responsável pela variação de fabricação e pelo envelhecimento de acordo com as diretrizes de design térmico.

Exemplo Resolvido

Selecione o dissipador de calor para o driver MOSFET que dissipa 15W no pacote TO-247. Requisitos: Tj (max) = 150°C, Ta (max) = 55°C, alvo Tj = Tj (max) - 25°C = 125°C para margem de confiabilidade. Da folha de dados do MOSFET: θJC = 0,4° C/W (TO-247AC). Calcule o θJA necessário: θJA (max) = (125°C - 55°C) /15W = 4,67°C/W. Com a almofada térmica Bergquist Sil-Pad 2000 (θCS = 0,3°C/W): θSA (máx) = 4,67 - 0,4 - 0,3 = 3,97°C/W. Aplique uma redução de 10%: θSA (design) = 3,97 × 0,9 = 3,57 °C/W. Selecione Aaviv D 62700 (60 mm extrudado, θSA = 3,2° C/W). Verifique com ar forçado: se o ventilador fornecer fluxo de ar de 2 m/s, θSA cai para 1,2° C/W, permitindo uma dissipação de 40 W no mesmo Tj — útil para condições de sobrecarga.

Dicas Práticas

  • ✓Use ferramentas on-line de seleção de dissipadores de calor (Aavid, Wakefield-Vette) — potência de entrada, Tj (max), Ta, tipo de embalagem; a ferramenta recomenda produtos compatíveis com curvas θSA
  • ✓Para espaços apertados, considere tubos de calor ou câmaras de vapor — alcance θSA < 0,5° C/W em 5 mm de altura, permitindo formatos finos para dispositivos móveis
  • ✓As almofadas térmicas simplificam a montagem em relação à graxa térmica, mas têm θCS 2-3 vezes maior — para aplicações críticas, use graxa térmica dispensada com espessura de linha de união controlada

Erros Comuns

  • ✗Ignorando a variação da temperatura ambiente — o design para condições de laboratório de 25 °C falha em ambientes industriais de 50 °C; sempre use o Ta da especificação do produto, na pior das hipóteses
  • ✗Negligenciando a resistência térmica específica do componente — θJC varia 10 vezes entre os pacotes (TO-220:1°C/W versus SOIC-8:40°C/W); verifique na ficha técnica do dispositivo
  • ✗Falha na aplicação do fator de redução — o θSA publicado pressupõe montagem e fluxo de ar ideais; aplique uma redução de 10 a 20% para obter uma margem real de acordo com MIL-HDBK-251

Perguntas Frequentes

A resistência térmica θ (°C/W ou K/W) mede a oposição ao fluxo de calor: Tj = Ta + Pd × θJA. Menor θ significa melhor resfriamento. O caminho térmico da junção ao ambiente consiste em θJC (pacote, 0,4-40° C/W), θCS (interface, 0,1-1° C/W) e θSA (dissipador de calor, 0,5-20° C/W). Eles adicionam a série: θJA = θJC + θCS + θSA.
O θSA publicado pressupõe: pressão de montagem ideal (50-100 psi), interface térmica limpa, fluxo de ar especificado e orientação vertical. As instalações reais têm variações: parafusos soltos (+10% θSA), acúmulo de poeira (+5-15%), montagem horizontal (+20-30% para convecção natural). A redução de 10% fornece margem mínima; use 20-30% para ambientes agressivos de acordo com IPC-9592B.
Quando a convecção natural não consegue atingir o θSA necessário, normalmente acima de 5-10W por dispositivo. O ar forçado a 2-3 m/s melhora θSA em 3-5 × para dissipadores de calor com aletas. Tamanho do ventilador: 1 CFM por 5-10 W de dissipação total no gabinete. Para densidades de potência >10W/cm², o resfriamento líquido fornece um desempenho 10 vezes melhor do que o ar. Compensação de custo: dissipador de calor maior ($5-20) versus ventilador ($3-10) + dissipador de calor menor.
Regra prática para extrusões de alumínio por convecção natural: θSA ≈ 50/ √ (area_cm²). Para θSA = 5°C/W: área = (50/5) ² = 100 cm² = área ocupada de 10 × 10 cm. Adicione aletas à área efetiva dupla na mesma área. O ar forçado permite um dissipador de calor 3-5 vezes menor para o mesmo θSA. O dimensionamento preciso requer curvas térmicas do fabricante ou simulação de CFD.

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