Una caja de jabón no es una unidad de medida estándar, pero 12 W no requiere nada demasiado grande, incluso sin aire forzado, siempre que puedas al menos dejar que la convección natural sea, bueno, natural. Así es como calcula el disipador de calor que necesita.
He seleccionado la hoja de datos de para IRF510 como ejemplo. Es un MOSFET TO-220 muy común y debería funcionar para su aplicación.
Lo primero que verá es que la hoja de datos muestra la disipación de energía como 43 W. Esto, por supuesto, requiere un amplio disipador de calor externo, pero debería cubrir su aplicación con un margen saludable.
La temperatura máxima absoluta de la unión \ $ T_J \ $ aparece como \ $ 175 ^ \ circ C \ $, y asumamos que la temperatura ambiente es \ $ 35 ^ \ circ C \ $. Eso significa que la temperatura no puede subir más de \ $ 175 ^ \ circ C - 35 ^ \ circ C = 140 ^ \ circ C \ $. Y para estar seguros, agreguemos un margen de seguridad y un diseño para no más de \ $ 100 ^ \ circ C \ $ rise.
La hoja de datos enumera la resistencia térmica máxima de la unión a la caja como \ $ R _ {\ theta UC} = 3.5 ^ \ circ C / W \ $. Es decir, para cada vatio, la temperatura de la unión aumentará \ $ 3.5 ^ \ circ C \ $ asumiendo que el disipador térmico puede eliminar mágicamente todo el calor. A 15 W, eso es un aumento de \ $ 3.5 ^ \ circ C / W \ cdot 15 W = 52.5 ^ \ circ C \ $.
No esperamos más de un aumento de \ $ 100 ^ \ circ C \ $, por lo que tendremos que encontrar un disipador de calor que no aumente la temperatura más que otro \ $ 100 ^ \ circ C - 52.5 ^ \ circ C = 47.5 ^ \ circ C \ $. Eso significa que nuestro presupuesto de resistencia térmica para el disipador térmico es \ $ 47.5 ^ \ circ C / 15W = 3.17 ^ \ circ C / W \ $.
Esto está empujando el borde de lo que se puede hacer con la convección natural, pero es factible. Hojeando mi catálogo de Mouser, puedo encontrar un con una resistencia térmica de \ $ 3 ^ \ circ C / W \ $ con convección natural. Es el más grande que venden para TO-220. Tiene aproximadamente 1 x 1,6 x 2,5 pulgadas y Mouser le venderá solo uno por $ 2.17 más gastos de envío.
Estrictamente hablando, no he tenido en cuenta la resistencia térmica de la caja del transistor al disipador térmico. La hoja de datos IRF510 da un valor típico de \ $ 0.5 ^ \ circ C / W \ $ para una superficie engrasada, que a 15 W significará otro \ $ 7.5 ^ \ circ C \ $ aumento en la temperatura de la unión. Pero recuerde que incluimos un margen de \ $ 40 ^ \ circ C \ $ y asumimos una temperatura ambiente bastante alta de \ $ 35 ^ \ circ C \ $. Deberíamos estar seguros.
Aun así, algo puede obstruir el disipador de calor, por lo que puede hacerlo con algún tipo de protección térmica. Puede implementar esto usted mismo, pero también hay MOSFET por ahí con protección térmica incorporada. Si hace esto, no necesita ese margen, y es muy posible que pueda disipar más de 15 W si no lo hace. No importa la posibilidad de que se active la protección térmica.
Y, vale la pena mencionar que aunque el transistor no debe fallar, se pondrá muy caliente. Una caja de plástico con poca ventilación probablemente no sea buena. Tendrá que mantener los dedos lejos de seguro. Si desea mantener las cosas más frescas, me temo que no tiene más remedio que forzar el aire o distribuir el calor en más áreas: resistencias de gran potencia, transistores múltiples, etc.
