¿Cómo encontrar un enfriador / disipador térmico adecuado para un Mosfet?

Primero debe determinar cuánta potencia se disipa en el transistor. El segundo factor es la temperatura ambiente máxima que espera que experimente el transistor. Finalmente, decida qué temperatura máxima desea en el chip del transistor ... tal vez 75 ° C sea un buen objetivo. Reste la temperatura ambiente de la temperatura máxima de la matriz del transistor y obtendrá el aumento máximo de temperatura desde el chip del transistor hasta la superficie exterior del disipador térmico. Divida la diferencia de temperatura por la potencia disipada y tendrá un valor para resistencia térmica en ° C / W (grados C por vatio). Esta es la resistencia térmica máxima que puede permitir desde la matriz del transistor hasta el aire ambiente. Descubre la resistencia térmica del propio paquete de transistores. Para el transistor que figura en la lista anterior, esto se incluye en la hoja de datos como "Resistencia térmica, unión a la caja" y tiene un valor de 6.25 ° C / W. Ahora reste la resistencia térmica del paquete de transistores de la resistencia térmica total permitida que calculó anteriormente. Ahora vaya a los catálogos y busque un disipador de calor que se ajuste al paquete TO-220 y tenga una resistencia térmica, en aire en reposo, igual o inferior a este valor.

A medida que un componente disipa energía (energía durante algún tiempo), se calentará. Cuánto dependerá de los materiales utilizados y de la masa de los mismos. Por lo tanto, la temperatura seguirá aumentando, pero al mismo tiempo la parte comenzará a perder calor en el medio ambiente y perderá más calor cuando la diferencia de temperatura con el entorno sea mayor. A una cierta temperatura, se alcanza un equilibrio cuando el calor agregado es igual al calor drenado.

Puede comparar la diferencia de temperatura con una diferencia de voltaje y el flujo de energía con la corriente. En electricidad, la relación entre los dos es la resistencia, y también lo es el parámetro correspondiente en termodinámica: resistencia térmica . Cuanto menor sea la resistencia térmica, más calor se puede drenar y menor será la diferencia de temperatura.

La hoja de datos dice en Absolute Maximum Ratings que la temperatura de la unión no debe exceder los 150 ° C. Digamos que estamos a salvo con 125 ° C. La hoja de datos también da dos resistencias térmicas:

Unión al caso: 6.25 K / W (*)
Salida a ambiente: 83.3 K / W

El último es mucho más alto porque es el intercambio de calor por convección, mientras que el primero se lleva a cabo. La convección también permitirá valores más bajos, pero luego se necesita una superficie de contacto mucho más grande con el aire circundante, y eso es exactamente lo que nos brinda un disipador de calor.

Antes de que podamos continuar, necesitamos algo de información: ¿cuánta potencia desea que disipe el FET? Digamos 10 W (siempre puedes hacer el cálculo de nuevo para una potencia diferente). También supongamos que la temperatura ambiente es de 30 ° C. La diferencia de temperatura entre la unión y el entorno es de 95 ° C para 10 W, por lo que solo podemos ofrecer una resistencia térmica total de 9,5 K / W. Eso no es mucho cuando se ve que ya usamos 2/3 de eso para la unión al caso (6.25 K / W es un valor bastante alto). Ahora, al igual que las resistencias eléctricas en serie, se agregan resistencias térmicas para obtener un valor total. Si estimamos 1.5 K / W para la resistencia entre la caja y el disipador de calor (requerirá suficiente pasta térmica y un buen contacto mecánico), entonces tenemos 9.5 K / W - 6.25 K / W - 1.5 K / W = 1.75 K / W.

Tiempo de compras! Digikey tiene unos cuantos disipadores que se ajustan a la factura, la mayoría bastante caros (¡los disipadores son caros!), Pero este parece estar bien: adecuado para TO-220 y 0,5 K / W, flujo de aire natural. Será menor con el flujo de aire forzado.

También puede calcular lo contrario: ¿cuánta disipación de energía puedo pagar con este disipador de calor?

\ $ P = \ dfrac {125 ° C - 30 ° C} {6.25 K / W + 1.5 K / W + 0.5 K / W} = 11.5 W \ $

(*) Algunas personas prefieren K / W, otras ° C / W, pero como se trata de una diferencia de temperatura, ambas son equivalentes.