DISIPACIÓN DE POTENCIA
EQUIPO G.
1. Introducción
Debido al
tamaño relativamente reducido de los transistores y otros
Semiconductores
de potencia, en general no son capaces de disipar toda la potencia que
producen sin
calentarse excesivamente, con el consiguiente riesgo de destrucción. Por
este motivo
es necesario acompañarlos de algún elemento que facilite la eliminación de
esa
potencia. Tal es la función del disipador (heat sink).
2. Mecanismos de propagación del calor
El calor se
transfiere de una zona del espacio a otra básicamente por tres
Mecanismos: conducción,
convección y radiación. La conducción es la difusión del
Calor dentro
de un medio material sin que haya desplazamiento de materia. Es el
Mecanismo
predominante en los sólidos. Responde a la ecuación:
P=K A ∂ T
∂ X
donde P es
la potencia, o calor transferido por unidad de tiempo, K la
conductividad
térmica, A
el área de la sección transversal al flujo de calor, y ¶T /¶x el gradiente
térmico, que
en general se supone constante, o se determina a partir de la conservación
De potencia.
La
convección consiste en la propagación del calor por desplazamiento de
Porciones de
materia a distinta temperatura. Es el mecanismo predominante en los
Líquidos y
gases. El desplazamiento de materia puede realizarse espontáneamente
Debido a los
cambios de densidad que experimenta por variación de temperatura, o
Puede
producirse artificialmente, como al revolver un líquido o utilizar un
ventilador.
En el primer
caso se tiene la convección libre y en el otro la convección forzada.
La
Convección libre desde una
lámina a temperatura T1 al aire a temperatura T2 es:
P = h A (T1 - T2)1,25
Donde h es
una constante, A el área de la superficie, y P la potencia o
calor transferido
Por unidad
de tiempo.
La radiación
es la emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas de
Diversas
longitudes de onda. Este mecanismo tiene vigencia en el vacío y en los medios
Transparentes,
como los gases en su mayoría. La energía radiada por unidad de tiempo
Desde una
superficie a una temperatura absoluta T1 al ambiente a una temperatura
Absoluta T2 es:
P = e.A.s.(T41-T42)
donde s = 5,67 W/(m2K4), A es el área y e el poder emisivo.
El mayor poder emisivo
corresponde
al cuerpo negro ideal, que tiene e = 1. Las superficies blancas y
espejadas tienen escaso poder emisivo
3. Modelo simplificado de la transferencia de calor
Los
mecanismos descriptos no se presentan aisladamente. En la mayoría de los
casos la
propagación se produce por más de un mecanismo simultáneamente. Por
ejemplo la
eliminación de calor de un disipador responde a la radiación y a la
convección,
y el calentamiento de una habitación a través de una ventana obedece a los
tres
mecanismos. El planteo del modelo matemático exacto conduce por lo general a
ecuaciones
no lineales difíciles de resolver. Por ese motivo, a los fines prácticos se
plantea un
modelo simplificado en el cual se equiparan todos los mecanismos al de
conducción.
Dados dos puntos a temperaturas T1 y T2, la potencia que fluye de T1 a T2
se calcula mediante:
P= T1 – T2
RT
Donde RT es la llamada resistencia
térmica.
Código interno de
publicación: B26.00
Primera edición:
1989
Digitalización
primera edición: Francisco S. López
Segunda edición
corregida y ampliada
Publicado en
Internet
Rosario,
Argentina
Año 2006
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