Cálculo básico de disipadores de calor

Rda < {(Tj-Tamb)/2 x Pd} - Rjc/2 -Rcd/2

Bueno, veamos tu fórmula parte por parte. Tiene tres términos y no coincidimos en dos, el primero y el tercero.

- (Tj-Tamb)/2 x Pd
En el primero, para dividir por dos, debería ser la mitad la potencia disipada (es la total la que va ahí, no la que disiparía cada transistor). Definitivamente no...
Por otro lado, al ser más transistores la Rda debería poder ser más alta, y eso se logra haciendo el primer término más grande. Dividiéndolo no logramos eso, así que algo va mal.
El número de transistores está contemplado en el valor de Tj, que será más alto que en el caso de usar uno solo. La temperatura ambiente no variará, así que eso no cambia, y la potencia total a disipar tampoco. No cambia.
Entonces tenemos que la única cosa que va a variar en ese término es Tj. Ajustar su valor según la curva de Power Derating es lo que hará la diferencia. Lo demás queda igual que en el caso de un solo transistor.

- Rcd/2
En este tercer término hay algo que no anda. Esa es la resistencia térmica que ofrecen los aisladores eléctricos.
Veamos: Si tenés una plancha (transistor) con la que planchás una camisa delicada (disipador), ponés una tela en medio (mica+grasa siliconada) para amortiguar el calor. Acá es algo intencional esto de frenar el paso de calor, no como en el caso que nos ocupa, pero el efecto es el mismo al final.
Como pusiste una tela entre tu camisa y la plancha, ahora hay una parte del calor que no pasa a la prenda, sino que queda detenido en la plancha (eso lo hace la tela extra) y la calienta, o mejor dicho, no permite que se enfríe pasando calor a la camisa.

Supongamos que tenés una plancha chiquita a una temperatura de 100ºC con una pieza de tela del tamaño de su base. Con esas condiciones tu camisa recibe (digamos) 90ºC. Si ahora tuvieras una plancha grande (digamos que un par de veces la superficie anterior), con un pedazo de tela de ese tamaño y toda la cosa, a los mismos 100ºC de antes... ¿Qué temperatura recibirá tu camisa ahora?
Adivinaste: Los mismos 90ºC.

Sí, antes de que alguien lo diga, esto no es físicamente exacto porque falta considerar al tiempo, lo sé. Pero para ejemplificar la idea funciona.

Si ahora ponés dos planchas iguales, una al lado de la otra y a la mitad de la temperatura original, con dos pedazos de tela debajo y finalmente la camisa, cada pedazo de tela va a detener calor en la misma medida. A la postre la cantidad de calor que va a recibir la camisa es la misma en total, sea con una o con dos planchas.
De nuevo, no empecemos con la física que esto es sólo un ejemplo (quien se dé cuenta de qué es físicamente inexacto, no necesita de este ejemplo).

¿Se entiende mi punto?

Saludos
 
Buenas,

Como siempre, Cacho esta a la altura de las circunstancias.

Lo que me quedan algunas dudas como que tengo disipadores reciclados de aparatos que desmonte y no tienen aletas, son mas bien planos y algunos de ellos estaban soldados a la pcb, ¿esto es normal o son casos especiales?

Gracias.
Saludos.
 
...tengo disipadores reciclados...y no tienen aletas, son mas bien planos y algunos de ellos estaban soldados a la pcb, ¿esto es normal o son casos especiales?
Usualmente tienen aletas los disipadores. Eso se hace para aumentar la superficie y favorecer el intercambio de calor.
Cuanto menor sea la superficie, mayor será su resistencia térmica.

Si un fabricante necesita una determinada resistencia térmica (arbitrariamente digamos que será alta) y la puede lograr con un pedacito de aluminio en forma de plancha...

Un disipador lleno de aletas hay que hacerlo en un molde, inyectarlo y todo eso. Uno chato se hace simplemente cortando una plancha... ¿Qué será más barato?:unsure:

Saludos
 
Ya entiendo, Don Dinero entra en juego.

Porcierto, los calculos del primer mensaje solo se utilizan para amplis AB?
Un TDA2003 se considera AB?
 
Ya entiendo, Don Dinero entra en juego.
Exacto. Si tenés que fabricar 150.000 de esos y te ahorrás algún peso en cada uno, hacemos un montón de plata :D

Porcierto, los calculos del primer mensaje solo se utilizan para amplis AB?
Un TDA2003 se considera AB?
Sí: Casi todos los integrados, este incluido, son AB (fijate en el esquema interno que viene en los datasheets para más datos).

Saludos.
 
Buenas,

Despues de leer y tomar apuntes formando una pequeña guia rapida con lo mas importante me quedan dudas.

Cuando hablas del "Power Derating", ¿lo que te vienes a referir es que es como una temperatura maxima que no se puede rebasar como Tj? Me ha surgido esta duda porque no veo en tus calculos nada referente al Power Derating.

Luego, el desfase de 45º lo indicas entre parentesis en un calculo pero no haces ningun calculo especial, simplemente calculas la potencia pico maxima y por eso no entiendo porque comentas lo del desfase, ¿me lo aclaras?:D

En fin, para tenerlo mas clarito, lo unico que se diferencia el disipador de un ampli y el de cualquier cosa sin variaciones de potencia, ¿es que se tiene en cuenta una potencia rms en el caso del ampli?

Mientras escribia se me han ido apareciendo mas dudas.
La mica aislante, ¿es obligatoria ponerla o simplemente es aconsajable para que tenga buen contacto todo?

Despues lo de la temperatura ambiente me tiene mareado porque si el disipador disipa, se supone que alrededor del mismo sube la temperatura ambiente, asi pues la temperatura ambiente no seran la tipica tan agradable de 25º, y ademas en unos de tus calculos indicas 50º y no sé si es estimacion o se hace algun tipo de calculo, ¿Hay forma de calcular una aproximacion? ¿Es un dato que se presupone que sera asi?

En fin, lo dejo ahi.
Gracias Cacho (O a quien responda).
Saludos.
 
Cuando hablas del "Power Derating", ¿lo que te vienes a referir es que es como una temperatura maxima que no se puede rebasar como Tj? Me ha surgido esta duda porque no veo en tus calculos nada referente al Power Derating.
El Power Derating se toma en consideración al empezar el asunto del disipador y está directamente relacionado con la máxima teperatura que podés usar en los cálculos.
Si se calcula todo sin tener en cuenta eso, al terminar hay que revisar si los números no chocan con el PD. De hacerlo, a recalcular.
Es algo como: Tengo que disipar X Watt. Asumo que la etapa de salida va a estar a 70ºC y sé que la corriente máxima será de Y Ampére. Ahí calculo cuántos transistores voy a necesitar.
Ya con esos datos, al disipador se ha dicho.

Luego, el desfase de 45º lo indicas entre parentesis en un calculo pero no haces ningun calculo especial, simplemente calculas la potencia pico maxima y por eso no entiendo porque comentas lo del desfase, ¿me lo aclaras?

Digamos que el ampli se alimenta con +-V y tomenos la rama positiva para este ejemplo. Digamos que Rl es la impedancia de carga, o sea, la del parlante.

Si el desfasaje es 0º, en la cresta de la onda la caída de tensión en el transistor es mínima (las internas de la cadena de transistores y no mucho más, alrededor de 2 o 3V) y la corriente, la máxima que puede haber (+V/Rl). El producto de ambas, la potencia a disipar por el transistor, es un número bajo. Al acercarse al cruce por cero, la caída es la máxima (cercana a +V), pero la corriente es la mínima. Otra vez, la potencia a disipar es baja.

A medio camino (en el flanco ascendente o descendente, no importa) la caída en el transistor es +V/2 y la corriente es de +V/2Rl). Ahí es la máxima disipación que podríamos tener: +V²/4Rl (caída de tensión por corriente).

En el caso de tener un desfasaje de 45º entre tensión y corriente, cuando tenemos +V/2 cayendo en el transistor (a mitad de la onda), aparece una corriente de +V/Rl (la máxima). Con eso la disipación es de +V²/Rl, cuatro veces más que en el caso anterior. Eso es feeeeeeeeeeeo.

En el peor de los casos, te encontrás con estos casos que te complican la vida, por eso se usan como parámetro a la hora de calcular el disipador. Se puede usar menos desfasaje, pero ahí ya estás jugando con la experiencia y con la "buena voluntad" de los parlantes.
...lo unico que se diferencia el disipador de un ampli y el de cualquier cosa sin variaciones de potencia, ¿es que se tiene en cuenta una potencia rms en el caso del ampli?
Exacto. En un ampli la disipación de potencia no es constante (por suerte). En muchas otras cosas, sí. Cuando dividís por (3, 6, 8 o lo que sea) ese numerito al que llegás con el cálculo de la potencia de pico estás introduciendo este factor que mencionás.
La mica aislante, ¿es obligatoria ponerla o simplemente es aconsajable para que tenga buen contacto todo?
Esa mica aísla eléctricamente los transistores. Sería mejor si no estuviera (es aislante térmica también), pero probablemente harías un enorme corto a través del disipador, además de dejarlo conectado a vaya uno a saber qué tensión.
...en unos de tus calculos indicas 50º y no sé si es estimacion o se hace algun tipo de calculo, ¿Hay forma de calcular una aproximacion? ¿Es un dato que se presupone que sera asi?
Es una estimación. Hay maneras muy complejas de hacer esas cuentas. Tanto que es más fácil hacer un ensayo y medir las temperaturas.
Usualmente las temperaturas dentro de un ampli andan por esa temperatura. Si el disipador va afuera del gabinete se puede considerar una temperatura ambiente más baja. Si hay ventilación forzada, una más baja todavía, si...
Bueno, la lista sigue, pero ya se va de la idea básica.

Saludos
 
El Power Derating se toma en consideración al empezar el asunto del disipador y está directamente relacionado con la máxima teperatura que podés usar en los cálculos.
Vale, digamos que se tiene en cuenta cuando se dice que si un dispositivo tiene xºC maximos, por ejemplo 150º, bajamos esa maxma a 130ºC por no jugar al filo del precipicio y despues la volvemos a bajar para los calculos a 100ºC por el Power Derating,¿no?
En el peor de los casos, te encontrás con estos casos que te complican la vida, por eso se usan como parámetro a la hora de calcular el disipador. Se puede usar menos desfasaje, pero ahí ya estás jugando con la experiencia y con la "buena voluntad" de los parlantes.
¿Y si se usa menos desfase como quedaria el calculo? De ahi venia mi pregunta, porque si se supone que 45º es el peor de los casos se podria utilizar un desfase inferior para ser mas exactos y ahorrar en disipador ¿no? Por lo que entiendo se utilizan 45º para no quedarse corto en los calculos.
Exacto. En un ampli la disipación de potencia no es constante (por suerte). En muchas otras cosas, sí. Cuando dividís por (3, 6, 8 o lo que sea) ese numerito al que llegás con el cálculo de la potencia de pico estás introduciendo este factor que mencionás.
¿Como? Me he perdido.. ¿ese numerito no era una diferencia? Por lo que entendi si pones 3, das por sentado que la potencia tendra menos rango de variacion que si pones 8.
Esa mica aísla eléctricamente los transistores. Sería mejor si no estuviera (es aislante térmica también), pero probablemente harías un enorme corto a través del disipador, además de dejarlo conectado a vaya uno a saber qué tensión.
¿En cualquier dispositivo seria mejor si no estuviera? ¿Por ejemplo un CI?

Es una estimación. Hay maneras muy complejas de hacer esas cuentas. Tanto que es más fácil hacer un ensayo y medir las temperaturas.
Dando igual el disipador que le pongas para los ensayos la Ta llega al mismo punto siempre? no varia?

Me surge una nueva duda (Supongo que soy una pesadilla jeje). Cuando hablabamos del numerito ese que toma en cuenta la Prms (3,6,8..) se dice que segun la musica es uno u otro, ¿pero si se escucha de todo? ¿Se tendria que elegir el numero mas bajo posible? ¿Si no recuerdo mal el mas bajo que dijiste fue el de la musica electronica?
 
Vale, digamos que se tiene en cuenta cuando se dice que si un dispositivo tiene xºC maximos, por ejemplo 150º, bajamos esa maxma a 130ºC por no jugar al filo del precipicio y despues la volvemos a bajar para los calculos a 100ºC por el Power Derating,¿no?
En un principio sabemos cuánta corriente va a circular por el transistor y cuánta tensión habrá entre colector y emisor. Eso nos dará (SOA mediante) la cantidad de transistores a usar.
Sabemos también la potencia a disipar, con eso entramos a ugar con el Power Derating. Si usamos (por poner un número) 3 transistores y cada uno puede manejar 100W de disipación, entonces tenemos 300W (vaya novedad).
Supongamos que la potencia a dispar será de 200W. Tenemos lo que hace falta y hasta un poco más, va fenómeno. Pongamos también que el Power Derating de estos transistores es de 1W/ºC por encima de los 25ºC.

A los 26ºC cada transistor puede disipar 99W (297W en conjunto). Un grado más y son 98W per capita y 294 en total y así sigue la cuenta.
Si me "sobraban" 100W al comienzo, quiere decir que tendré hasta 33ºC por encima de los 25ºC de las pruebas para usar como "colchón térmico". Digamos que hasta los 58ºC no vamos a tener preocupaciones.
Al calcular el disipador ya entramos con la premisa de que el conjunto no puede pasar de manera segura de los 58ºC y con eso es con lo que calculamos la resistencia térmica que necesitaremos.
¿Y si se usa menos desfase como quedaria el calculo? De ahi venia mi pregunta, porque si se supone que 45º es el peor de los casos se podria utilizar un desfase inferior para ser mas exactos y ahorrar en disipador ¿no? Por lo que entiendo se utilizan 45º para no quedarse corto en los calculos.
Exacto: Se toma el peor escenario posible para hacer las cuentas. Podés bajar esos números, pero ahí ya juega la experiencia y la esperanza de que se cumpla la predicción que se hace al calcular.
Simplemente la corriente máxima se daría en un punto en que la caída en el transistor es menor.
Por lo que entendi si pones 3, das por sentado que la potencia tendra menos rango de variacion que si pones 8.
Claro, eso es el rango dinámico de la música, o sea, cuánto varía entre los picos y lo que usualmente sale. Cuanto menor es el número por el que se divide, menor es el rango dinámico esperado y mayor será el disipador. Usualmente, menos de 6dB de rango dinámico no se encuentran y esa es una aproximación bastante segura.
¿En cualquier dispositivo seria mejor si no estuviera? ¿Por ejemplo un CI?
Sí señor. El único problema es que en general las lengüetas de los encapsulados están conectadas a algo, y eso hace que se arme un corto grande como una casa si no se usa el aislante.
Dando igual el disipador que le pongas para los ensayos la Ta llega al mismo punto siempre? no varia?
Pensalo así: Tenés dos calentadores eléctricos de agua, de esos que se sumergen.
Ambos tienen la misma potencia pero uno es una esfera de 1cm de diámetro y el otro es también una esfera, pero de 10cm de diámetro.
Los sumergís en dos recipientes iguales, llenos con la misma catidad de agua, y los enchufás. Vas a llegar al mismo resultado, pero... ¿Qué diferencias se te ocurre que habrá? ¿Y eso aplicado a los semiconductores? ¿Qué les podría pasar? (a pensar, muajajajaja)

Saludos
 
¿Qué diferencias se te ocurre que habrá? ¿Y eso aplicado a los semiconductores? ¿Qué les podría pasar? (a pensar, muajajajaja)
Que tardaran mas o menos tiempo en llegar a la misma tempratura.
Vale, ya lo cojo, me estas queriendo decir que el agua es la Ta.
Entonces.. ¿para dichas pruebas iniciales lo mejor seria poner siempre un disipador de bajisima resistencia termica y medir su Ta? Para que no se quede corto lo digo, porque si se pone uno muy pequeño se quemara el dispositivo y adios a calcular porque ya nos quedamos sin ampli..

Hice calculos para mi ampli de 7 watios (TDA2003) y me salio alrededor de Rda 14ºC/W, ¿lo ves un numero logico? Aunque creo que calcule Ta como 25º..
He visto fotos de este integrado con el disipador puesto y la verdad es que no les ponen grandes disipadores, pero por lo menos uno de 10ºC/W que vi en la web que facilitas es mucho mas grande que los que vi en los videos y fotos de la gente.. No sé que diferencia de tamaño habra entre grado y grado de resistencia.
 
Entonces.. ¿para dichas pruebas iniciales lo mejor seria poner siempre un disipador de bajisima resistencia termica y medir su Ta? Para que no se quede corto lo digo, porque si se pone uno muy pequeño se quemara el dispositivo y adios a calcular porque ya nos quedamos sin ampli..
Exacto. En realidad alcanza con poner uno que sepamos que va a funcionar con algún margen.
De todas formas, ajustar el asunto de la temperatura ambiente es interesante si vas a construir de a montones. Ahorrarte unos pesos en un disipador no te ve a hacer más rico ni más pobre. Si construís varios miles... Ahí sí que cambia la cosa. El esfuerzo y tiempo quete lleva hacer las mediciones no se justifica para el caso de un solo ampli. Si es por aprender nomás, adelante, pero no esperes que la diferencia en precio o tamaño sea demasiado importante.
Más aún, no te sirve esta medición para calcular estas cosas en un ampli distinto.

El asunto de los 50ºC de Ta viene de una cosa muy simple: Supongamos que el ambiente donde se opera el ampli esté a 25ºC (nada raro). Adentro de la carcasa donde está el disipador... ¿No es esperable que la temperatura suba unos grados? Cuando sube 25ºC estamos ya en los 50ºC de la cuenta. Es un valor bastante seguro.
Si se esperan temperaturas más altas (digamos que lo usan en el Sahara), se sube Ta en el cálculo ;)
Hice calculos para mi ampli de 7 watios (TDA2003) y me salio alrededor de Rda 14ºC/W, ¿lo ves un numero logico?
Tan lógico como cualquier otro. No sé cómo llegaste a ese resultado, pero si hiciste bien las cuentas, eso será. No parece algo descabellado, de todos modos.
...pero por lo menos uno de 10ºC/W que vi en la web...
http://www.disipadores.com/baja_potencia.htm
Fijate el 2725D ahí (cuarto en la lista).
No sé que diferencia de tamaño habra entre grado y grado de resistencia.
Eso depende de las características del integrado/transistor. Por cada ºC/W de diferencia en el disipador, la juntura del bicho que tenga atornillado subirá cierta temperatura, dependiendo de su resistencia térmica.


Saludos
 
Si es por aprender nomás, adelante, pero no esperes que la diferencia en precio o tamaño sea demasiado importante.
Es por aprender simplemente, creo que es importante saberlo. Lo que yo pensaba era comprar un disipador enorme (El que tenga menos resistencia termica del mercado o uno de los que menos) y utilizarlo para todos los amplis o aparatos que necesiten disipador y los someta a esta prueba de Ta.
Si se esperan temperaturas más altas (digamos que lo usan en el Sahara), se sube Ta en el cálculo ;)
Tiene gracia porque tenia pensado utilizarlo en la playa y parece que me hayas leido la mente, entonces, suponiendo que hay una temperatura de 40º (Tirando muy por arriba, pero como es sol directo y continuado creo que me quedo corto) por la misma regla de los 25º y los 50º, que deberia de poner en los calculos ¿Ta de 80º?
Eso depende de las características del integrado/transistor. Por cada ºC/W de diferencia en el disipador, la juntura del bicho que tenga atornillado subirá cierta temperatura, dependiendo de su resistencia térmica.
No me referia al dispositivo a refigerar sino al disipador en sí, bueno, de todas formas, ya he leido algo en la web que hablaba sobre la relacion tamaño y ºC/w.
 
Primero: Hacer ese tipo de mediciones, realmente, no vale la pena para armar pocas unidades. Hacelo con uno (este por ejemplo) para ver cómo es la cosa te va a alcanzar y sobrar para aprender cómo se hace.
No te recomiendo ajustar tan finito el cálculo, no es necesario.

Por lo de la playa, estimar que haya 25ºC por encima de la temperatura ambiente es algo correcto. Si esperás 40ºC, que en la fórmula aparezcan 65ºC. Si aparecieran 80ºC tendrías más margen de seguridad (y no lo pongas al sol directo, no seas sádico :D)


Saludos
 
(y no lo pongas al sol directo, no seas sádico :D)
jaja vale, pues le hare una sombrilla de quita y pon especialmente para la caja del ampli :LOL: Seria logico meterlo dentro de la mochila pero tengo en mente algunas ideas que no incluyen tener algo donde resguardarlo de los elementos.

En fin, gracias Cacho.
Saludos.
 
menudo tutorial!!
pero me he encontrado con un problema y es que en mi ciudad en las casas de electronica no venden disipadores para mi ampli hifi rotel de mariano y me gustaria saber si alguien conoce alguna pagina que vendadn online a ser posible en españa

saludos y gracias
 
Se agradece el Tutorial, tenia ganas de aprender a calcular los disipadores (hasta ahora venia poniendo algo "grande" sin nada de calculos, soy principiante!)
Saludos
 
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