Resistencia térmica

Resistencia Térmica

¿Qué se debe considerar para los componentes electrónicos con respecto a la resistencia térmica?

Los componentes semiconductores se calientan debido a la energía eléctrica. Esto ocurre principalmente en las uniónes PN. A bajas potencias (por ejemplo, en un LED), no hay que preocuparse por un calentamiento inaceptable ni por el uso de disipadores de calor. En el caso de componentes electrónicos de mayor potencia, ya hay que tener en cuenta un aumento inaceptable de la temperatura a la hora de desarrollar un circuito.

La temperatura de unión Tj máxima permitida la especifica el fabricante en la hoja de datos. En la mayoría de los casos, la temperatura máxima de unión es de 150°C. Exceder la temperatura de la unión destruye el semiconductor.

La resistencia térmica indica qué tan bien o mal un componente disipa el calor. Cuanto menor sea este valor, mejor será la disipación de temperatura y menor será el aumento de temperatura del componente. La fórmula de cálculo de la resistencia térmica es la siguiente:

R_th =  ΔT  =  T_j - T_a
.           P_d          P_d

Donde:

R_th: resistencia térmica del transistor
T_j: temperatura de la unión del transistor
T_a: temperatura ambiente
P_d: potencia disipada

La ecuación para calcular la resistencia térmica es muy similar a la ley de Ohm. De hecho, es posible derivar la analogía de la resistencia eléctrica con la resistencia térmica:

Resistencia Térmica - Analogía con la resistencia eléctrica - Definición

La corriente eléctrica I que pasa por una resistencia eléctrica R es proporcional a la diferencia de potencial eléctrico V₁ y V_2. ⇔ El flujo de calor P que pasa por una resistencia térmica R_th es proporcional a la diferencia de temperatura de ϑ₁ y ϑ_2.

Usando disipadores de calor

Para disipar el calor se utilizan disipadores de calor. Para potencias muy bajas, la carcasa suele ser suficiente, o el semiconductor se monta directamente en la carcasa del dispositivo. Para potencias más elevadas, se utilizan disipadores de calor, normalmente en combinación con una pasta conductora térmica.

La resistencia térmica total del transistor (Rth) se calcula sumando la resistencia térmica de unión a caja y la resistencia térmica de caja a ambiente:  R_th = R_thJC + R_thCA

Si se utiliza un disipador de calor, esta ecuación cambia a: R_th = R_thJC + R_thCD + R_thDA

Resistencia térmica - Circuito térmico

Ejemplo

La carcasa de un transistor se calienta hasta una temperatura máxima de 105°C durante el funcionamiento. La temperatura de la unión es de 133°C y la temperatura ambiente es de 30°C. La resistencia térmica máxima de contacto R_thJC se especifica en 40 K/W.

1. Calcule la disipación de potencia P_d del transistor.
2. Calcule la temperatura ambiente máxima permitida. La temperatura máxima de unión es de 150 °C. La potencia del transistor sería de 2,575 W.
3. Se utiliza un disipador de calor para mejorar la disipación de potencia del transistor. La resistencia térmica de contacto RthJC es de 0,5 K/W. El disipador de calor utilizado, incluida la pasta térmica, tiene una resistencia térmica de contacto de 5 K/W. La temperatura ambiente T_A también se puede especificar como 30°C.