Resistência Térmica

O que deve ser considerado para os componentes eletrônicos a respeito da resistência térmica?

Os componentes semicondutores aquecem devido à energia elétrica P. Isso acontece principalmente nas junções PN. Com baixos níveis de potência (por exemplo, em um LED), não precisamos nos preocupar com um aquecimento inaceitavelmente alto ou com o uso de dissipadores de calor. Para componentes eletrônicos de maior potência, um aumento inadmissível da temperatura já deve ser considerado no desenvolvimento de um circuito.

A temperatura de junção máxima permitida Tj é especificada pelo fabricante na folha de dados. Na maioria dos casos, a temperatura máxima da junção é de 150°C. Exceder a temperatura da junção destrói o semicondutor.

A resistência térmica indica quão bem ou mal um componente dissipa o calor. Quanto menor for esse valor, melhor será a dissipação da temperatura e menor será o aumento da temperatura do componente:

R_th =  ΔT  =  T_j - T_a
.           P_d          P_d

Onde:
R_th: resistência térmica
T_j: temperatura da junção
T_a: temperatura ambiente
P_d: potência dissipada

A equação para calcular a resistência térmica é muito semelhante à lei de Ohm. De fato, é possível derivar a analogia da resistência elétrica com a resistência térmica:

O que é resistência térmica – analogia à resistência elétrica – definição

Nota: O fluxo de calor q está diretamente associado à potência P no componente!

Usando dissipadores de calor

Os dissipadores de calor são usados para dissipar o calor. Para potência muito baixa, o gabinete geralmente é suficiente, ou o semicondutor é montado diretamente no gabinete do dispositivo. Para potência mais alta, são usados dissipadores de calor, geralmente em combinação com a chamada Pasta Condutora Termica.

Resistência térmica - Circuito térmico

Exemplo

A carcaça de um transistor aquece até uma temperatura máxima de 105 °C durante a operação. A temperatura da junção é de 133 °C e a temperatura ambiente é de 30 °C. A resistência máxima de contato térmico R_thJC é especificada como 40 K/W.

1. Calcule a potência P₁ que está ocorrendo no transistor.
2. Calcule a temperatura ambiente máxima permitida. A temperatura máxima da junção é de 150 °C. A potência no transistor seria 2,575 W.
3. Um dissipador de calor é usado para melhorar a perda de potência do transistor. A resistência de contato térmico Rth_JC é de 0,5 K/W. O dissipador de calor usado, incluindo a pasta térmica, tem uma resistência de contato térmico de 5 K/W. A temperatura ambiente T_A pode ser novamente especificada como 30°C.