January 27, 2019 | Author: Luis Alberto Cuayla Zapata | Category: Convection, Electrical Resistance And Conductance, Thermal Conduction, Radiation, Heat

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Diseño de Disipadores Térmicos AUTOR  Jessica Paola Barrionuevo Ponce  E-mail: [email protected]

ABSTRACT Powers involved in semiconductor devices vary according to type and use them, sometimes reaching very high values, due to the small size of these are difficult to heat dissipation during operation which can cause loss of energy and thus affects the application you want. Be easier to understand the application of heat sinks can be a correspondence between the Law of Ohm and thermal thermal spread. llowing us to make an easy and appropriat appropriatee the necessary necessary calculations calculations for the design of a heatsink that meets the desired characteristics. !he association association of thermal thermal resistance is e"ual to the association association of resistance. resistance. #eries, we add the values for each \$, so that the e"uivalent thermal resistance is greater than each of the resistors individually. Logically, the higher the thermal resistance, greater difficulty in the heat flu%. &or the circuit of a source variable to '() and *.+ m as to be used in this study can be used voltage regulators encapsulation type !O--*, selecting a proper heat sink to assist the proper functioning of the entire circuit applications because it is given with an efficiency of '**.  Key words: power, semiconductor devices, heat diss ipation, thermal propagation, heatsink design, heat flow, thermal resistance, voltage regulators

INTRODUCCIÓN Las potencias mane/adas por los dispositivos semiconductores como reguladores de volta/e es en muchos casos de una magnitud considerable. dem0s, el problema se agrava teniendo en cuenta "ue el tama1o de tales dispositivos es muy pe"ue1o, lo "ue dificulta la evacuaci2n del calor producido. 3n cuerpo "ue conduce una corriente el4ctrica pierde parte de energ5a en forma de calor por efecto Joule lo "ue ocasiona "ue no se obtengan los valores deseados del circuito. Los dispositivos de potencia reducida, disipan el calor a trav4s de su encapsulado hacia el ambiente, manteni manteniend endo o un flu/o flu/o t4rmic t4rmico o sufici suficient entee para para evacua evacuarr todo todo el calor calor y evitar evitar su destru destrucci cci2n. 2n. 6n los dispo disposit sitivo ivoss de m0s m0s poten potenci cia, a, la supe superf rfic icie ie del del enca encaps psul ulad ado o no es sufi suficie cient ntee para para pode poderr evac evacua uarr

adecuadamente el calor disipado. #e recurre para ello a los disipadores t4rmicos 7heatsinks8, "ue  proporcionan una superficie adicional para el flu/o t4rmico. Para lograr escoger el tipo de disipador t4rmico "ue vaya de acorde con nuestro dispositivo y con las condiciones del circuito "ue se desea realizar, una fuente variable de '.( a '( ) a 9**m, se realizan un sin n:mero de c0lculos con los cuales y en base a catalogos de disipadores t4rmicos se elige el "ue se considere m0s adecuado. ;on el disipador elegido se realizan las simulaciones de la transferencia de calor utilizando la ayuda de solidworks y de su aplicaci2n cosmos para comprobar "ue tan eficiente es el dise1o.

aa!o"#a \$érmica & Le' de O(m intensidad 7 = 8 tensi2n 7 ) 8 resistencia 7 \$ 8 ) @ =\$

calor 7 ? 8 temperatura 7 ! 8 resist. t4rmica 7 \$ 8 ! @ ?\$

! @ !/!a @ ? 7\$/c C \$cd C \$da8

!/ @ temperatura de la uni2n !a @ temperatura ambiente \$/c @ resistencia t4rmica uni2nc0psula  \$cd @ resistencia t4rmica c0psuladisipador   \$da @ resistencia t4rmica disipadorambiente La asociaci2n de resistencias t4rmicas es igual "ue la asociaci2n de resistencias. 6n serie, sumamos los valores de cada \$, de manera "ue la resistencia t4rmica e"uivalente es mayor "ue cada una de las resistencias  por separado. L2gicamente, cuanto mayor es la resistencia t4rmica, mayor dificultad para el flu/o de calor.

6ste dispositivo tiene pro\$ecci+ debido a un corto circuito.

co\$ra so,recorrie\$es "ue evita el integrado se "ueme accidentalmente

Resis\$ores /resis\$ecias-

' de --* 7ohmios8,' potenci2metro de (K 7kilohmios8

Capaci\$ores-

' de I,E** u& 7microfaradios8 de -( )oltios, electrol5tico, ' de '** u& de '+ )oltios, electrol5tico, ' de *.' u&

O\$ros-

' !ransformador '-*  -I*). ; a '-.+). ; de '.( amperios en el secundario, '  &usible de '.( amperios si el primario est0 conectado a '-* )oltios, 2 ' am perio si es a -I* )oltios.

C)!c*!o de !a po\$ecia 1*e disipa e! LM234T. Ge datasheet sacamos estos datos< !/m0% @ '-( A; \$/c @ ( A;w Ge nuestro monta/e y las tablas, deducimos<

\$cd @ *,( A;w 7contacto directo y silicona8 !a @ -( A; 7tomamos este valor8 La potencia "ue disipa el regulador es el producto de la ) y la corriente "ue entrega el regulador. )amos a hacer los c0lculos con el volta/e m0%imo de '( voltios  P

= V M 

= '(V M *, + !  P = 9"   P

Para el c0lculo de !/ utilizamos un valor de [email protected]*,E

#j = \$#jm%& #j = *,E7'-(8 #j = LE,( °'  Partimos de la e%presi2n<

!

k!/− != a

=

P+ \$/c

(\$cd

+

\$da

)

!enemos "ue calcular el valor de disipador "ue necesitamos, \$da. Gespe/amos y ponemos un k @ *,E por"ue vamos a poner el disipador en el e%terior y vertical.

\$da = ( k!/ − !a ) B P − \$/c − \$cd \$da = ( *, EM'-( − -() B 9 − ( − *, ( \$da = I,-- °; B "  ;omo el valor nos dio positivo podemos continuar con los c0lculos ya "ue de ser negativo se tienen "ue realizar iteraciones. Buscamos en cat0logos y encontramos el radiador siguiente<

#d

= #j −

P7 (jc + (cd 8

#d  = LE, ( − 97( + *,(8 #d

=

FL°'

RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5roceso de *\$i!i6aci+ de cosmos para !a sim*!aci+ de! .*cioamie\$o de! disipador

Nom,re

Tipo

M#%

U,icaci+ M)7%

U,icaci+

F*.'+E9 7*.( mm, F 79.( mm, ;elsius ;elsius * mm, '* mm, !4rmico' !6HP< !emperatura  Dodo< '(E '9 mm8  Dodo< ' 'I.+( mm8 Nº

Nombre de pieza

Material

Masa

Volumen

%

/012*leación %()(

(.((%)-3%- ).(5567e((6 4g m85

6l disipador utilizado si permite la disipaci 2n con lo cual se cumple lo deseado 6l tama1o del disipador puede ser una desventa/a si ocurre alg:n imprevisto y la temperatura a disipar aumenta, por lo cual se podr5a utilizar un modelo de forma similar pero con dimensiones mayores. La utilizaci2n de un disipador de aluminio es una gran venta/a ya "ue este material poseen grandes  propiedades conductivas. 6l ligero peso del disipador t4rmico es una venta/a, ya "ue no se tendr0 un peso e%agerado a1adido al total del circuito completo facilitando el transporte e im plementaci2n del mismo

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  

La eficiencia de un disipador térmico depende de su forma y dimensiones. #9isten muc"os disipadores térmicos en el mercado que pueden cumplir con las mismas características de disipación, para decidir por uno prima muc"o la facilidad de encontrar sus datos técnicos y la e9periencia de trabajo con estos dispositivos. 0olid:or4s es una "erramienta muy ;til que facilita muc"o el trabajo, ya que como se dice vulgarmente el papel ??:::.electronicaembajadores.com?disipadores?otrosA"tml?BL6."tml