Ejemplo de hoja de datos (1/3): 2.Diodos de potencia

2.Diodos de potencia

Ejemplo de hoja de datos (1/3):

2.Diodos de potencia

Ejemplo de hoja de datos (continuación 3/3):

Al aumentar la corriente I_D aumenta la potencia disipada y el diodo comienza a recalentarse:

Cálculo de disipadores

Analogía térmico - eléctrica:

Pot_disipada·R_Term= T₂-T₁ I.R = ∆V

Regimenes máximos

Las características térmicas del diodo se definen según:

Estos cuatro casos son exactamente equivalentes (demostrarlo). Forma típica (Tj=125ºC): Pdja @Ta=25ºC = 25W Rjc = 1,4 ºC/W Alternativa (Tj=125ºC): Pdja @Ta=25ºC = 25W Pdjc @Tc=25ºC = 70W Frecuentemente (Tj=125ºC) : Pdjc @Tc=25ºC = 70W derate = 0,25 W/ºC Ocasionalmente (Tj=125ºC) : Rjc = 1,4 ºC/W Rca = 2,6 ºC/W T ambiente Rca Rjc Tc Juntura Ta Ambiente Carcaza Pd Modelo térmico equivalente:

Cálculo de disipadores

Problema: Dado un diodo con máximos: Pdja @ Tamb = 25 ºC : 25 W Pdjc @ Tcase = 25 ºC : 70 W y sabiendo que Pd = 4 W y Ta = 50 ºC, determine si debe usarse disipador. Solución: A partir del modelo térmico:

Pdja. (Rjc + Rca) + Ta = Tjmax Pdjc . Rjc + Tcase = Tjmax Del enunciado: Rjc = Tjmax – Tc = 125 ºC – 25 ºC = 1,4 ºC/W Pdjc 70 W Rca = Tjmax – Ta - Rjc = 125 ºC – 25 ºC - 1,4 ºC/W = 2,6 ºC/W Pdja 25 W Entonces:Tj = 50 ºC + 4W ( 1,4 + 2,6 ºC/W) = 66ºC < 125ºC

El disipador quedaría en paralelo con Rca: Rca//Rd ~Rd, Rd = Tj – Ta - Rjc

Pd

Si no se cumple hay que usar disipador

Ejercicio

Un transistor 2N3055 se utiliza en una etapa de salida de potencia en un circuito de audio y disipa 30W. El circuito se encuentra en montado en el interior de un gabinete dónde el aire puede alcanzar una temperatura máxima de 50 ºC. El fabricante indica las especificaciones de la figura.

a) Indicar si en necesario o no colocar un disipador al transistor. Si el disipador es necesario calcular su resistencia térmica.

b) Si por fallas en la ventilación la temperatura dentro del gabinete aumenta a 75ºC, ¿Qué le ocurre al transistor?

3.Modelo térmico y cálculo de disipadores

Temperatura de Juntura [ºC]

Temperatura de carcasa [ºC] Temperatura ambiente [ºC]

Resistencia térmica juntura-carcasa [ºC/W] Resistencia térmica carcasa-ambiente [ºC/W] Resistencia térmica juntura-ambiente [ºC/W]

Tj Tc Ta Rjc Rca ja jc ca R = R +R Ejercicio - Resolución T j máx₌ 200ºC P_máx=6 W @ T_a=25 ºC P_máx=117W @ T_c=25 ºC Rjc= Tmáx_j −_Tc Pmáx @Tc = 200− ₂₅ 177 ºC W =1.50 ºC W Rja= Tj máx₋ Ta Pmáx @Ta = 200−₂₅ 6 ºC W =29.17 ºC W

(

)

ca ja jc º C º C R = R R = 29.17 1.50 = 27.67 W W − −

Datos del fabricante extraídos de los regímenes máximos absolutos: Temperatura de juntura máxima:

Disipación de potencia máxima:

¿Puede el dispositivo sin disipador externo disipar 30W a Ta = 50ºC? NO!! P=30 W T_a=_{50 ºC} Rja= 29.17 ºC W j ja a T = R P T = 29.17 30º C 50º C = 925º C ⇒ + × + Tj máx Verificación: Si , y Entonces:

Resulta >> 125ºC ¿Qué hacemos?

Rja = 1/34.2mW/ºC = 29.2 ºC/W Rjc = 1/668mW/ºC = 1.5 ºC/W

3.Modelo térmico y cálculo de disipadores

TO-247 TO-218 TO-3

TO-92

TO-5

Mayor disipador



menor resistencia

Incidencia de la posición y la ventilación forzada

Diferentes tipos de aislantes

Mantenimiento de disipadores

• Limpieza

• Pulido

• Lubricado

• Ajuste

Ejercicio (resolución - continuación)

Un transistor 2N3055 se utiliza en una etapa de salida de potencia en un circuito de audio y disipa una potencia media de 30W. El circuito se encuentra en montado en el interior de un gabinete dónde el aire puede alcanzar una temperatura máxima de 50 ºC. El fabricante indica las especificaciones de la figura.

a) Indicar si en necesario o no colocar un disipador al transistor. Si el

disipador es necesario calcular su resistencia térmica.

b) Si por fallas en la ventilación la temperatura dentro del gabinete aumenta a 75ºC, ¿Qué le ocurre al transistor?

3.Modelo térmico y cálculo de disipadores

Dispositivo con disipador externo:

P=30 W Ta=50 ºC T_j=200 ºC Rjc=1.50ºC_W 27.67 ja º C R = W Tc máx₌ Tj máx₋ P×_Rjc 200 30 1.5 155 máx c T = º C º C = º C − ×

Dispositivo con disipador externo: Despejando: Verificando: ¿Qué ocurre si Ta = 75ºC? P=30 W T_a=50 ºC Rjc=1.50ºC_W 27.67 ja º C R = W 155 c T = º C

(

||

)

c a ca dis T −T = P R R || c a ca dis T T 155 50 º C º C R R = = = 3.5 P 30 W W − − 1 R_dis= 1 3.5ºC W − 1 R_ca dis º C R = 4 W ⇒

(

||

)

(

||

)

j a ca dis jc º C T = T P R R R = 50º C 30W 4 27.67 +1.5 = 199.8º C W + × + + j a total º C T = T P R = 75º C 30W 5 = 225º C W + × +

3.Modelo térmico y cálculo de disipadores

Dispositivo con disipador externo:

Conviene tener un factor de seguridad en la elección del disipador. En general se elige un disipador con R 30% menor a la calculada. Si el cálculo da un disipador de R = 4 ºC/W, conviene colocar un disipador de R =0.7 x 4 ºC/W= 2.8 ºC/W. dis 50 cmº C R = W A 2 2 50 A= cm 156cm 4 ⎛ ⎞ ⇒ _{⎜ ⎟} ⎝ ⎠ 

A modo de referencia, si queremos utilizar un disipador de aluminio se necesita una superficie de aletas aproximadamente de 156 cm2 _{de acuerdo a la siguiente}

fórmula empírica:

Para obtener 2.8 ºC/W el disipador tendría una superficie de aletas DOS veces mayor (318 cm2_).