La gestión térmica en electrónica es crucial para evitar fallos y maximizar la vida útil de los componentes. Calcular la temperatura de disipadores según IEC es esencial para diseñar sistemas electrónicos confiables y eficientes.
Este artículo explica cómo calcular la temperatura de disipadores en electrónica aplicada, siguiendo normativas IEC. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente para tus proyectos.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de temperatura de disipadores – IEC, electrónica aplicada
- ¡Hola! ¿En qué cálculo, conversión o pregunta puedo ayudarte?
- Calcular la temperatura máxima del disipador para un MOSFET de 50W con Rth(ja) de 2°C/W.
- Determinar el tamaño del disipador necesario para un IGBT de 100W en ambiente de 40°C.
- ¿Qué temperatura alcanzará un disipador con Rth(sa) de 1.5°C/W y carga de 30W?
- Comparar dos disipadores para un regulador de 20W: uno con Rth(sa) de 2°C/W y otro de 1°C/W.
Tabla de valores comunes para la Calculadora de temperatura de disipadores – IEC, electrónica aplicada
| Componente | Potencia Disipada (W) | Temp. Ambiente (°C) | Rth(jc) (°C/W) | Rth(cs) (°C/W) | Rth(sa) (°C/W) | Temp. Máxima del Junction (°C) | Temp. Máxima del Disipador (°C) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MOSFET TO-220 | 25 | 35 | 1.5 | 0.5 | 2.0 | 150 | 85 |
| IGBT Módulo | 100 | 40 | 0.3 | 0.2 | 0.8 | 125 | 120 |
| Regulador Lineal | 15 | 25 | 2.0 | 0.6 | 3.0 | 125 | 70 |
| Diodo de Potencia | 10 | 30 | 1.2 | 0.4 | 2.5 | 150 | 55 |
| Transistor BJT | 5 | 20 | 1.0 | 0.3 | 4.0 | 150 | 40 |
| LED de Potencia | 3 | 25 | 3.0 | 0.5 | 6.0 | 120 | 43 |
| SCR | 20 | 30 | 1.8 | 0.7 | 2.2 | 140 | 74 |
| Triac | 8 | 28 | 1.5 | 0.5 | 3.5 | 125 | 56 |
| Driver de Motor | 60 | 35 | 0.8 | 0.3 | 1.2 | 150 | 107 |
| Fuente Conmutada | 40 | 30 | 1.0 | 0.4 | 1.5 | 130 | 90 |
En la tabla anterior se muestran valores típicos de potencia disipada, resistencias térmicas y temperaturas máximas para componentes comunes en electrónica de potencia, siguiendo criterios de la IEC 60721 y hojas de datos de fabricantes.
Fórmulas para la Calculadora de temperatura de disipadores – IEC, electrónica aplicada
El cálculo térmico de disipadores se basa en el modelo de resistencias térmicas en serie, siguiendo la normativa IEC 60721 y recomendaciones de fabricantes. Las fórmulas principales son:
Tj = Ta + P × (Rth(sa) + Rth(cs) + Rth(jc))
2. Temperatura del disipador (Ts):
Ts = Ta + P × Rth(sa)
3. Selección de Rth(sa) requerida:
Rth(sa) = (Tj(max) – Ta)/P – Rth(jc) – Rth(cs)
- Tj: Temperatura de la unión del semiconductor (°C).
- Ta: Temperatura ambiente (°C), típicamente 25°C, 35°C o 40°C según IEC 60721.
- P: Potencia disipada por el componente (W).
- Rth(sa): Resistencia térmica disipador-ambiente (°C/W), depende del tamaño, material y ventilación.
- Rth(cs): Resistencia térmica contacto disipador-semiconductor (°C/W), depende del tipo de pasta térmica o mica, típicamente 0.2–1.0°C/W.
- Rth(jc): Resistencia térmica unión-carcasa (°C/W), valor dado por el fabricante, típicamente 0.3–3.0°C/W.
- Tj(max): Temperatura máxima permitida de la unión, según hoja de datos (usualmente 125–175°C).
Valores comunes de cada variable:
- Potencia disipada (P): 1–100W en electrónica de potencia.
- Temperatura ambiente (Ta): 25°C (laboratorio), 35–40°C (industrial), hasta 60°C (ambientes hostiles).
- Rth(sa): 0.5–6°C/W según tamaño y ventilación del disipador.
- Rth(cs): 0.2–1.0°C/W, depende de la calidad del contacto térmico.
- Rth(jc): 0.3–3.0°C/W, según el tipo de encapsulado.
- Tj(max): 125–175°C, según el semiconductor.
Para más información sobre resistencias térmicas y normativas IEC, consulta la IEC Standards y las hojas de datos de fabricantes como Infineon o STMicroelectronics.
Ejemplos del mundo real: Calculadora de temperatura de disipadores – IEC, electrónica aplicada
Ejemplo 1: Selección de disipador para un MOSFET en fuente conmutada
Supongamos un MOSFET TO-220 que disipa 30W en una fuente conmutada, con temperatura ambiente de 35°C. Según la hoja de datos:
- Rth(jc) = 1.5°C/W
- Rth(cs) = 0.5°C/W (pasta térmica estándar)
- Tj(max) = 150°C
¿Qué Rth(sa) debe tener el disipador?
Aplicando la fórmula:
Rth(sa) = (150 – 35)/30 – 1.5 – 0.5 = 115/30 – 2 = 3.83 – 2 = 1.83°C/W
Por lo tanto, se debe seleccionar un disipador con Rth(sa) ≤ 1.8°C/W. Si se elige uno de 1.5°C/W, la temperatura del disipador será:
La temperatura de la unión será:
El diseño es seguro, ya que Tj < Tj(max).
Ejemplo 2: Disipador para IGBT en inversor industrial
Un IGBT de módulo disipa 80W en un inversor, con temperatura ambiente de 40°C. Hoja de datos:
- Rth(jc) = 0.4°C/W
- Rth(cs) = 0.2°C/W (almohadilla térmica premium)
- Tj(max) = 125°C
¿Qué disipador se requiere?
Se debe seleccionar un disipador con Rth(sa) ≤ 0.46°C/W, lo que implica un disipador grande, posiblemente con ventilación forzada.
Temperatura del disipador:
Temperatura de la unión:
El diseño cumple con la especificación IEC y la hoja de datos del IGBT.
Consideraciones adicionales y mejores prácticas
- Siempre verifica la temperatura ambiente real de operación, no solo la de laboratorio.
- Considera el envejecimiento de la pasta térmica y la acumulación de polvo en disipadores.
- En aplicaciones críticas, añade margen de seguridad (10–20%) sobre la Rth(sa) calculada.
- Consulta las hojas de datos y la normativa IEC 60721 para condiciones ambientales específicas.
- Utiliza simulaciones térmicas para validar el diseño en aplicaciones de alta potencia.
Para profundizar en el diseño térmico y la selección de disipadores, revisa recursos como Electronics Cooling Magazine y las guías de IEC.
Resumen de la importancia de la Calculadora de temperatura de disipadores – IEC, electrónica aplicada
El cálculo preciso de la temperatura de disipadores es fundamental para la fiabilidad y seguridad en electrónica de potencia. Aplicar las fórmulas y tablas presentadas, junto con la calculadora IA, permite optimizar el diseño térmico conforme a la normativa IEC, garantizando el desempeño y la vida útil de los equipos electrónicos.