¿Cómo calcular los requisitos del disipador de calor? Explicación de la unidad K/W

Estoy planeando hacer una fuente de alimentación con el LM2596 (variante de voltaje ajustable). En la hoja de datos, leí que la eficiencia para V IN = 12V, V OUT = 3V, I LOAD = 3A es del 73%. Eso significa, si no me equivoco, que 3 × 3 / 73 × 27 ≈ 3.33W se desperdiciarán como calor.

Cuando un disipador térmico tiene una potencia nominal de 20 K/W, ¿significa eso que por cada vatio que se disipa como calor, la temperatura del disipador térmico aumenta en 20 K? Cuando el disipador de calor está conectado correctamente, ¿es este el valor con el que debo calcular, o la temperatura del componente siempre es más alta que la del disipador de calor, por lo que debo calcular con, por ejemplo, 22 K/W?

Entonces, en este ejemplo, el aumento de temperatura con 20 K/W sería 3,33 * 20 = 66,7 K, lo cual sigue siendo correcto porque el chip puede manejar hasta 125 °C según la hoja de datos.

¿Es esto correcto? Me preocupa un poco que mi componente alcance los 90 °C, aunque la hoja de datos dice que está bien.

¿Puedes vivir con una temperatura ambiente máxima de +67 grados? Suena tostado para mí. Ese máximo de 125 grados se puede tomar con una gran pizca de sal. Compruebe la disipación de potencia máxima a 125 grados y notará algo drástico. También tenga en cuenta la resistencia térmica de la interfaz entre el disipador de calor y su dispositivo.
@winny gracias, la resistencia térmica de la interfaz es parte de mi pregunta. ¿Cuál sería una estimación razonable, cuando el dispositivo está montado directamente en el disipador de calor, por ejemplo? De la figura 1 de la hoja de datos, entiendo que el voltaje no cambia mucho cuando aumenta la temperatura. Pero si sigue siendo una mala idea considerando los componentes circundantes o de otra manera, eso constituiría una respuesta a mi pregunta.
¿Alrededor de 0,5 K/W? También apuntaría a un máximo de 90 grados C para el componente.
EEVblog en youtube hizo un tutorial bastante decente sobre el cálculo de disipadores de calor si no recuerdo mal. Revisé todo, desde calcular el calor disipado hasta cómo seleccionar un disipador de calor... Puedo intentar encontrar el enlace si lo desea. ¡O simplemente puede buscar el disipador de calor EEVblog en youtube!
@MCG gracias, fue muy útil. El enlace, como referencia, es: youtube.com/watch?v=8ruFVmxf0zs
El calor residual real se puede calcular encontrando la potencia de carga y dividiéndola por la eficiencia. La potencia de carga es 3 x 3,3 o 9,9 W. La potencia total involucrada es 9,9 / 0,73 o 13,56 W. El calor residual es 13,56 - 9,9 o 3,66 W. Para ejecutar el cálculo al revés, 0,73 por 13,56 es igual a 9,9.
@WhatRoughBeast Estaba tratando de hacer el mismo cálculo, pero calculo la potencia de carga como 3 x 3 = 9 W, ya que Vout = 3V e Iload = 3A. ¿Pasé por alto algo?
@CamilStaps - Ups. Lo siento. Tienes razón y yo estoy equivocado. Por alguna razón, cuando vi 3 voltios, lo corregí automáticamente al estándar 3.3. Mis disculpas.
@WhatRoughBeast no hay problema, por supuesto, se agradece la intención.

Respuestas (2)

Solo como referencia, voy a usar °C/W porque es a lo que estoy acostumbrado.

En la hoja de datos de su regulador, en las características térmicas, normalmente hay dos valores.
R θ j A - Unión al ambiente
R θ j C - Unión a caja

Si no usa un disipador de calor, entonces el R θ j A es el valor que usa para calcular qué tan caliente estará el regulador.
Cuando usa un disipador de calor, toma su R θ j C y agregue esto a la calificación de su disipador de calor (20 ° C / W en este caso) y recuerde agregar cualquier otra resistencia térmica. La almohadilla térmica entre el dispositivo y el disipador de calor es uno de esos ejemplos.

Ahora bien, estos 22 °C/W se encuentran en un mundo perfecto donde tiene una conexión térmica súper perfecta, así que tome su resultado como una estimación en lugar de un " siempre será de 60 °C".

Cuando calcula la temperatura, tiene razón al pensar que esta será la temperatura tanto del componente como del disipador de calor. Sin embargo, recuerde que hay mucha diferencia entre un paquete TO-220 y un bloque de aluminio y tomará tiempo para que ambos elementos alcancen la misma temperatura.

Editar: Como recordé que lo tenía a mano, aquí hay una imagen térmica de una PCB en la que estoy trabajando. Esto es aproximadamente 5 minutos después del encendido, observe que el componente en sí está a 43 °C y es amarillo en la imagen térmica, pero la gran almohadilla del disipador de calor de cobre que rodea el dispositivo es de color púrpura y está más cerca de los 20 °C.

PD: ignore la supernova al rojo vivo que se acerca desde la derecha, este es un tablero de trabajo en progreso

ingrese la descripción de la imagen aquí

La hoja de datos del chip le indicará la resistencia térmica desde la 'unión a la carcasa', que para un dispositivo en un disipador de calor será la resistencia térmica al disipador de calor (o al menos al lado del dispositivo de la almohadilla térmica si tiene uno. ).

Está tratando de llevar calor de la unión (es decir, el semiconductor) al aire, que pasa a través de varias resistencias: unión a caja, caja a disipador térmico (es decir, almohadilla térmica), disipador térmico a aire. Cada uno de estos será especificado por el fabricante de la pieza respectiva, y debe sumarlos y luego multiplicarlos por la potencia que fluye a través de esa resistencia.

La Sección 11.3 de su hoja de datos cubre las "consideraciones térmicas" y tiene algunos gráficos reales basados ​​en disipadores de calor reales; puede usarlos para verificar sus suposiciones.

(Creo que su disipador de calor probablemente sea demasiado pequeño, pero eso es solo una sensación)

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