¿Esta resistencia de paquete TO-220 necesita un disipador de calor?

Compré esta resistencia de potencia de 0,5 ohmios, que viene en un paquete TO-220, con el objetivo de empujar 3A a través de ella (es decir, 4,5 W)

La hoja de datos tiene la siguiente información:

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Dice que aumentará 6,5 K/W, por lo que debería aumentar 29,25 °C + 23 °C ambiente = 52,25 °C. Usando la sonda de mi termómetro, la temperatura en el cuerpo de metal está muy por encima de los 150 °C, así que lo apagué.

¿Me equivoqué en algo en mis cálculos o esta hoja de datos se especificó incorrectamente?

Para recomendar/calcular para usted un disipador de calor (valor), debe decirnos cuál es la temperatura máxima a la que desea que funcione y cuál es la temperatura ambiente máxima que obtendrá para su aplicación.
Pégalo en una gran placa de aluminio y mira cómo funciona.
Mi regla general muy conservadora (para semiconductores, pero esta parte tiene limitaciones similares) es que más de 0,6 W sin disipador térmico en un TO-220 es hora de comenzar a pensar en un disipador térmico en entornos industriales normales. Más que eso, y podrías quemarte el pulgar con el dispositivo.

Respuestas (5)

El nivel de disipación de calor que necesita depende de la temperatura ambiente máxima que puede garantizar (supongamos 50C). A una temperatura de funcionamiento de 150C, tiene un gradiente de temperatura entre las partes internas de la resistencia y el aire de 100C. Desea empujar 5W (redondeado hacia arriba) a través de este gradiente, lo que significa que la resistencia térmica total no puede ser más de 100C por 5W o 20C/W (C/W es la clasificación de un disipador de calor).

Si 6,5 C/W es la resistencia térmica interna a la carcasa correcta, eso deja 13,5 C/W para el disipador de calor. Para poner eso en perspectiva: el disipador de calor a continuación tiene una potencia nominal de 11C/W. Tenga en cuenta que para los disipadores de calor es mejor un valor más bajo (y más grande, más pesado y más caro), así que manténgase por debajo de la cifra de 13,5 C/W.

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Puede hacer dicho cálculo de la misma manera que lo haría con voltaje (temperatura en C), corriente (potencia en W) y resistencia (resistencia térmica en C/W).

Nota 1: Con un disipador térmico de 13,5 C/W, ese disipador térmico estará a (13,5/20)*100 = 67,5 C por encima de la temperatura ambiente. Si eso es demasiado caliente para su propósito, necesitará un disipador de calor (mucho) más grande.

Nota 2: El calor debe transferirse al ambiente. ¡Incluso el disipador de calor más grande es inútil cuando se coloca en una caja aislada térmicamente!

Nota 3: El C/W de cada disipador de calor se puede mejorar (reducir) drásticamente mediante el uso de circulación forzada (= un ventilador). Pero piense en lo que sucede cuando falla el ventilador y el aire aún debe ir a alguna parte.

Nota 4: una regla general rápida: cualquier cosa en una carcasa TO220 puede disipar hasta 1 W, pero la carcasa se calentará demasiado para tocarla. Por encima de 1W probablemente se necesite un disipador de calor.

La parte que no puedo entender es cómo esta parte puede clasificarse en 20W.
Entendido. Tiene una potencia nominal de 8 vatios a 100 grados C.
Cuando mantenga la carcasa a 25 °C y disipe 20 W, los componentes internos estarán a 20 W * 6,5 °C/W + 25 °C = 155 °C, que es exactamente la temperatura máxima de funcionamiento. Al igual que las hojas de datos estadísticos no mienten, ¡solo tienes que leer con mucho cuidado lo que dicen!
Esta respuesta me recuerda a un examen donde las instrucciones verbales eran: si necesita un valor que no está especificado en el enunciado del problema, simplemente asuma uno y continúe.
Aunque he votado a favor de esto (por su valiente esfuerzo por ser un tutorial), hay una cosa que te has perdido: la reducción de calificación. El dispositivo en cuestión se reduce a 0 W (!!) a 150 C (temperatura de la placa posterior) de acuerdo con su hoja de datos.
Mientras leo el gráfico, se reduce a 0 W a 155 ° C, lo que tiene sentido, porque a una temperatura ambiente de 155 ° C, una disipación> 0 elevaría la temperatura interna por encima del límite de 155 ° C.
Sí, pero lo que creo que vale la pena derivar de ese gráfico es que para garantizar 5 W de energía útil/eléctrica, el dispositivo debe funcionar a una temperatura de la placa posterior de no más de 115 °C (este valor corresponde a 0,25 * 20 W = 5 W).
En realidad, puede ser un poco más alto: 155C - (5W * 6.5C/W) = 122.5C. Lo cual concuerda con el gráfico.
Hrm, sí, en ese gráfico en el eje X, las etiquetas de valor están entre las líneas de la cuadrícula... lo cual es un poco inusual.

me aventuraria a adivinar que R t h j no es unión-a-aire (bueno, técnicamente, siendo una resistencia no tiene una unión, pero estoy usando el término familiar) sino más bien es una caja/embalaje.

EDITAR: basado en una nota de la aplicación Bourns y la hoja de datos correspondiente para el producto utilizado como ejemplo en esa nota, R t h j es definitivamente al caso, no al aire.

Nota de inicio: dado que parece imposible obtener una especificación más precisa con respecto al punto de operación deseado del OP/pregunta, señalaré vagamente la ley de Arrhenius tal como se aplica a las fallas electrónicas inducidas por la temperatura; el siguiente gráfico es un extracto del Manual de ingeniería eléctrica de Dorf .

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Entonces, sí, puede llevar los componentes a su temperatura límite ... como se detalla en la respuesta de Wouter van Ooijen ... pero no está libre de riesgos.

Entonces, ¿hay alguna manera de saber qué disipador de calor de capacidad térmica debo usar de la hoja de datos?
Bueno, estaba investigando eso. Bourns tiene una nota de aplicación , que (1) desafortunadamente usa notaciones ligeramente diferentes a sus hojas de datos y peor (2) en el ejemplo que dan, los datos que muestran (2.1 C/W) no coinciden con la hoja de datos real de su producto PWR220 (usado como ejemplo en la nota) que tiene 4.8C/W en su hoja de datos.
Ah, sí, estaba mirando la hoja de datos incorrecta. Bourns tiene un "PWR220 S", que es el primer éxito en Google, y un PWR220 . Para este último, de hecho, hay una "Versión C y D" que tiene solo 2.1C/W para su Rthj que coincide con el ejemplo de la nota; así que esa es definitivamente la resistencia térmica del caso según el appone.

Los 6,5 grados C/W es cuánto se calentarán los "internos" en comparación con la placa/carcasa del paquete TO-220. Entonces, con 4,5 vatios, las partes internas se elevarán unos 30 °C por encima de la carcasa.

Pero, ¿cómo se deshace el caso del calor? Es probable que sea una cifra mucho más grande.

Si mira aquí , le dice que por 1 vatio generado, un paquete TO-220 será 65 ° C más cálido que la temperatura ambiente. Esto implica que, por 1 vatio, el interior estará 6,5 °C más caliente.

Intenal estará a más de 70 grados centígrados por 1 vatio y desea disipar 4,5 vatios.

Realmente no puedes usar valores genéricos de Wikipedia. Para estas resistencias Bourns TO-220, la resistencia térmica a la caja puede variar en un factor de 3 de un producto a otro. Es necesario utilizar la hoja de datos del producto específico.
@RespawnedFluff la hoja de datos no le dice este valor. Lo comprobé, ¿sabes? Si tiene mejor información, proporcione un enlace.
@RespawnedFluff En este caso domina Tca. Obtiene algunas variaciones con las variaciones de fabricación, pero para mantener el caso por debajo de 150C, necesita un Tja o ~ Tca de alrededor de 30 C/W máx. Eso es aproximadamente la mitad del valor genérico de Andy. Sin profundizar en las hojas de datos, sugeriría que esto confirma lo que cabría esperar: que 4,5 W en un TO220 sin disipador térmico es "exagerar"
Ustedes (Andy y Russell) tienen razón en esto, es decir, Tja está dominada por Tca para TO-220 hasta el punto en que 65-70 C/W es una buena aproximación, independientemente de Tjc o del proveedor. ¡Me disculpo por la pista falsa!

Un ejemplo práctico específico: desea disipar de manera segura 4.5W en esa resistencia.

Está clasificado para trabajar a 155C internamente; sin embargo, la reducción suele tener un efecto positivo en la fiabilidad. Veamos qué sucede si apuntamos a una temperatura interna de 120C. En Rthj=6,5 K/W, la unión aumentará 6,5 K*4,5 W = 29,25 K por encima de la temperatura de la caja. Por lo tanto, queremos mantener el caso por debajo de 120-29,25, digamos 90C.

Ahora, ¿cuál es su temperatura ambiente? Digamos que esto está en un recinto con otros dispositivos electrónicos y podemos esperar que el aire esté un poco más caliente que la temperatura ambiente, digamos 40C.

Por lo tanto, nuestro disipador de calor debe tener una resistencia térmica de (90 - 40) C / 4,5 W = 11,11 C/W (o menos). Diseñaría para 10 C/W a menos que el espacio o el presupuesto sean particularmente ajustados.

La resistencia térmica se usa para decirle qué tan rápido viaja el calor desde la resistencia hasta el exterior del paquete. Eso le permite estimar el aumento de temperatura de la potencia aplicada.

Si piensa que el calor es como el voltaje y qué tan bien o mal los diferentes materiales permiten que el calor pase a través de ellos como si fueran resistencias, entonces tiene una mejor idea de lo que le dice la especificación.

Si desea hacer la analogía eléctrica -> térmica, entonces el calor es como la carga (el flujo de calor es como la corriente) y la diferencia de temperatura es como la diferencia de voltaje.
¿Esta resistencia de paquete TO-220 necesita un disipador de calor?
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