¿Puede un dispositivo del tamaño de una caja de jabón disipar 10-15 W de calor? Si es así, ¿cómo?

Una caja de jabón no es una unidad de medida estándar, pero 12 W no requiere nada demasiado grande, incluso sin aire forzado, siempre que al menos pueda dejar que la convección natural sea, bueno, natural. Así es como se calcula el disipador de calor que necesita.

Elegí la hoja de datos para IRF510 como ejemplo. Es un MOSFET TO-220 muy común y debería funcionar para su aplicación.

Lo primero que verá es que la hoja de datos indica que la disipación de energía es de 43 W. Esto, por supuesto, requiere un disipador de calor externo amplio, pero debería cubrir su aplicación con un margen saludable.

La temperatura de unión máxima absoluta$T_J$aparece como$175 ^\circ C$, y supongamos que la temperatura ambiente es$35 ^\circ C$. Eso significa que la temperatura no puede subir más de$175 ^\circ C - 35 ^\circ C = 140 ^\circ C$. Y para estar seguros, agreguemos un margen de seguridad y un diseño por no más de$100 ^\circ C$elevar.

La hoja de datos enumera la resistencia térmica máxima de unión a caja como$R_{\theta UC} = 3.5 ^\circ C/W$. Es decir, por cada vatio, la temperatura de la unión aumentará$3.5 ^\circ C$suponiendo que el disipador de calor pueda eliminar mágicamente todo el calor. A 15 W, eso es un aumento de$3.5 ^\circ C/W \cdot 15 W = 52.5 ^\circ C$.

No esperamos más que un$100 ^\circ C$subir, por lo que tendremos que buscar un disipador que no suba la temperatura más que otro$100^\circ C - 52.5 ^\circ C = 47.5 ^\circ C$. Eso significa que nuestro presupuesto de resistencia térmica para el disipador de calor es$47.5 ^\circ C / 15W = 3.17 ^\circ C / W$.

Esto está empujando el límite de lo que se puede hacer con la convección natural, pero es factible. Hojeando mi catálogo de Mouser puedo encontrar un disipador de calor Ohmite FA-T220-64E con una resistencia térmica de$3 ^\circ C / W$con convección natural. Es el más grande que venden para TO-220. Mide aproximadamente 1 x 1,6 x 2,5 pulgadas y Mouser le venderá solo uno por $2,17 más gastos de envío.

Estrictamente hablando, no he tenido en cuenta la resistencia térmica de la caja del transistor al disipador. La hoja de datos del IRF510 da un valor típico de$0.5 ^\circ C / W$para una superficie engrasada, que a 15 W supondrá otro$7.5 ^\circ C$aumento de la temperatura de unión. Pero recuerde que incluimos un margen de$40 ^\circ C$y supuso una temperatura ambiente bastante alta de$35 ^\circ C$. Deberíamos estar a salvo.

Aun así, algo puede obstruir su disipador de calor, por lo que puede hacer bien en construir algún tipo de protección térmica. Puede implementar esto usted mismo, pero también hay MOSFET con protección térmica incorporada. Si hace esto, no necesita ese margen, y es muy posible que pueda disipar más de 15 W si no lo hace. No importa la posibilidad de que se active la protección térmica.

Y vale la pena mencionar que aunque el transistor no debería fallar, se calentará mucho. Una caja de plástico con poca ventilación probablemente no sea buena. Tendrás que mantener los dedos alejados con seguridad. Si desea mantener las cosas más frescas, me temo que no tiene más remedio que aire forzado o distribuir el calor en más áreas: resistencias de gran potencia, múltiples transistores, etc.

El disipador de calor funcionaría si lo expone al aire exterior. Si agrega un ventilador, podrá disipar más.

Usar una carcasa de aluminio como calor también funcionaría.

El tipo de dispositivo y el factor de forma que está describiendo se pueden hacer. De hecho, hay un dispositivo con un factor de forma similar.

Este analizador de batería puede disipar 100W continuamente.
3.5" H x 2.8" W x 3.6" D.
Especificaciones aquí.

Una caja de jabón es más grande que un par de bombillas de 7,5 vatios y, obviamente, pueden disipar 7,5 vatios cada una. Si calienta una resistencia en una caja del tamaño de una caja de jabón y descarga 15 vatios en ella, una vez que se caliente lo suficiente, comenzará a disipar 15 vatios de calor. La pregunta de $ 50,000 es si se mantendrá aceptablemente genial mientras lo hace. Y la respuesta a eso probablemente depende de lo que uno considere "aceptablemente genial"; Esperaría que para que una temperatura se considere fría aceptable, se deben cumplir tres condiciones

1. Las partes de los componentes electrónicos que realmente están disipando el calor no deben calentarse tanto como para dañarse o funcionar mal.
2. Otras partes de la electrónica no deben calentarse tanto como para dañarse o funcionar mal.
3. Dada la naturaleza de su producto, las partes expuestas del dispositivo no deben calentarse tanto como para presentar una lesión por quemadura, y las partes casi expuestas no deben calentarse tanto como para presentar un riesgo de incendio.

Un bloque de metal del tamaño de una caja de jabón con 15 vatios de generación de calor repartidos por todo el espacio al aire libre se sentiría tibio al tacto, pero no lo suficiente como para representar un peligro. Sin embargo, si alguien conecta su dispositivo a una batería y luego lo arroja a una caja de almacenamiento y luego arroja un montón de mantas encima, es posible que el dispositivo no pueda disipar 15 vatios sin calentarse bastante. Por lo tanto, sugeriría que el mejor enfoque es probablemente usar un disipador de calor que distribuirá el calor en gran parte de la superficie de una caja de metal, junto con un sensor de temperatura que hará que su dispositivo reduzca la potencia o se apague si las cosas se calientan demasiado. mucho. No esperaría que el estrangulamiento basado en la temperatura sea necesario a menudo, pero es