Dissipadores

[Francesco]

Meus amigos,

Estou fazendo um projeto com o velho amigo 2N3055, e preciso calcular o dissipador de calor que ele precisa.

Sei que posso super dimensiona-lo, mas gostaria de colocar um bem calculado para conhecer o processo.

Também gostaria de saber qual a potência que poderia aplicar nele sem a necessidade de um dissipador.

Alguém poderia me ajudar? Agradeço desde já.

Francesco

[MOR_AL]

Olá Francesco.
Vejo que meu auxílio não te adiantou em nada.
http://asm51.eng.br/phpBB/viewtopic.php ... dissipador
http://asm51.eng.br/phpBB/viewtopic.php ... dissipador
Basta saber calcular um circuito com dois resistores, uma fonte de tensão e uma de corrente. Tudo com corrente contínua.
O que exatamente você não entendeu? Vamos tentar resolver com um exemplo.
Basta que você responda:
1 - Qual a maior potência aplicada ao transistor? Caso você não tenha certeza, poste o seu circuito.
2 - Qual a maior temperatura no ambiente em que se encontra o seu transistor? Note que se a temperatura ambiente máxima for de 40º e o transistor ficar dentro de uma caixa, a temperatura máxima será a de dentro da caixa. Maior, portanto, que 40º.
Com estes dois valores é possível calcular o valor da resistência térmica do dissipador. A partir daí já se tem uma boa noção das dimensões do dissipador.
[]'s
MOR_AL

[renatokodaira]

Antes de tudo voce precisa da datasheet do 2N3055, lah voce encontra alguns dados para o calculo. Eu aconselho a datasheet da ON Semi.

Para entender o calculo, precisa entender como eh o processo de transferencia de calor:

1) O calor eh gerado na junçao do semicondutor, no caso do transistor, a potencia a ser dissipada eh o valor da corrente de coletor vezes o valor da tensao Vce.

2) A junçao tem uma temperatura maxima em que pode operar/aguentar sem queimar. No caso do 2N3055, essa temperatura eh de 200 graus celsius. Uma coisa importante: quanto maior a temperatura ambiente, menor serah a potencia que o semicondutor poderah operar.

3) Esse calor (energia termica) da junçao eh transferido para a carcaça de metal (case) do transistor por conduçao (pode existir uma graxa termica dentro do involucro do transistor). A razao em que essa transferencia de calor ocorre eh chamada resistencia termica (no caso, resistencia termica da junçao ateh a carcaça). Quanto menor essa resistencia, melhor serah a transferencia de calor. O objetivo de se calcular o mecanismo de dissipaçao eh de reduzir
ao maximo a resistencia termica da junçao ateh o ar (meio ambiente). Da mesma forma que uma resistencia eletrica se constitui um obstaculo para a corrente eletrica, a resistencia termica constitui um obstaculo para a transferencia de calor.

4) Da carcaça do transistor para o ar, existe uma resistencia termica muito grande, de forma que a transferencia de calor para o ar eh dificil. Para facilitar essa transferencia, colocamos um elemento dissipador/radiador que faz com que a transferencia de calor para o ar seja maior. Esse elemento dissipador reduz significativamente a resistencia termica da carcaça para o ar.

Sem um dissipador, o semicondutor consegue operar com uma potencia muito baixa ou muito menor do que a maxima.

5) A resistencia termica do dissipador para o ar depende muito da forma em que eh construida (mais aletas, maior area de contato com o ar, etc), do material (cobre, aluminio, etc), da cor (preto, metalico, polido brilhante, fosco, etc), da tinta (anodizado, esmalte, etc), e do fluxo de ar que circula ao redor dele (ventilaçao forçada, convecçao natural). A transferencia de calor para o ar do elemento dissipador ocorre por: conduçao e radiaçao. As caracteristicas do dissipador definem a resistencia termica dele. Quanto menor a resistencia termica, melhor. A massa do dissipador tambem define um efeito de inercia/capacidade de armazenar o calor.

6) Por ultimo, vai haver ainda uma resistencia termica causada pela imperfeiçao de contato entre as superficies da carcaça do semicondutor e a do dissipador. Essa resistencia pode ser diminuida pela colocaçao de pasta termica entre as duas superficies de forma que nao haja ar (que eh isolante termico), de forma que a pasta preenche os microespaços entre as superficies e melhorando a transferencia de calor. Se a carcaça do semicondutor tiver que ser isolada eletricamente (mas nao termicamente) do dissipador, entao serah necessario a colocaçao de um elemento isolante bem fino entre os dois. Pra isso existem aquelas laminas de mica ou de silpad (tipo borracha), observado que elas acrescentam um valor aa resistencia termica entre a carcaça e o dissipador.

Vamos fazer um calculo pratico com o 2N3055. Digamos que ele seja o elemento serie de um regulador de tensao de uma fonte CC. Se a corrente maxima que vai passar por ele for de 2A e a tensao maxima de Vce operando seja de 10V, a potencia maxima a ser dissipada serah de 20W.

Na folha de especificaçoes (datasheet) voce descobre que a temperatura maxima da junçao eh de 200 graus celsius. Se considerarmos que a temperatura ambiente (da fonte) seja de 30 graus celsius, que a resistencia termica da junçao para carcaça eh de 1,52ºC/W, que a resistencia termica entre a carcaça e o dissipador eh de 1ºC/W e a resistencia termica do dissipador escolhido para o ar seja de 3ºC/W, temos que a temperatura na junçao serah:

Tj = 30ºC + 20W x (1,52 ºC/W + 1ºC/W + 3ºC/W)
Tj = 30ºC + 20W x 5,52ºC/W
Tj = 30ºC + 110,4ºC = 140,4ºC (que é menor do que a maxima de 200ºC).

Se voce quiser que o transistor consiga trabalhar em uma temperatura mais baixa, as unicas variaveis que voce tem controle direto sao: a potencia, a resistencia termica do dissipador e a resistencia termica entre a carcaça do transistor e o dissipador. Diminuindo estas variaveis, voce diminui a temperatura do transistor. Claro que voce pode diminuir a temperatura ambiente (ar condicionado).

Pode ser que alguns casos, a potencia desejada para operar vai causar uma temperatura maior do que a maxima suportada pelo transistor. Nesse caso, recalculando pra uma conta de chegada, a resistencia termica do dissipador pode ateh ter de ser negativa (cooler a agua, placas peltier, nitrogenio liquido ???).

Na escola eu aprendi que a mais viavel soluçao eh trocar de transistor, colocando um mais potente.