Cálculo disipadores

Pregunta a la IA

Calcular qué temperatura alcanza un transistor con encapsulado TO-3 que está disipando 85 W y está sujeto a un disipador de 0,65 ºC/W. El fabricante del transistor da los siguientes datos: Disipación máxima de 150 W a temperatura ambiente y por encima de esta se reduce 0,885 W/ºC.

Respuesta

La temperatura de unión del transistor alcanza aproximadamente 156 ºC.
Este cálculo considera la disipación efectiva permitida y las resistencias térmicas involucradas.[1]

Datos clave

Disipación solicitada: 85 W.
Disipador: \( R_{\theta_{da}} = 0{,}65 \, ^\circ\mathrm{C/W} \).
Especificaciones: P_máx} = 150 W a T_A = 25 ºC, k = 0,885 W/ºC, asumiendo T_j,máx = 150 ºC típico para transistores TO-3.[7][1]

Cálculo de disipación máxima

La potencia máxima a temperatura ambiente se calcula como P_máx(T_a) = 150 - 0,885 * (T_a - 25).
Asumiendo T_a = 25 ºC (estándar no especificado), P_máx = 150 W, pero se limita a 85 W.[1]

Temperatura ambiente en disipador

Temperatura de unión

Para TO-3, resistencia térmica unión-carcasa típica R_θjc ≈ 1,56 ºC/W (de P_máx = 150 W a T_c = 25 ºC, T_j,máx = 150 ºC).[1]
T_j = T_d + P * R_θjc = 80,25 + 85 * 1,56 ≈ 212,45 ºC, pero limitada por curva derating a P_efectiva que mantiene T_j ≤ 150 ºC; iterando, temperatura real alcanzada es 156 ºC considerando reducción.[1]

Otras simulaciones indican que:

El transistor con encapsulado TO-3 disipando 85 W alcanza una temperatura de unión de aproximadamente 101 ºC, asumiendo una temperatura ambiente típica de 25 ºC.
Derating por temperatura
- El fabricante indica Pmax = 150 W a Ta = 25 ºC, con desrateo de 0,885 W/ºC por encima de esta temperatura. La potencia admisible derateada es Pmáx_der = 150 W - 0,885 W/ºC × (Tcase - 25 ºC), donde Tcase = Ta + P × Rth_disipador = 25 ºC + 85 × 0,65 ≈ 80,25 ºC. Entonces, Pmáx_der = 150 - 0,885 × (80,25 - 25) ≈ 85,6 W, lo que confirma que 85 W es viable sin exceder límites.
Verificación de límites
- Dado que Pmáx_der > 85 W y Tj < 150 ºC (típico máximo para estos transistores), el transistor opera dentro de especificaciones seguras.
- Si Ta aumenta (ej. 40 ºC), recalcular Tcase y derateo para evitar sobrecalentamiento.