Clculo bsico de disipadores para amplificadores AB
Con cada amplificador aparece la tpica pregunta: Qu disipador le
pongo?Si ya tenemos uno la cuestin cambia, ahora es: Este me
alcanza?Un disipador chico har que, en el mejor de los casos, salte
la proteccin trmica. Uno demasiado grande ser incmodo de montar en
el gabinete, adems de ser ms caro.Cmo se calculan entonces?Para
empezar, veamos qu es la potencia que tienen que disipar.Pongamos
un caso simple con un regulador de voltaje. Un conocido 7805 con
12V en la entrada y una carga que consume 0,5A. Es fcil ver queen
el reguladorhabr una cada de 7V y circular una corriente de
0,5A.Entonces, la potencia que deber disipar ser de
7V*0,5A=3,5W.Nada raro, nuevo, ni difcil de entender.Lo interesante
del asunto empieza ahora. Vamos al datasheet y buscamos la
Resistencia Trmica Juntura-Carcasa (Thermal Resistence
Junction-Case, Rth o Rjc). Este parmetro depende principalmente del
encapsulado y representa la oposicin al paso de calor desde la
pastilla de silicio (juntura) hacia la carcasa. Se expresa en
C/W.En este regulador es de 5C/W, esto quiere decir que por cada
Watt que haya que disipar, el pedacito de silicio (la juntura) que
hace la magia se calienta 5C con respecto a la carcasa. Si
inicialmente todo el conjunto (carcasa y juntura) est a la misma
temperatura, al disipar un Watt la juntura estar 5C ms calienteque
la carcasa.
El parmetro siguiente (estoy leyendo el datasheet de la serie
78XX de Fairchild) es la Resistencia Trmica Juntura-Ambiente/Aire
(Thermal Resistence Case-Ambient o Case-Air, Rja). Pasndolo a
palabras ms comunes: La juntura le pasa calor a la carcasa, y la
carcasa al aire que la rodea. Como no todo el calor que llega a la
carcasa se disipa, todo aumenta de temperatura.En el caso de este
regulador, el valor es de 65C/W. Entonces, con un Watt de disipacin
la juntura elevar su temperatura 65Csobre la temperatura ambiente.
Si son 25C, la juntura ya trabaja a 90C (y la carcasa est a 85C).
Este dato sirve para saber qu tanta potencia pueden disipar sin la
ayuda de un disipador y en general no se usa ni suministra en los
transistores de potencia porque estn pensados para trabajar con
uno.Lo siguiente a mirar es la temperatura mxima a la que puede
trabajar la juntura (Tmax, Tjmax, Topr por operacin- o simplemente
Tj). En general es de 150 a 200C en los transistores de silicio, y
en muchos casos se ven valores de "apenas" 125C de mxima. El
regulador este es de los segundos. Esto quiere decir que, en un
ambiente a 25C (Tamb=25C), el regulador podr disipar (125C -
25C)/65C/W. Esto es poco ms de 1,5W: Pasada esa potencia, se
cocina.
Llevemos los clculos a los nmeros del ejemplo:Potencia a
Disipar: 3,5W.Rjc: 5C/W (este dato no lo voy a usar ahora, sino en
el paso que sigue).Rja: 65C/W.Tamb: 25C.Entonces el regulador va a
trabajar a 65C/W*3,5W+25C=252,5C >> Tj=125C.Definitivamente
hace falta un disipador.La cuenta fue simple: Resistencia
Juntura-Ambiente * Potencia a Disipar + Temperatura Ambiente. Eso
tiene que ser menor que la temperatura mxima que soporta el
dispositivo.Vamos a ponerle un disipador al asunto.Ahora s me
importa la Rjc para hacer las cuentas. El calor va a ir de la
juntura a la carcasa (que igual va a seguir disipando un poco) y de
ah al disipador, que va a disiparlo al ambiente. Por ahora slo
consideremos estos factores, despus agregamos uno ms.Los
disipadores tienen un parmetro llamado (vaya coincidencia)
Resistencia Trmica, indicada por el fabricante, e igual que antes
se mide en C/W y representa la cantidad de grados que se calienta
por cada Watt que tiene que disipar (similar a lo que pasaba con
Rja). Llammosla Rda, por Resistencia Disipador-Ambiente.
Ahora la temperatura de la juntura ser Rda* Pdis (esto da la
temperatura del disipador), ms Rjc * Pdis (esto indica cunto ms
caliente est la juntura que el conjunto carcasa-disipador), ms la
temperatura ambiente.Esta suma tiene que ser menor a la temperatura
mxima de operacin (125C en este caso).Puesto en una frmula:
Rda*Pdis+Rjc*Pdis+Tamb
