¿Qué es un disipador de calor (heatsink)?
El disipador de calor es un componente metálico que se utiliza para evitar que algunos elementos electrónicos, como los transistores, algunos diodos, tiristores, TRIACs, MOSFETs, etc., se calienten demasiado y se dañen.
El calor que produce un transistor u otro semiconductor no se transfiere con facilidad hacia el aire que lo rodea.
Algunos transistores son de plástico y otros metálicos. Los que son metálicos transfieren con más facilidad el calor que generan hacia el aire que lo rodea y si su tamaño es mayor, mejor.
Es importante aclarar que el elemento que uno ve (ejemplo un transistor) , es en realidad la envoltura de un pequeño “chip” que es el que hace el trabajo, al cual se le llama “juntura” o “unión”.
La habilidad de transmitir el calor se llama conductancia térmica y a su recíproco se le llama resistencia térmica (Rth) que tiene unidad de °C/W (grado Centígrado/Watt).
Ejemplo: Si la resistencia térmica RTH de un transistor es 5 °C/W, esto significa, que la temperatura sube 5 °C por cada watt que se disipa.
Poniéndolo en forma de fórmula se obtiene: R = T/P, donde:
- R = resistencia
- T = temperatura
- P = potencia
La fórmula anterior se parece mucho a una fórmula por todos conocida: La Ley de Ohm. R = V/I. Donde se reemplaza V por T a I por P y R queda igual. Analizando el siguiente diagrama a la derecha, donde:
- TJ = Temperatura máxima en la “Juntura” (dato que suministra el fabricante)
- TC = Temperatura en la carcasa, depende de la potencia que vaya a disipar el elemento y del tamaño del disipador de calor y la temperatura ambiente.
- TD = Temperatura del disipador de calor y depende de la temperatura ambiente y el valor de RDA (RD)
- TA = Temperatura ambiente
- RJC = Resistencia térmica entre la juntura y la carcasa
- RCD = Resistencia térmica entre la carcasa y el disipador (incluye el efecto de la mica, si se pone, y de la pasta de silicona). Mejor poner pasta de silicona y evitar poner la mica.
- RDA = Resistencia térmica entre el disipador de calor y el Aire (resistencia térmica del disipador) (RD)
¿Qué cálculo debo hacer para comprar un disipador de calor?
Se desea utilizar un transistor 2N3055 que produce 60 watts en su “juntura”.
Con los datos del transistor 2N3055, este puede aguantar hasta 200 Watts en su “juntura” (máximo) y tiene una resistencia térmica entre la juntura y la carcasa de: 1.5 °C/W (carcasa es la pieza metálica o plástica que se puede tocar en un transistor). Si la temperatura ambiente es de 23 °C.
¿Cuál será la resistencia térmica del disipador de calor que se pondrá al transistor? (RDA)
Con RJC = 1.5 °C/W (dato del fabricante), la caída de temperatura en esta resistencia será T = R x P = 1.5 °C x 60 watts = 90 °C (ver fórmula)
Con RCD = 0.15 °C/W (se asume que se utiliza pasta de silicona entre el elemento y el disipador de calor), la caída de temperatura en RCD es T = R x P = 0.15 x 60 watts = 9 °C.
Tomando en cuenta que la temperatura del aire (temperatura ambiente es de 23 °C), el disipador de calor tiene que disipar: 200 °C – 90 °C – 9 °C – 23 °C = 78 °C.
Esto significa que la resistencia térmica del disipador de calor será: RDA = 78 °C/60 W = 1.3 °C/watt. Con este dato se puede encontrar el disipador adecuado.
Importante: Cuando se ponga el disipador de calor a un transistor u otro, hay que evitar que haya contacto entre ellos. Se podría evitar esto con plástico o el aire, pero son malos conductores de calor. Para resolver este problema se utiliza una pasta especial que evita el contacto.
La virtud de esta pasta es que es buena conductora de calor. De todas maneras hay que tomar en cuenta que esta pasta aislante también tiene una resistencia térmica.
Es mejor evitar si es posible la utilización de la “mica” pues esta aumenta el RCD. El contacto directo entre el elemento y el disipador de calor, contrario a lo que se pueda pensar, aumenta el valor de RCD, así que es mejor utilizar la pasta.
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