Ejemplo de hoja de datos (1/3): 2.Diodos de potencia

Transcripción

1 Ejemplo de hoja de datos (1/3): 2.Diodos de potencia

2 2.Diodos de potencia Ejemplo de hoja de datos (continuación 2/3):

3 2.Diodos de potencia Ejemplo de hoja de datos (continuación 3/3): Al aumentar la corriente I D aumenta la potencia disipada y el diodo comienza a recalentarse: - Para el silicio debe garantizarse: Tjuntura < Tjmax = 200ºC

4 Cálculo de disipadores Analogía térmico - eléctrica: Pot disipada R Term = T 2 -T 1 I.R = V Modelo térmico equivalente: Juntura Carcaza Tj Rjc Tc Rca Pd Regimenes máximos Las características térmicas del diodo se definen según: Ambiente Ta T ambiente Forma típica (Tj=125ºC): = 25W Rjc = 1,4 ºC/W Frecuentemente (Tj=125ºC) : = 70W derate = 0,25 W/ºC Alternativa (Tj=125ºC): = 25W = 70W Ocasionalmente (Tj=125ºC) : Rjc = 1,4 ºC/W Rca = 2,6 ºC/W Estos cuatro casos son exactamente equivalentes (demostrarlo).

5 Cálculo de disipadores Problema: Dado un diodo con máximos: Tamb = 25 ºC : 25 W Tcase = 25 ºC : 70 W y sabiendo que Pd = 4 W y Ta = 50 ºC, determine si debe usarse disipador. Solución: A partir del modelo térmico: Del enunciado: Pdja. (Rjc + Rca) + Ta = Tjmax Pdjc. Rjc + Tcase = Tjmax Rjc = Tjmax Tc = 125 ºC 25 ºC = 1,4 ºC/W Pdjc 70 W Rca = Tjmax Ta - Rjc = 125 ºC 25 ºC - 1,4 ºC/W = 2,6 ºC/W Pdja 25 W Entonces: Tj = 50 ºC + 4W ( 1,4 + 2,6 ºC/W) = 66ºC < 125ºC Si no se cumple hay que usar disipador El disipador quedaría en paralelo con Rca: Rca//Rd ~ Rd, Rd = Tj Ta -Rjc Pd

6 Ejercicio Un transistor 2N3055 se utiliza en una etapa de salida de potencia en un circuito de audio y disipa 30W. El circuito se encuentra en montado en el interior de un gabinete dónde el aire puede alcanzar una temperatura máxima de 50 ºC. El fabricante indica las especificaciones de la figura. a) Indicar si en necesario o no colocar un disipador al transistor. Si el disipador es necesario calcular su resistencia térmica. b) Si por fallas en la ventilación la temperatura dentro del gabinete aumenta a 75ºC, Qué le ocurre al transistor?

7 Ejercicio - Resolución T j T c T a R jc R ca R =R + R ja jc ca Temperatura de Juntura [ºC] Temperatura de carcasa [ºC] Temperatura ambiente [ºC] Resistencia térmica juntura-carcasa [ºC/W] Resistencia térmica carcasa-ambiente [ºC/W] Resistencia térmica juntura-ambiente [ºC/W] Datos del fabricante extraídos de los regímenes máximos absolutos: Temperatura de juntura máxima: Disipación de potencia máxima: T j máx = 200ºC P máx = T a = 25 ºC P máx = T c = 25ºC Por lo tanto: R jc = T máx j T P c = máx ºC W = 1.50 ºC W R ja = T máx j T a P a = máx 6 W = ºC W ºC ºC R ca = Rja R jc = ( ) = W W

8 Puede el dispositivo sin disipador externo disipar 30W a Ta = 50ºC? NO!! Rja = 1/34.2mW/ºC = 29.2 ºC/W Rjc = 1/668mW/ºC = 1.5 ºC/W Verificación: Si P= 30W T a = 50ºC R, ja = ºC y W Entonces: T=R j jap+ T=29.17 a 30ºC+ 50ºC=925ºC T j máx Resulta >> 125ºC Qué hacemos?

9 TO-92 TO-5 TO-220 TO-247 TO-218 TO-3

10 Mayor disipador menor resistencia TO-220 TO-3

11 Incidencia de la posición y la ventilación forzada

12 Diferentes tipos de aislantes Mantenimiento de disipadores Limpieza Pulido Lubricado Ajuste

13 Ejercicio (resolución - continuación) Un transistor 2N3055 se utiliza en una etapa de salida de potencia en un circuito de audio y disipa una potencia media de 30W. El circuito se encuentra en montado en el interior de un gabinete dónde el aire puede alcanzar una temperatura máxima de 50 ºC. El fabricante indica las especificaciones de la figura. a) Indicar si en necesario o no colocar un disipador al transistor. Si el disipador es necesario calcular su resistencia térmica. b) Si por fallas en la ventilación la temperatura dentro del gabinete aumenta a 75ºC, Qué le ocurre al transistor? Dispositivo con disipador externo: P= 30W T a = 50ºC R jc = 1.50 ºC W ºC R ja = W T j = 200ºC T máx c = T máx j P R jc máx T c = 200ºC ºC = 155ºC

14 Dispositivo con disipador externo: P= 30W T a = 50ºC T = 155ºC c R jc = 1.50 ºC W ºC R ja = W Despejando: ( ) T T =P R R c a ca dis Tc Ta ºC ºC Rca R dis = = =3.5 P 30 W W 1 1 = R dis 3.5 ºC 1 ºC R dis =4 R ca W W Verificando: ºC T j =Ta + P ( Rca Rdis + R jc) = 50º C+ 30W( ) = 199.8º C W ºC Qué ocurre si Ta = 75ºC? T=T j a + P R total =75ºC+ 30W 5 = 225ºC W

15 Dispositivo con disipador externo: Conviene tener un factor de seguridad en la elección del disipador. En general se elige un disipador con R 30% menor a la calculada. Si el cálculo da un disipador de R = 4 ºC/W, conviene colocar un disipador de R =0.7 x 4 ºC/W= 2.8 ºC/W. A modo de referencia, si queremos utilizar un disipador de aluminio se necesita una superficie de aletas aproximadamente de 156 cm 2 de acuerdo a la siguiente fórmula empírica: 50 cmº C R dis = A W 50 A= cm 156cm Para obtener 2.8 ºC/W el disipador tendría una superficie de aletas DOS veces mayor (318 cm 2 ).