Disipadores clases . Lo primero que debemos saber es que los Led de potencia generan mucho calor debido a los chips instalados y este calor puede afectar al buen funcionamiento de los Leds y su gestión es vital para el funcionamiento y rendimiento lumínico y la vida del Led.
Su función es crear un área de superficie más grande en un dispositivo productor de calor, semiconductores o Leds, al hacerlo permiten una transferencia más eficiente del calor hacia afuera y hacia sus alrededores.
Los fabricantes de transistores o semiconductores de potencia indican la impedancia térmica de la conexión al ambiente, que se muestra con el símbolo Rθ J‑A y se mide en unidades de °C/W.
La unidad muestra cuánto se espera que la temperatura de la conexión aumente por encima de la temperatura ambiente alrededor del encapsulado por cada unidad de potencia (vatio) disipada dentro del dispositivo.
- Cuando un proveedor de transistores documenta que la impedancia térmica de la conexión al ambiente es de 62 °C/W, los 2.78 W de disipación dentro del paquete TO‑220 harán que la temperatura de la conexión aumente a 172 °C por encima la temperatura ambiente, calculado como 2.78 W x 62 °C/W.
- Si se asume que la temperatura ambiente en el peor de los casos para este dispositivo es de 50 °C, entonces la temperatura de la conexión alcanzará los 222 °C, calculada como 50 °C + 172 °C. Dado que supera ampliamente la temperatura máxima de 125 ºC del silicio, se necesita un disipador térmico.
La conexión de un disipador térmico a la aplicación reducirá significativamente la impedancia térmica de la conexión al ambiente. En la siguiente etapa, decida qué tan baja debe ser la vía de impedancia térmica para ofrecer una operación segura y confiable.
Según el diagrama:
- Ta: es la temperatura ambiente, que suele ser 30º o 40º centígrados.
- Tj: es la temperatura máxima del semiconductor (dato del fabricante)
- Tc: es la temperatura del encapsulado, no es necesario para calcular el disipador.
- Td: es la temperatura del disipador, no es necesario para calcular el disipador, pero es un dato para colocar un sensor de temperatura y activar un ventilador.
- Rjc: es la resistencia térmica entre la unión del semiconductor y el encapsulado (dato del fabricante)
- Rcd: es la resistencia térmica entre el encapsulado del semiconductor y el disipador, depende del aislante empleado y si se aplica silicona térmica o no.
- Rd: es la resistencia térmica del disipador y es el parámetro a calcular. Una vez calculado tendremos que ir a un catalogo de disipadores y escoger uno con una resistencia térmica menor a la calculada.
Como funciona un disipador y porque
Todo comienza en la forma en que un componente electrónico genera calor, el cual recibe el nombre de Efecto Joule. Se trata de un fenómeno que se produce al estar los electrones en movimiento en un conductor. En consecuencia, se producirá un aumento de temperatura debido a la energía cinética y a los choques entre ellos. Mientras más intensidad de energía, mayor flujo de electrones habrá en el conductor, y, en consecuencia, mayor calor se desprenderá.
Esto es extensible a los chips de silicio, en cuyo interior se condensa una gran cantidad de electrones en forma impulsos eléctricos.
Este fenómeno lo podemos ver perfectamente en esta captura térmica. Cuando un PC está consumiendo gran cantidad de energía, incluso los conductores aumentan de temperatura.
Dicho esto, el disipador no es más que un bloque metálico compuesto de cientos de aletas que está en contacto directo con el chip a través de una pasta térmica. De esta forma el calor generado por el chip pasa al disipador y de éste al ambiente. Por lo general, encima de los disipadores se coloca uno o dos ventiladores para ayudar a eliminar el calor del metal. En esencia, intervienen dos mecanismos de intercambio de calor:
- Conducción: es el fenómeno mediante el cual un cuerpo sólido más caliente pasa su calor a otro más frío que esté en contacto con él. Eso se produce precisamente entre el IHS de la CPU y el disipador. Luego veremos que hay cierta resistencia térmica entre ellos.
- Convección: la convección es otro fenómeno de trasferencia de calor que se produce solamente en fluidos, agua, aire o vapor. En este caso, a las aletas del disipador llega aire, preferiblemente a alta velocidad para que sea capaz de coger más calor de las aletas calientes del disipador.
Por esta razón es importante que los disipadores esten mas que sobrados y que la temperatura de la unión del led y el radiador no supere los 50º, esta es una foto térmica donde se aprecia mejor el “porque” del tamaño del disipador y su beneficio
Tipos de disipadores:
Existen varios tipos pero para el tema que estamos tratando vamos a ver en las imágenes estas referencias aletas , pin block púas , plancha o planos y como un led se puede “pegar a una superficie”
De seguro esta muy familiarizado(a) con esta imagen , la vemos en la mayoría de circuitos de consumo no tan alto.
fig1. Disipador tarjeta Multigame
Y esta finalmente es muy popular cuando reemplazamos un bombillo incandescente y/o queremos aumentar la iluminación , entonces se utiliza una plancha de aluminio y cuyo cálculo estamos explicando arriba.
fig 2. Led alta potencia con pasta térmica en la base
Pasta térmica que es y para que sirve
fig 3. Pasta térmica sobre el núcleo del procesador antes de instalar el disipador
Aunque nos parezca que un bloque está muy bien pulido, microscópicamente el contacto no es perfecto al ser sólidos, por lo que se necesita un elemento que los una físicamente para que la conducción de calor tenga efecto.
El elemento que mayor resistencia térmica hace en el conjunto del disipador. Es muy importante tener una muy buena pasa térmica en chips potentes, ya que su conductividad será mayor. La función de la pasta térmica es mejorar todo lo posible la unión entre IHS o DIE y el bloque frio del disipador.
Hay tres tipos de pasta térmica, las de tipo cerámico, por lo general blancas, las de tipo metálico, casi siempre grises o plateada o las de metal líquido que parecen, pues eso, metal líquido. Las de tipo metálico son las más comunes, con una relación rendimiento/precio muy buena y llegando a conductividades de hasta 13 W/mK. Las de metal líquido normalmente se usan para Delidding, y tienen conductividades de hasta 80 W/mK.
Tipos de pasta térmica
En el mercado podrás conseguir una interesante variedad de esta sustancia, debido a los elementos que sirvan de componentes para la pasta térmica. Entre ellos, están:
- Pasta térmica de metal: Aunque suele ser de las más costosas, también es la mejor y más popular. Cuenta con componentes a base de silicona y aluminio o plata, lo que potencia la capacidad de conducción de calor.
- Pasta térmica de cerámica: Al igual que la de metal, parte de una base de silicona, pero esta vez, el segundo elemento es polvo de cerámica. Es algo más básico y menos costoso, aunque no se recomienda su uso en ordenadores.
- Silicio: Es la gama más baja en cuanto a pasta térmica se refiere, y aunque puede cumplir su trabajo en la disipación de calor en procesadores de tarjetas gráficas o video, su uso es menos recomendable que el de la pasta térmica de cerámica.
Espero haya sido de total agrado este articulo sobre como funciona un disipador , tipos de disipadores , como calcular el valor de un disipador, que es la pasta Térmica .
