Para empezar repasemos los factores a tener en cuenta:

I -> Intensidad, sera la intensidad que circule por nuestro transistor o regulador.

V -> En el caso de un transistor Vce Y en el caso de un regulador Tensión de Entrada – Tensión de Salida

W o Flujo térmico -> Se trata de la energía que disipa el dispositivo.

Top -> Temperatura de funcionamiento de la unión, si sobrepasamos esta temperatura el dispositivo se dañará.

Rthj-amb -> Resistencia térmica entre la unión y el ambiente. (ºC/W) La usaremos para calcular si es necesario usar disipador.

Rthj-case -> Resistencia térmica entre la unión y la carcasa. (ºC/W) La usaremos cuando tengamos que añadir un disipador.

Rths -> Resistencia térmica del separador (en caso de haberlo).

Rthd -> Resistencia térmica del disipador.

Y para calcularlo solo una formula:

Tj = Ta + (W * Rt)

La temperatura de la unión sera igual a la temperatura ambiente mas la resistencia térmica por la potencia. Para comprenderlo mejor unos ejemplos:

Caso práctico 1: Tenemos una fuente de alimentación a 12 Voltios a la que conectamos un regulador de tensión a 5 Voltios LM7805. A este regulador se le somete a una carga de 20ohm.

Empezamos por calcular la corriente de salida:

Voltaje de salida = 5v
Carga = 20 ohm
I = V / R = 5 / 20 = 0,25A = 250mA

Con esta corriente calculamos el Voltaje y la Potencia o Flujo térmico.

V = Vi -Vo = 12 – 5 = 7v
P = V * I = 5 * 0,250 = 1,25W

A partir de aquí podemos aplicar la fórmula y pueden empezar los problemas, ¿que temperatura ambiente cogemos? ¿Cual resistencia térmica? Para aplicarla correctamente debemos dejar un margen de seguridad por lo que cogeremos la temperatura ambiente mas desfavorables, para uso normal 50ºC. La resistencia térmica usaremos primeramente la de ambiente, si con esta vemos que la temperatura de la unión es muy elevada pasaremos a usar la resistencia a la carcasa y sumarla la resistencia de un disipador (Con o sin separador dependiendo de nuestra aplicación)

La resistencia Rthj-amb del LM7805 en TO-220 según su datasheet es de 50ºC/W.

Tj = Ta + (W * Rt) = 50 + ( 1,25 * 50) = 112,5ºC

La unión estará a 112,5ºC, algo calentita, pero como la temperatura máxima de funcionamiento es de 150ºC no necesitará radiador, aunque no le vendría mal una pegatina de NO TOCAR PELIGRO DE QUEMADURA.

Caso práctico 2: Un mosfet BUZ41 está alimentando un conjunto de lamparas que en total tienen un consumo en corriente de 3A. ¿Necesitara disipador? ¿Cuál?

En este caso hallaremos la potencia mediante la Rds(ON) y el intensidad que circula según el datasheet es de 1,5Ω.

W = I² * R = 3² * 1,5 = 13,5W

Primero lo calcularemos con la resistencia al ambiente (75ºC/W) :

Tj = Ta + (W * Rt) = 50 + ( 13,5 * 75) = 1012,5ºC

Listo, tenemos nuestra propia fundición de metales integrada, jejeje. ¿Habrá que calcular un disipador no? Para ello nos basamos en que la temperatura de la unión debe ser menor de 125ºC.

Tj = Ta + (W * (Rthjc + Rthd)) -> 125 > Ta + (W * (Rthjc + Rthd)) -> 125 > 50 + (13,5 * ( 1,67 + Rthd) -> 75 > 22,545 + (13,5 * Rthd) -> 52,455 > 13,5Rthd -> 3,8855 > Rthd

Ahora debemos buscar un disipador para TO-220 con una Rthd menor de 3,8855. En nuestro caso nos valdría por ejemplo El WA 338-63,5 (Rthd= 3,6ºC/W) o un perfil WA131 de más de 75m. ¿Como os he dicho esto? Pues por el método tradicional, consultando un catalogo de disipadores.