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INTRODUCCIÓN


Al circular una corriente eléctrica por un semiconductor se producen pérdidas en forma de calor que elevan la temperatura del semiconductor, para evitar que éste alcance temperaturas demasiado elevadas se debe disponer de un camino de evacuación del calor hacia el exterior. Esta evacuación de calor se realiza por conducción a través de un perfil extrusionado de aluminio llamado radiador, el cual a su vez transmite el calor por convección y radiación hacía el aire ambiente u otro fluido refrigerante. Las pérdidas medias que se producen en un semiconductor funcionando a la frecuencia de red son:

PFAV : V (TO) IFAV + rf I²FRMS

Siendo rf la resistencia de caída directa, V(TO) la tensión umbral del semiconductor y IFAV e IFRMS los valores medio y eficaz de la intensidad que circula por el semiconductor. El valor de estas dos intensidades depende del valor máximo de la intensidad, de su ángulo de conducción respecto al periodo total y de si su forma es rectangular o senoidal.


Una vez conocidas las pérdidas se debe determinar el radiador necesario para que la temperatura de la unión no supere su valor máximo y para ello se utiliza un circuito equivalente eléctrico del circuito térmico de evacuación del calor. El valor correspondiente a las pérdidas calculadas debe evacuarse al aire ambiente, las resistencias térmicas que se oponen al paso del calor son: Rthjc entre unión y cápsula, Rthch entre cápsula y radiador, Rthha entre radiador y aire ambiente.

La resistencia térmica total entre la unión y el aire ambiente Rthja es la suma de los anteriores.

La temperatura que alcanzará la unión para una temperatura ambiente y unas pérdidas directas medias dadas es:


Tj : Ta + Rthja PFAV

Generalmente para el cálculo del radiador se dispone de los siguientes datos: Temperatura máxima admisible de la unión TjMAX, temperatura ambiente máxima estimable TaMAX, pérdidas directas medias PFAV, resistencias térmicas unión-cápsula Rthjc y cápsula radiador Rthch.

Con estos datos es posible calcular la resistencia térmica del radiador necesario Rthha. La resistencia térmica total debe ser:

Rthja : (TjMAX - TaMAX)/ PFAV  => Rthha < Rthja - ( Rthjc + Rthch )

Del valor Rthha obtenido dependerá la necesidad de utilizar ventilación forzada o no. Si el valor no se puede conseguir hay que escoger un semiconductor de mayor calibre y un radiador de menor resistencia térmica o refrigerado por agua.


En las paginas siguientes se indican los valores de las resistencias térmicas para los distintos tipos de radiador en función de sus longitudes. Estos valores se han determinado en el caso de convección para superficies anodizadas en negro mate y montaje vertical sin ningún obstáculo que dificulte el movimiento ascendente del aire. En el caso de la convección forzada se indica la velocidad a la que el aire debe circular por el interior del radiador, siendo indiferente el acabado superficial del radiador.


La superficie de contacto entre radiador y el semiconductor debe ser plana, poco rugosa y limpia. El anodizado debe eliminarse pues es muy buen aislante térmico. Es necesario mejorar el contacto térmico mediante el uso de una fina capa de pasta de silicona conductora del calor como la SKS, si además el radiador se utiliza como conductor eléctrico la pasta silicona a utilizar debe ser la SKH. Las fuerzas de apriete indicadas por los fabricantes de los semiconductores deben aplicarse con exactitud.

Los radiadores se pueden servir con cualquier longitud y con el mecanizado necesario según la aplicación.
 

 


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