Cuando trabajamos con componentes electrónicos que disipan energía en forma de calor, como los reguladores de voltaje, es fundamental calcular la temperatura que alcanzarán y si requieren un disipador de calor. En este artículo, aprenderemos a estimar la temperatura de un LM7805 sin disipador y con un disipador económico de 10°C/W.

🔬 Cómo se Calcula la Disipación de Calor

Todo componente electrónico genera calor en función de la energía que disipa. La temperatura que alcanza depende de la potencia disipada (Pd) y la resistencia térmica (Rθ), según la fórmula:

ΔT=Rθ×PdΔT = Rθ × Pd

Donde:

• ΔT es el aumento de temperatura respecto al ambiente.
• Pd es la potencia disipada en watts.
• Rθ es la resistencia térmica en °C/W.
• T_final = T_ambiente + ΔT.

🌡️Cálculo de Temperatura sin Disipador

👨‍🔬 Especificaciones del Circuito

Tomemos como ejemplo un LM7805 alimentado con 12V y suministrando 800mA a una carga:

Pd=(Vin−Vout)×I=(12V−5V)×0.8A=5.6WPd = (Vin – Vout) × I = (12V – 5V) × 0.8A = 5.6W

El LM7805 sin disipador tiene una resistencia térmica de 65°C/W (Rθ ja, de la unión al aire):

ΔT=65°C/W×5.6W=364°CΔT = 65°C/W × 5.6W = 364°C

Si la temperatura ambiente es de 25°C:

Tfinal=25°C+364°C=389°CT_{final} = 25°C + 364°C = 389°C  

🚫 Esto destruiría el regulador, ya que su límite es de aproximadamente 125°C.

🧊Selección del Disipador Partiendo de la Temperatura Deseada

Para garantizar que el componente opere dentro de un rango seguro, es posible seleccionar un disipador partiendo de la temperatura máxima deseada. Supongamos que queremos que el LM7805 no supere los 100°C en un ambiente de 25°C. Primero, calculamos el aumento de temperatura permitido:

ΔT=Tfinal−Tambiente

ΔT=100°C−25°C=75°C

Luego, utilizando la potencia disipada (Pd = 5.6W) y la fórmula de resistencia térmica total:

Rθtotal​=PdΔT​=5.6W75°C​≈13.4°C/W

Dado que el LM7805 tiene una resistencia térmica de unión a carcasa (Rθ jc) de 5°C/W, la resistencia térmica del disipador (Rθ sa) debe ser:

Rθsa=Rθtotal−Rθjc

Rθsa=13.4°C/W−5°C/W=8.4°C

Un disipador con una resistencia térmica de 10°C/W es una opción cercana y conservadora que asegura que la temperatura no exceda los 100°C. Si se desea una mayor precisión, se puede buscar un disipador con una resistencia térmica ligeramente menor, como 8°C/W, para acercarse más al límite deseado.

🧮 Cálculo con un Disipador de 10°C/W

Cuando usamos un disipador, la resistencia térmica del LM7805 sin disipador ya no se considera. En su lugar, usamos:

• Resistencia de unión a carcasa (Rθ jc): 5°C/W.
• Resistencia del disipador (Rθ sa): 10°C/W.

👉 Estas resistencias se suman:

Rθtotal=Rθjc+Rθsa=5°C/W+10°C/W=15°C/WRθ total = Rθ jc + Rθ sa = 5°C/W + 10°C/W = 15°C/W

Ahora recalculamos la temperatura:

ΔT=15°C/W×5.6W=84°CΔT = 15°C/W × 5.6W = 84°C

Tfinal=25°C+84°C=109°CT_{final} = 25°C + 84°C = 109°C

🛠️ Con un disipador de 10°C/W, el LM7805 opera en una zona segura.

📄 Conclusión

• Sin disipador, un componente puede alcanzar temperaturas extremadamente altas.
• La elección de un disipador no solo afecta la temperatura del componente, sino también el costo de producción. Usar un disipador innecesario aumenta gastos sin beneficio, mientras que no usarlo cuando es requerido provoca fallos y pérdidas económicas.

📊 En Enerful podemos ayudarte a optimizar estos cálculos para tu proyecto, asegurando la mejor relación costo-beneficio en la disipación térmica. 🔥