Questão 02 - Um diodo de potência (usado em um retificador industrial) é montado em um dissipador de calor compacto. O sistema envolve múltiplas camadas de materiais e convecção forçada. A falha térmica é crítica para a confiabilidade do sistema.
a. Calcule a resistência térmica total do sistema (incluindo todas as camadas e convecção).
b. Determine a temperatura da junção do diodo
c. Verifique se o diodo opera com segurança (temperatura máxima permitida:
)
Dados:
Potência dissipada:
Área de contato com o substrato: diodo
Ambiente
- Temperatura do ar:
- coeficiente de convecção :
Camadas:
- Substrato de alumina : Espessura:
, Condutividade térmica :
.
- Pasta térmica:Espessura:
, Condutividade térmica :
.
- Base do dissipador (cobre):Espessura:
, Condutividade térmica :
, Área :
a. Calcule a resistência térmica total do sistema (incluindo todas as camadas e convecção).
b. Determine a temperatura da junção do diodo
c. Verifique se o diodo opera com segurança (temperatura máxima permitida:
Potência dissipada:
Área de contato com o substrato: diodo
Ambiente
Passo 1
O enunciado pede a resistência térmica total de um diodo montado sobre várias camadas de materiais até o ar, a temperatura da junção e verificar se essa temperatura fica abaixo de
. Vamos modelar o caminho térmico como resistências em série: para condução em cada camada usamos
e para convecção na superfície do dissipador
Passo 2
Calculamos as resistências de condução das três camadas. Primeiro convertemos as áreas:
Substrato de alumina
,
, área
:
Pasta térmica
,
, área
:
Base de cobre
,
, área
:
Passo 3
Calculamos a resistência térmica de convecção na face do dissipador
, área
:
Passo 4
Somamos as resistências para obter a resistência total e daí a elevação de temperatura:
Para
e temperatura ambiente
:
Passo 5
Comparando com o limite de
, temos
logo o diodo não opera em segurança.
Resposta
a.
b.
c. Não, excede a temperatura máxima permitida de .
b.
c. Não, excede a temperatura máxima permitida de