Equações diferencias

Eletrônica de Potência - Cap. 11

J. A. Pomilio

11. DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DISSIPAÇÃO DE CALOR PARA DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA
11.1 Introdução

A circulação de corrente elétrica por qualquer bipolo provoca uma dissipação de potência igual ao produto do quadrado da corrente pela resistência do caminho percorrido. Tal potência dissipada converte-se, essencialmente, em calor (efeito Joule). As relações entre potência e energia são indicadas abaixo: 1 W = 0,239 cal/s 1 W.s = 1 J 1 cal = 4,187 J O objetivo deste estudo é fornecer subsídios para estabelecer critérios para o dimensionamento de sistemas de dissipação do calor produzido por componentes eletrônicos, especialmente semicondutores de potência (diodos, transistores, tiristores, etc.), buscando a proteção de tais componentes, tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos são empregados. Deve-se também buscar volumes, massas e custos tão reduzidos quanto possíveis. Os dispositivos semicondutores atuais são praticamente todos de silício. Este material tem temperatura de fusão superior a 1400 °C. Por qual razão, então, os fabricantes especificam uma máxima temperatura de operação da junção em torno de 150 °C? A temperatura interna de um dispositivo semicondutor determina a quantidade de portadores livres (elétrons e lacunas) que, por sua vez, é responsável pela corrente de fuga que existe quando o dispositivo deveria estar bloqueado. O efeito combinado da tensão de bloqueio com a corrente de fuga e a temperatura pode levar à ruptura do dispositivo, neste caso, provocando uma excessiva dissipação de potência no componente e levando à sua destruição. A máxima temperatura da junção especificada pelos fabricantes é aquela que garante que o componente será capaz de bloquear a tensão prevista. Assim, um diodo para 500 V somente será capaz de manter-se desligado e suportando tal tensão se sua temperatura de junção não exceder o limite dado (por