El disipador de calor en un SSR

Un disipador es un componente metálico generalmente de aluminio que se utilizan para evitar que algunos dispositivos electrónicos como, transistores bipolares, reguladores, circuitos integrados, etc. se calienten y se dañen.

Puede ser desde una forma compleja con ángulos y puntas hasta una suave superficie metálica sin pintar de un panel eléctrico. Lo que hace el disipador es transferir el calor de la fuente (SSR) hacia el ambiente circundante y es especificado como una resistencia térmica.

Pocos ingenieros o técnicos le dan importancia a asegurarse de que los relevadores de estado sólido operen en un rango de temperatura seguro.

Cuando un relevador de estado sólido deja de funcionar lo primero en que se centran es en buscar un corto circuito o cambian los dispositivos culpándolos de defectuosos, aunque tarde o temprano volverá a suceder el problema. Lo que conlleva a perdidas por paros o incremento de costos.

Para evitar estos problemas y perdidas, tendremos que colocar al SSR un disipador, pero este tiene que ser el adecuado, dependiendo de la temperatura interna del relevador y otros parámetros que explicaremos a continuación.

Calculo de la temperatura interna de un SSR

Para calcular la temperatura de la base de un SSR hay que aplicar la siguiente fórmula.

Parámetros:

- Potencia disipada (corriente de carga x caída de tensión)

- Temperatura ambiente

- Impedancia térmica del disipador

Fórmula: 

T_B = T_A + (Potencia x _RD-A)

Donde:

T_B = temperatura máxima de la base

 T_A = temperatura ambiente

 Potencia = disipación del SSR (P - Vf x Corriente de carga)

 R_D-A = Resistencia del disipador

¿Qué es lo que indica exactamente este valor?

Este valor da una idea de la máxima temperatura a la que se encuentra la superficie exterior del SSR.

Esto puede servir de referencia para calcular su temperatura interna.

Impedancia interna y externa

Un SSR con disipador tiene dos valores de resistencia térmica importantes a tener en cuenta:

la interna y la externa.

La principal diferencia entre las dos es que el valor de resistencia térmica externa se puede controlar ajustando el tamaño del disipador (R_D-A), modificando la temperatura ambiente.

Sin embargo, la resistencia térmica interna está determinada por el diseño y construcción del relé de estado sólido. Es un dato que el fabricante proporciona, denominado RJ-B o RJ-C y es la resistencia térmica entre la unión (SCR) y la base del relé medida (como en el caso del disipador) en ºC por W de potencia disipada.

La R_J-B de un relé de estado sólido nos da una idea de la transferencia de calor del SCR a la base del relé.

Cuanto menor sea ese valor de impedancia, mayor será la eficacia del relé en la transferencia de calor.

La diferencia de temperatura entre el SCR y la base se debe a la potencia disipada y a la impedancia térmica. Además, da una estimación de la temperatura del SCR en la aplicación.

También tendremos que tener en cuenta el material del interfaz térmico entre la base y el disipador.

Este interfaz (junta térmica) será el encargado de cubrir los pequeños espacios que quedan libres entre la base del relé y la superficie de montaje, consiguiendo que la transferencia de calor sea lo más eficaz posible.

Sin este interfaz térmico (en cualquiera de sus formatos), la impedancia de los espacios libres entre la base y el disipador puede ser suficiente como para provocar el sobrecalentamiento del relé y su posterior fallo.

La impedancia adicional añadida por este material es muy pequeña, pero tiene que ser tenida en cuenta para asegurar que los cálculos son correctos.

Cálculo de la temperatura de la base

T_B = T_A + (Potencia x R_D-A)

Donde:

 T_B = temperatura máxima de la base

 T_A = temperatura ambiente

 Potencia = disipación del SSR (P - Vf x Corriente de carga)

 R_D-A = Resistencia del disipador

Cálculo de la temperatura del SCR

TSCR = T_B + (Potencia x R_J-B)

Donde:

 TSCR = temperatura del SCR

 T_B = temperatura máxima de la base

 Potencia = disipación del SSR (en W, Vf x corriente de carga)

 R_J-B = Resistencia térmica entre el SSR y la base

A la hora de calcular el valor de la temperatura para una aplicación determinada hay que tomar en cuenta:

- Confirmar siempre el valor de resistencia térmica del disipador y asegurarse de que los cálculos estén bien realizados.

- Confirmar siempre que el valor de temperatura ambiente utilizado en los cálculos se corresponde con el valor real al que se encuentran sometidos el relé y el disipador en el panel, ya que esto es un error bastante común.

- Redondee los cálculos para aumentar la seguridad.

- Piense en la posibilidad de que existen fallos.

- A veces los cálculos de disipación térmica no son tan sencillos.

La temperatura del SCR y del SSR se pueden calcular de la forma indicada anteriormente, pero esta información está, en su mayor parte, contenida en las fichas técnicas.