Sistema de Refrigeração de Semicondutores a Água: Análise e Comparação com o Uso de Dissipadores de Alumínio e Ventilação Forçada Marco Antônio Gonçalves Ribeiro WEG Drives and Control – Automação Ltda Itajaí – SC, Brasil marcor@weg.net Adriano Péres & Sérgio Vidal Garcia Oliveira FURB – Universidade Regional de Blumenau Blumenau – SC, Brasil aperes@furb.br Resumo—As técnicas de refrigeração de semicondutores tem exigido cada vez mais uma percepção adequada nos projetos, pois a aplicação de determinado método pode aumentar a capacidade de fornecer potência de um mesmo componente e diminuir a dissipação para o meio físico em que se encontra instalado. O artigo analisa as técnicas de refrigeração a ar usando ventilação forçada e refrigeração a água. São apresentados conceitos de troca de calor do semicondutor para o dissipador e por sua vez para o ambiente, aplicando a técnica de ventilação forçada e também a técnica de refrigeração à água. Comparam-se aspectos como necessidade de volume e temperatura do ambiente no entorno do componente. Palavras Chaves—Análise térmica, dissipação de potência, refrigeração a água, semicondutor. I. INTRODUÇÃO Os equipamentos elétricos têm na sua constituição materiais condutores que tem sua capacidade de condução diretamente ligada a temperatura, ou seja, quanto maior a temperatura, menor será a capacidade de condução, logo a perda por efeito joule para o ambiente será maior. Estas características podem tornar os projetos inviáveis ou até comprometê-los. Os problemas mais frequentes são a elevação de temperatura e o equipamento torna-se um foco de irradiação de calor, comprometendo componentes mais frágeis no que tange a resistência a elevadas temperaturas. O projeto pode se tornar inviável com relação às dimensões necessárias aos componentes devido à perda de capacidade de transferir potência em decorrência do aumento da temperatura, fazendo com que os componentes fiquem demasiadamente grandes para compensar em material condutor a parcela que a temperatura lhe extraiu. Em semicondutores o excesso de temperatura ocasiona a transferência de potência desigual para semicondutores conectados em paralelo, redução da tensão de ruptura na polarização inversa, aumento de correntes parasitas e aumento do tempo de chaveamento. A utilização de dissipadores com refrigeração a água é antiga e eficiente, tendo sido aplicada especialmente em retificadores a tiristor de alta potência [1]. Com o desenvolvimento de conversores CC-CC aplicados a veículos elétricos e a necessidade de operação em alta temperatura a refrigeração a água de semicondutores passou a ser utilizada para diminuir o volume dos dissipadores e aumentar a densidade de potência [2]-[7]. Dissipadores com refrigeração líquida reduzem em cerca de um terço o peso e o volume de conversores CC-CC [5]. Neste artigo será apresentada uma análise da transferência de calor de um componente semicondutor para o dissipador. Serão analisados os casos de dissipador convencional com refrigeração a ar e com refrigeração a água. A. Metodologia de Análise Para melhor compreender o conteúdo abordado, devem-se entender os conceitos de troca de calor, iniciando pela condução. A transferência de calor é dada por (1). =   ∆  = ∆    ⁄ = ∆ ℎ (1) Sendo:  - Capacidade de condução térmica entre duas superfícies.  - Área disponível para transferência de calor entre dois dispositivos. ∆ - Diferença de temperatura entre duas superfícies.  - Distância entre duas superfícies. ℎ - Resistência térmica entre duas superfícies (°C/W). Na aplicação de semicondutores o calor é transferido para o dissipador por condução e do dissipador para o ambiente por convecção natural para o ar livre ou por ventilação forçada. A ventilação forçada acelera a troca de calor utilizando-se um fluxo de ar foçado. Com a ventilação forçada aumenta-se a eficiência no processo de troca de calor, podendo-se reduzir o