Il livello di dissipazione del calore di cui hai bisogno dipende dalla temperatura ambiente massima che puoi garantire (supponiamo 50 ° C). Ad una temperatura di esercizio di 150 ° C si ha un gradiente di temperatura tra le parti interne del resistore e l'aria di 100 ° C. Si desidera spingere 5 W (arrotondato per eccesso) attraverso questo gradiente, il che significa che la resistenza termica totale non può essere superiore a 100 ° C per 5 W o 20 ° C / W (C / W è la classificazione di un dissipatore di calore).

Se 6,5 ° C / W è la corretta resistenza al calore interna al case, lascia 13,5 ° C / W per il dissipatore di calore. Per metterlo in prospettiva: il dissipatore di calore sotto è valutato a 11 ° C / W. Nota che per i dissipatori di calore è meglio un valore inferiore (e più grande, più pesante e più costoso), quindi rimani al di sotto del valore di 13,5 ° C / W.

Puoi eseguire tale calcolo nello stesso modo in cui si calcola con tensione (temperatura in C), corrente (potenza in W) e resistenza (resistenza termica in C / W).

Nota 1: con 13,5 ° C / W dissipatore di calore che sarà a (13,5 / 20) * 100 = 67,5 ° C al di sopra della temperatura ambiente. Se è troppo caldo per il tuo scopo, avrai bisogno di un dissipatore di calore (molto) più grande.

Nota 2: il calore deve essere trasferito all'ambiente. Anche il dissipatore più grande è inutile quando viene inserito in una scatola isolata termicamente!

Nota 3: Il C / W di ogni dissipatore può essere migliorato (abbassato) notevolmente utilizzando la circolazione forzata (= una ventola). Ma pensa a cosa succede quando la ventola si guasta e l'aria deve ancora andare da qualche parte.

Nota 4: una rapida regola pratica qualsiasi cosa in un involucro TO220 può dissipare fino a 1 W, ma anche il case lo farà caldo al tatto. Oltre 1 W è probabilmente necessario un dissipatore di calore.

Azzarderei un'ipotesi che \ $ \ mathrm {R_ {thj}} \ $ non sia giunzione-aria (beh, tecnicamente, trattandosi di una resistenza non ha una giunzione, ma sto usando il termine familiare) ma piuttosto per custodia / confezione.

EDIT: basato su una nota dell'app Bourns e sulla scheda tecnica corrispondente per il prodotto utilizzato come esempio in quella appnote, \ $ \ mathrm {R_ {thj}} \ $ è sicuramente per caso, non per aria.

Nota di avvio: poiché sembra impossibile ottenere una specifica più precisa riguardo al punto operativo desiderato dall'OP / domanda, indicherò solo vagamente la legge di Arrhenius in quanto si applica ai guasti indotti dalla temperatura nell'elettronica; il grafico seguente è estratto dal Manuale di ingegneria elettrica di Dorf.

Quindi, sì, puoi spingere i componenti alla loro temperatura limite ... come dettagliato nella risposta di Wouter van Ooijen ... ma non è privo di rischi.

Il 6,5 ° C / W è quanto gli "interni" si scalderanno rispetto alla piastra / custodia sul pacchetto TO-220. Quindi con 4,5 watt gli interni saliranno di circa 30 ° C sopra il case.

Ma come fa il case a eliminare il calore. Questa sarà probabilmente una cifra molto più grande.

Se guardi qui ti dice che per 1 watt generato, un pacchetto TO-220 sarà 65 ° C più caldo della temperatura ambiente. Ciò implica che per 1 watt, gli interni saranno di 6,5 ° C più caldi.

Intenal sarà a oltre 70 ° C per 1 watt e si desidera dissipare 4,5 watt.

Un esempio funzionante specifico: si desidera dissipare in modo sicuro 4,5 W in quel resistore.

È valutato per funzionare internamente a 155 ° C; tuttavia il declassamento di solito ha un effetto positivo sull'affidabilità. Vediamo cosa succede se miriamo a una temperatura interna di 120 ° C. A Rthj = 6,5 K / W, la giunzione aumenterà di 6,5 K * 4,5 W = 29,25 K al di sopra della temperatura del case. Quindi vogliamo mantenere il case sotto 120-29,25, diciamo 90 ° C.

Ora qual è la tua temperatura ambiente? Supponiamo che questo sia in un involucro con altri dispositivi elettronici e possiamo aspettarci che l'aria sia un po 'più calda della temperatura ambiente, diciamo 40 ° C.

Quindi il nostro dissipatore di calore deve avere una resistenza termica di (90 - 40) C / 4,5 W = 11,11 ° C / W (o meno): progetterei per 10 ° C / W a meno che lo spazio o il budget non siano particolarmente ridotti .

La resistenza termica viene utilizzata per indicare la velocità con cui il calore viaggia dal resistore all'esterno del contenitore. Ciò ti consente di stimare l'aumento di temperatura dalla potenza applicata.

Se pensi al calore come se fosse come la tensione e quanto bene o scarsamente diversi materiali consentano al calore di attraversarli come resistenze, allora hai una migliore idea di cosa ti dice la specifica.