Когда использовать радиатор для регулятора напряжения?

Иногда в небольших проектах я использую стабилизаторы напряжения с выходами 8В или 5В, такие как LM7805. Мощность I * V, но мне интересно, когда действительно нужен радиатор. Иногда ток от выхода регулятора составляет 1 мА, но в другом проекте 20 мА или более. Есть ли эмпирическое правило, когда следует задуматься о нагреве и подумать об использовании радиатора? Рассмотрим время работы 12 часов.

Мое личное правило: 3-контактный линейный регулятор TO-220 не требует радиатора мощностью менее 600 мВт (вертикальное крепление). Это основано на промышленном обслуживании и высокой надежности, так что это консервативный показатель.

Если это должно быть больше, то я делаю расчеты и, возможно, даже тесты, и решаю, что лучше.

Вы можете выполнить умеренную заливку меди и использовать TO-252 (для поверхностного монтажа) и получить более высокие тепловые характеристики, чем TO-220 без радиатора - часто при температуре воздуха 65 ° C / Вт. Это ничего не стоит, за исключением небольшой площади печатной платы - никаких затрат на крепеж, сборку или теплоотвод, никаких дополнительных (вторичных) операций и дополнительных способов для монтажников все испортить.

По моему мнению, если вы близки к необходимости использования радиатора для линейного регулятора, самое время подумать о коммутационном питании, если у вас нет особых требований, таких как низкий уровень электромагнитных помех.

Достаточно просто.

Спецификация детали будет указывать тепловые сопротивления. Если посмотреть на таблицу данных LM7805 от Fairchild (только первое, появившееся при поиске), тепловое сопротивление составляет 5C / W переход к корпусу и 65C / W переход к воздуху.

Максимальная рабочая температура составляет 125 ° С. Если устройство находится в среде с температурой 25 ° C, вы можете справиться с повышением температуры до 100 ° C (хотя при максимальной рабочей температуре некоторые вещи обычно падают), поэтому около 1,5 Вт (100 ° C / 65 ° C / Вт) - это все, что вы можете рассеять без радиатора. Если входное напряжение составляет 30 В, возможно, это 60 мА; если вход 12 В, это больше похоже на 214 мА; если ваш вход 8 В, это 500 мА. (Все при температуре окружающей среды 25 ° C)

Работая на примере в другом направлении, ваш комментарий указывает на источник питания 24 В и рассеяние 0,38 Вт; 0.38W * 65 C/W = 24.7 CТаким образом, вы можете запустить его до температуры окружающей среды 100,3 ° С без радиатора.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Во всем вышеперечисленном я, очевидно, пренебрегал собственным использованием тока регулятора в 5,5-6 мА (при полном входном напряжении), расположенным далеко вниз по таблице, что увеличивает нагрузку на сеть; в вашем примере 24V это снизит ваш диапазон безопасного окружающего воздуха примерно до 90 C

Когда вы добавляете теплоотвод, у вас будет соединение 5C / W с корпусом (тепловое сопротивление) плюс определенное количество теплового сопротивления от корпуса к радиатору (под влиянием термопасты, изоляторов или нет и т. Д.) И, наконец, радиатор более благоприятное сопротивление воздуха.

Таким образом, если интерфейс имеет 2C / W, а радиатор - 10C / W, вы получите в общей сложности 5 + 2 + 10 = 17C / W от соединения до эфира с интерфейсом и радиатором.

С 7805, имеющим заземленный корпус / язычок, его легко прикрутить к боковой части металлического корпуса / шасси для некоторого «свободного теплоотвода», если это необходимо. При создании прототипа, если используются детали с защитой от тепловой перегрузки (которая заявлена, но не указана в техническом описании), вы можете «просто посмотреть, не перегреется ли деталь и не выйдет ли она из строя», хотя вы должны запустить номера перед завершением проектирования, особенно если прототипы часто имеют лучшую естественную конвекцию, чем готовый продукт.

Простой пример

Например, https://www.fairchildsemi.com/datasheets/lm/LM7805.pdf

1. Рассчитать рассеиваемую мощность в LDO. Например, от 8 до 5 В при 100 мА составляет 0,3 Вт (разность напряжений, умноженная на средний ток).

2. Рассчитать повышение температуры до воздуха (без радиатора): 65 ° C / Вт * 0,3 Вт = 20 ° C

3. Посмотрите на худшую рабочую температуру окружающей среды: например, ~ 40 ° C

4. Максимальная температура корпуса будет 40 ° C + 20 ° C = 60 ° C, что ниже максимальной рабочей температуры.

Обратите внимание, что это временное повышение довольно мало для этого очень маленького падения напряжения. Вот почему радиатор обычно рекомендуется для больших токов или больших падений напряжения. Я бы сказал, что, возможно, 10% LDO, которые я видел в общей сложности, имеют радиатор.

Но:

• Радиатор является дополнительным компонентом и увеличивает стоимость спецификации.
• Он тяжелый и должен быть правильно смонтирован, чтобы выдерживать механические удары во время работы или транспортировки

Рассеиваемая мощность - это падение напряжения, т.е. входное напряжение - выходное напряжение * входной ток.

В техническом паспорте будет указана максимальная температура перехода и тепловое сопротивление корпуса в ° C / Вт. Это будет повышение температуры по сравнению с окружающей средой (поэтому, если вы работаете в тропиках, у вас более высокая температура окружающей среды), если устройство находится в свободный воздух без радиатора

Если расчеты дают температуру перехода меньше максимальной, вам не нужен радиатор

Время работы обычно не является проблемой - если ваше приложение не будет работать только в течение нескольких секунд, когда тепловая задержка приведет к снижению подъема на стыке.