¿Cuándo usar un disipador térmico para un regulador de voltaje?

Mi regla personal es que un regulador lineal de 3 terminales TO-220 no necesita un disipador térmico para menos de 600 mW (montaje vertical). Eso se basa en el servicio industrial y la alta confiabilidad, por lo que es un número conservador.

Si necesita ser más que eso, entonces hago los cálculos, y posiblemente incluso las pruebas, y decido qué es lo mejor.

Puede hacer un vertido de cobre moderado y usar un (montaje en superficie) TO-252 y mejorar térmica rendimiento que un TO-220 sin un disipador de calor - a menudo se cotiza a 65 ° C / W en el aire. Eso no cuesta nada, excepto un poco de área de PCB: no hay que tener en cuenta los sujetadores, la mano de obra de montaje ni los costos del disipador de calor, no hay operaciones adicionales (secundarias) ni formas adicionales para que los trabajadores de la instalación lo arruinen.

En mi opinión, si está cerca de necesitar un disipador de calor para un regulador lineal, es hora de considerar al menos un suministro de conmutación a menos que tenga requisitos especiales, como EMI bajo.

Suficientemente simple.

La hoja de datos de la pieza especificará las resistencias térmicas. Mirando una hoja de datos LM7805 de Fairchild (solo la primera en aparecer en una búsqueda) la resistencia térmica es 5C / W de la unión a la caja, y 65C / W de la conexión al aire.

La temperatura máxima de funcionamiento es de 125C. Si el dispositivo se encuentra en un entorno de 25 ° C, puede manejar el aumento de 100 ° C (aunque algunas cosas se caen a la Temperatura de funcionamiento máxima, por lo general), por lo que todo lo que puede disipar sin un disipador de calor será aproximadamente 1.5W (100C / 65C / W). Si su suministro de entrada es de 30 V, quizás sean 60 mA; si la entrada es 12V es más como 214 mA; Si su entrada es 8V, es 500mA. (Todos a 25C ambiente).

Trabajando el ejemplo en la otra dirección, su comentario indica un suministro de 24 V y una disipación de 0,38 W; 0.38W * 65 C/W = 24.7 C , por lo que puede ejecutar hasta un ambiente de 100.3 C sin un disipador de calor.

EDITAR: Evidentemente, en todo lo anterior, he descuidado el uso actual del propio regulador de 5.5-6mA (a voltaje de entrada total), ubicado muy por debajo de la hoja de datos, lo que aumenta la potencia carga; en su ejemplo de 24 V, esto reduciría su rango de seguridad ambiental a aproximadamente 90 C

Cuando agrega un disipador de calor, tendrá la unión 5C / W a la caja (resistencia térmica) más una cierta cantidad de resistencia térmica desde la caja hasta el disipador de calor (influenciado por la grasa térmica, aislantes o no, etc.) y finalmente la resistencia al aire más favorable del disipador.

Entonces, si la interfaz es 2C / W y el disipador térmico es 10C / W, tendría un total de 5 + 2 + 10 = 17C / W desde la unión al aire con interfaz y disipador térmico.

Si el 7805 tiene una caja / lengüeta con conexión a tierra, es fácil atornillarlo al lado de una caja / chasis de metal para obtener un poco de "disipador de calor libre" si lo desea. Cuando utilice prototipos, si utiliza piezas con protección térmica contra sobrecargas (que se reivindica pero no se incluye en la hoja de datos) puede "simplemente ver si la pieza se calienta y se apaga", aunque debe ejecutar los números antes de finalizar el diseño, especialmente desde los prototipos. A menudo tienen mejor convección natural que un producto terminado.

Ejemplo simple

Por ejemplo, enlace

1. Calcule la disipación de potencia en el LDO. P.ej. 8V a 5V a 100 mA es 0.3 W (la diferencia de voltaje es mayor que la corriente promedio).

2. Calcule el aumento de temperatura al aire (sin disipador de calor): 65 ° C / W * 0,3 W = 20 ° C

3. Observe la peor temperatura ambiente de funcionamiento: por ejemplo, ~ 40 ° C

4. La temperatura máxima de la carcasa será de 40 ° C + 20 ° C = 60 ° C, que está por debajo de la temperatura máxima de funcionamiento.

Observe que este aumento de temperatura es bastante pequeño para esta caída de voltaje muy pequeña. Es por eso que normalmente se recomienda un disipador de calor para corrientes más pesadas o caídas de voltaje más grandes. Yo diría que tal vez el 10% de las LDO que he visto en total tienen un disipador de calor.

But:

• El disipador térmico es un componente adicional y aumenta el costo de la lista de materiales.
• Es pesado y debe montarse correctamente para absorber los golpes mecánicos durante la operación o el transporte.

La potencia disipada es la tensión caída es decir, voltaje de entrada - voltaje de salida * la corriente de entrada.

La hoja de datos indicará la temperatura máxima de la unión y una resistencia térmica a la caja en ° C / W Esto será el aumento de temperatura del ambiente (por lo tanto, si está operando en los trópicos, tiene un ambiente más alto) si El dispositivo está en el aire libre sin un disipador de calor

Siempre que los cálculos den una temperatura de unión inferior a la máxima, no necesita un disipador de calor

El tiempo de operación no suele ser un problema, a menos que su aplicación solo funcione durante unos segundos, cuando el retraso térmico lleve a un aumento menor en la unión.