Khi nào nên sử dụng tản nhiệt cho một bộ điều chỉnh điện áp?

Đôi khi trong các dự án nhỏ Im sử dụng bộ điều chỉnh điện áp với đầu ra 8V hoặc 5V như LM7805. Sức mạnh là tôi * V nhưng tôi tự hỏi khi thực sự cần một tản nhiệt. Đôi khi lưu lượng hiện tại từ đầu ra bộ điều chỉnh là 1mA nhưng trong một dự án khác 20mA trở lên. Có một quy tắc nào khi quan tâm đến việc sưởi ấm và xem xét sử dụng tản nhiệt? Xem xét thời gian hoạt động là 12 giờ.

Nguyên tắc cá nhân của tôi là bộ điều chỉnh tuyến tính TO-220 3 cực không cần tản nhiệt với công suất dưới 600mW (gắn dọc). Điều đó dựa trên dịch vụ công nghiệp và độ tin cậy cao nên đó là một con số bảo thủ.

Nếu nó cần nhiều hơn thế thì tôi sẽ tính toán, và thậm chí có thể kiểm tra, và quyết định cái gì là tốt nhất.

Bạn có thể đổ đồng vừa phải và sử dụng (gắn trên bề mặt) TO-252 và có hiệu suất nhiệt tốt hơn TO-220 mà không cần tản nhiệt - thường được trích dẫn ở 65 ° C / W trong không khí. Điều đó không có chi phí gì ngoại trừ một chút diện tích PCB - không có ốc vít, chi phí lắp ráp hoặc chi phí tản nhiệt để xem xét, không có hoạt động (phụ) và các cách bổ sung cho công nhân lắp ráp để làm hỏng mọi thứ.

Theo tôi, nếu bạn gần cần một bộ tản nhiệt cho bộ điều chỉnh tuyến tính thì ít nhất nên xem xét việc cung cấp chuyển đổi trừ khi bạn có các yêu cầu đặc biệt như EMI thấp.

Đủ đơn giản.

Bảng dữ liệu một phần sẽ chỉ định điện trở nhiệt. Nhìn vào bảng dữ liệu LM7805 từ Fairchild (chỉ là cái đầu tiên bật lên trong tìm kiếm) độ bền nhiệt là mối nối 5C / W với vỏ và đường giao nhau 65C / W với không khí.

Nhiệt độ hoạt động tối đa là 125C. Nếu thiết bị ở trong môi trường 25C, bạn có thể xử lý mức tăng 100C (mặc dù một số thứ rơi ở Nhiệt độ hoạt động tối đa), vì vậy, khoảng 1,5W (100C / 65C / W) sẽ là tất cả những gì bạn có thể tiêu tan mà không cần tản nhiệt. Nếu nguồn cung cấp đầu vào của bạn là 30V, có lẽ là 60mA; nếu đầu vào là 12 thì nó giống như 214 mA; nếu đầu vào của bạn là 8V, thì đó là 500mA. (Tất cả ở nhiệt độ 25C.)

Làm việc theo ví dụ theo hướng khác, nhận xét của bạn cho thấy nguồn cung cấp 24V và công suất tiêu thụ 0,38W; 0.38W * 65 C/W = 24.7 C, vì vậy bạn có thể chạy nó tới nhiệt độ 100,3 C mà không cần tản nhiệt.

EDIT: Trong tất cả những điều trên tôi rõ ràng đã bỏ qua việc sử dụng 5,5-6mA hiện tại của bộ điều chỉnh (ở điện áp đầu vào đầy đủ), nằm cách xa bảng dữ liệu, làm tăng thêm tải điện; trong ví dụ 24V của bạn, điều này sẽ hạ phạm vi an toàn xung quanh của bạn xuống khoảng 90 C

Khi bạn thêm một bộ tản nhiệt, bạn sẽ có tiếp giáp 5C / W (điện trở nhiệt) cộng với một lượng điện trở nhiệt nhất định từ vỏ máy đến tản nhiệt (chịu ảnh hưởng của mỡ nhiệt, cách điện hay không, v.v.) và cuối cùng là tản nhiệt của không khí thuận lợi hơn.

Vì vậy, nếu giao diện là 2C / W và tản nhiệt là 10C / W, bạn sẽ có tổng cộng 5 + 2 + 10 = 17C / W từ đường giao nhau đến không khí với giao diện và tản nhiệt.

Với 7805 có vỏ / tab được nối đất, thật dễ dàng để vặn nó sang một bên của vỏ / khung kim loại để có một số "tản nhiệt miễn phí" nếu muốn. Khi tạo mẫu, nếu sử dụng các bộ phận có bảo vệ quá tải nhiệt (được yêu cầu nhưng không được bổ sung trong biểu dữ liệu), bạn có thể "chỉ cần xem phần đó có nóng và tắt không" mặc dù bạn nên chạy các số trước khi hoàn thiện thiết kế, đặc biệt là các nguyên mẫu thường có đối lưu tự nhiên tốt hơn so với thành phẩm.

Ví dụ đơn giản

Ví dụ: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/lm/LM7805.pdf

1. Tính công suất tiêu tán trong LDO. Ví dụ 8V đến 5V ở 100 mA là 0,3 W (chênh lệch điện áp nhân với dòng điện trung bình).

2. Tính nhiệt độ tăng lên không khí (không có tản nhiệt): 65 ° C / W * 0,3 W = 20 ° C

3. Nhìn vào nhiệt độ môi trường tồi tệ nhất: vd ~ 40 ° C

4. Nhiệt độ trường hợp tối đa sẽ là 40 ° C + 20 ° C = 60 ° C, thấp hơn nhiệt độ hoạt động tối đa.

Lưu ý rằng sự tăng nhiệt độ này là khá nhỏ đối với sự sụt giảm điện áp rất nhỏ này. Đó là lý do tại sao một tản nhiệt thường được khuyến nghị cho dòng điện nặng hơn hoặc giảm điện áp lớn hơn. Tôi muốn nói rằng có thể 10% LDO mà tôi đã thấy trong tổng số có một tản nhiệt.

Nhưng:

• Tản nhiệt là một thành phần bổ sung và làm tăng chi phí BOM.
• Nó nặng và cần được gắn đúng cách để hấp thụ sốc cơ học trong quá trình vận hành hoặc vận chuyển

Công suất tiêu tán là điện áp rơi tức là Điện áp đầu vào - điện áp đầu ra * dòng điện đầu vào.

Bảng dữ liệu sẽ nêu nhiệt độ đường giao nhau tối đa và điện trở nhiệt đối với vỏ máy tính theo ° C / W Đây sẽ là mức tăng nhiệt độ từ môi trường xung quanh (vì vậy nếu bạn hoạt động ở vùng nhiệt đới, bạn có môi trường xung quanh cao hơn) nếu thiết bị ở trong không khí tự do mà không cần tản nhiệt

Với các tính toán cho nhiệt độ tiếp giáp nhỏ hơn tối đa, bạn không cần tản nhiệt

Thời gian hoạt động thường không phải là một vấn đề - trừ khi ứng dụng của bạn sẽ chỉ hoạt động trong vài giây, khi độ trễ nhiệt sẽ dẫn đến sự gia tăng thấp hơn tại ngã ba.