El regulador de voltaje con disipador de calor se sobrecalienta

En primer lugar, lo siento si estoy usando los términos incorrectos o si estoy señalando algo que es obvio para la mayoría, esta no es mi profesión, es solo un pasatiempo.

Tengo un voltaje de entrada de 12V 5A que se necesita para una bomba de agua. Estoy tratando de usar la misma fuente para manejar una Raspberry PI Zero W junto con un montón de sensores. Para bajar el voltaje a 5V estoy usando un regulador de voltaje, L78S05CV, que tenía por ahí. Debería poder darme 2A, pero actualmente solo necesito alrededor de 0.27A.

El regulador de voltaje tiene un disipador con una resistencia térmica de 29 °C/W y el regulador tiene una resistencia térmica de empalme a caja de 5 °C/W (Rthj-a de 50 °C/W). El regulador disipa alrededor de 1,89W ((12 - 5) * 0,27), lo que supondría unos 64 °C ((29 + 5) * 1,89). Suponiendo que la temperatura del aire sea de 25 °C, debería terminar en torno a los 90 °C. El regulador debe tener una temperatura de unión de funcionamiento de hasta 150 °C. Aún así, creo que el regulador se sobrecalienta después de un tiempo, puedo ver una caída en el voltaje de aproximadamente 2.5V.

Estoy tratando de entender las matemáticas aquí, para ver si necesito otro disipador térmico con una mejor resistencia térmica o si debo buscar otras alternativas.

He leído varias otras respuestas a hilos similares, pero para ser honesto, las respuestas están un poco fuera de mi alcance.

¿Resistor? te refieres a regulador? Todo el asunto de la disipación de calor se basa en que se eliminó el calor del disipador de calor, por lo que se puede suponer que la temperatura ambiente local es de 25 grados centígrados. Si esto no sucede, el ambiente local aumenta un poco, luego el chip aumenta un poco (en respuesta, como era de esperar), luego el ambiente local aumenta un poco más y tiene un problema.
Buena captura, edición.
A menos que esté haciendo algo divertido, su salida es de 5 voltios, por lo que la potencia es (12-5)/.27, lo que da una temperatura final de alrededor de 114.
Este es realmente un papel para un regulador de conmutación, no uno lineal.
Incluya también la resistencia térmica Rthj-c de la cápsula.
@winny: Hmm, Rthj-c es de 5 grados, ¿me estoy perdiendo algo? Rthj-a es de 50 grados.
En lugar de '25C', el cálculo del disipador de calor debe permitir que la temperatura sea alta junto al disipador de calor; sin un ventilador, eso podría ser de 60 a 85C sin dañar los componentes cercanos. En una habitación calurosa, incluso CON ventilador, 25C es un valor optimista.
¡Oh! Así que de ahí vino el 29+5. ¡Continuar!
@Whit3rd La resistencia térmica especificada del disipador de calor debe ser la resistencia entre la carcasa del componente y el ambiente sin ventilador, a menos que se indique lo contrario. Sin embargo, la especificación generalmente requiere suficiente flujo de aire de la convección, por lo que no se aplica si la convección se ve obstaculizada por una carcasa pequeña o componentes cercanos. Si el regulador opera dentro de una caja (incluso una grande que permita la convección interna), la temperatura ambiente es la temperatura dentro de la caja, que de hecho puede ser mucho más alta que la temperatura ambiente fuera de la caja.
@Ganhammar ¿Agregó compuesto térmico o una almohadilla de silicona para llevar el calor de la carcasa al disipador de calor? Si no, es posible que tenga una alta resistencia térmica allí. Si usa una almohadilla de sil, busque su resistencia térmica. Lo más probable es que no puedas descuidarlo.
@WhatRoughBeast, escribiste P=U/I. Además, ¿cómo terminaste en 114?
@OskarSkog: la caída de voltaje es de 7 voltios en lugar de 5, o un factor de 1.4. 1,4 x 64 es 89,6. Más 25 es aproximadamente 115. Así que supongo que acerté 4 en lugar de 5. No es un error significativo, dada la aspereza de las otras aproximaciones.
@Michael Karcher: no agregué ningún compuesto ni sil, ¡así que gracias por ese consejo! ¡También creo que lo que mencionas con respecto al flujo de aire podría ser un factor importante! ¡Gracias!
Tenga en cuenta que los reguladores de conmutación de reemplazo 7805 están disponibles por poco dinero. Compatible pin a pin.
@QuéRoughBeast. Nadie dijo que fue una caída de 5V. Los cálculos originales parecen correctos.
@KH: ¿tiene un ejemplo de un regulador de conmutación que funcionaría? ¡Gracias!
@Ganhammar Creo que los que he estado usando son murata de digikey. Eran alrededor de 3 a 5 dólares, y desde entonces he pedido imitaciones similares de aliexpress para la prueba de rendimiento.
@KH - ¡Impresionante, gracias!

Respuestas (2)

El regulador lineal no es la mejor solución cuando hay una gran diferencia entre el voltaje de entrada (12V) y el de salida (5V). 7V se disipan en calor.

Si es posible, intente utilizar un regulador de conmutación.

Si desea mantener el regulador lineal, puede colocar un ventilador de PC antiguo en el disipador (de un disco duro o una tarjeta gráfica, por ejemplo) y usar pasta térmica entre el regulador y el disipador.

La mejora es espectacular.

Coloque una resistencia de potencia entre el suministro de 12 V y la entrada al 7805.

Esto transferirá el exceso de vataje del 7805 a la resistencia.

Usé una resistencia Yageo 5.1Ω SQP500JB-5R1 para un 7805 con alimentación de 12 V y una carga de 300 mA en un producto que fabriqué durante 18 años. No hay problemas de servicio de campo nunca.

Esta es una gran sugerencia, pero ya compré un regulador de conmutación y un disipador de calor más grande. Probablemente usará el regulador de conmutación al final.
El regulador de conmutación es el camino a seguir si la eficiencia es motivo de preocupación. Lineal es el camino a seguir si la confiabilidad es una preocupación. Con la resistencia de Yageo no se necesita el disipador de calor.
El regulador de voltaje con disipador de calor se sobrecalienta
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