Elija un disipador de calor para el regulador de voltaje

tengo que disipar 2 W de un regulador de voltaje. Es un 7805 en un paquete TO-220. La hoja de datos está aquí.

Es la primera vez que tengo que elegirlos, así que me gustaría tener una revisión de la siguiente decisión porque tengo miedo de perderme algo, ya que esto suena realmente complicado para mí. Así que les pondré aquí todo mi razonamiento.

R t h j C es 5 C°/Wpara el paquete TO-220 y R t h j A es 50 C°/W(tabla 3, página 7). Como tendré que disipar 2Wtendré sin disipador 100°de calor en el chip. La habitación está alrededor 21°. T o pag es 0° to 125°así que para estar seguro definitivamente necesito un disipador de calor. En ese caso, simplemente se 31°basará en esa fórmula . METRO a X a metro b i a norte t + R t h j C × W d i s s i pag a t mi d o21 + 50 * 2

Pero ahora estoy bloqueado. Para el ejemplo tomaré este disipador de calor . Está calificado como 40 K/W. Supongo que K es para grados Kelvin. En ese caso, ¿significa que está calificado como 233°C/W? He encontrado esa fórmula:

METRO a X j tu norte C t i o norte T mi metro pag >= METRO a X A metro b i mi norte t T mi metro pag + ( W D i s s i pag a t mi d × ( R t h j C C ° / W + R t h H mi a t S i norte k C ° / W ) )

que me dan:

21 + ( 2.5 × ( 5 + 233 ) = 595 ° C

Entonces, hay algo mal, ya que esto significaría que la unión entre el chip y el disipador de calor estará 600° caliente... ¿Qué me he perdido?

La K es para Kelvin, pero es un cambio relativo por vatio, por lo que es lo mismo. Pero buena pregunta y espero que alguien publique una explicación más formal de todo.
Como Wouter señala a continuación, asegúrese de incluir la resistencia entre la carcasa del TO220 y el disipador de calor. También debe hacer los cálculos utilizando la temperatura ambiente máxima y la disipación de energía máxima (en lugar de "alrededor de 21 grados") .
Grado K = grado C - solo con puntos cero compensados. 40K/W = 40 C/W por lo que con 2W = 2 x 40 = 80K = 80C se elevan sobre la temperatura ambiente. Siempre configure el ambiente al valor más alto posible del mundo real que experimentará, incluido un día caluroso en el interior sin aire acondicionado, etc. Luego agregue un poco :-). Si está en el cortafuegos del automóvil = mucho más caliente. | Bajar a 10C/W no es demasiado difícil. | CUALQUIER soplado de aire o corriente de aire = gran mejora.

Respuestas (2)

Consulte wikipedia

Las unidades SI de resistencia térmica son kelvins por vatio o los grados Celsius equivalentes por vatio (los dos son iguales ya que los intervalos Δ1 K = Δ1 °C).

K/W es lo mismo que C/W y eso se debe a que representan una diferencia de temperatura por vatio en lugar de una temperatura absoluta.

El resultado de su cálculo utilizando un disipador de calor de 40 K/W es:
21 + ( 2.5 × ( 5 + 40 ) ) = 112.5 ° C

Parece haber una idea errónea sobre el significado de la clasificación K/W y la capacidad de enfriamiento de un disipador de calor determinado.
Cuando compara dos disipadores térmicos, cuanto menor sea la clasificación K/W, mejor será el disipador térmico, una clasificación K/W más baja significa que puede disipar más energía con un menor aumento de temperatura.

Como ejemplo:
un disipador de calor de 40 K/W aumenta la temperatura 40 grados Celsius (por encima de la temperatura ambiente) por cada vatio. Un disipador de calor más eficiente (en cuanto a la capacidad de enfriamiento) es un modelo que tiene una clasificación de K/W más baja como, por ejemplo, 20 K/W porque la temperatura aumentará solo 20 grados centígrados por cada vatio disipado.

Vale, pero hay algo que no entiendo. Si necesito disipar 2 vatios con RthJC de 5, en ese caso, ¿significa que necesito un disipador de calor capaz de al menos 5 K/W? Entonces, ¿un 40K/W debería hacer el trabajo? (Entonces, ¿los 112.5 ° significan la temperatura del disipador de calor o lo que podría disipar?)
@EmmanuelIstace Un disipador de calor de 40K/W aumenta la temperatura 40 grados centígrados por cada vatio. Un disipador de calor más eficiente como por ejemplo 20K/W aumenta la temperatura 20 grados centígrados por cada vatio. Un disipador de calor de 40K/W es peor que uno de 5K/W
@EmmanuelIstace Realmente no puedo responder sobre la economía. Un mejor disipador térmico tiene más metal y/o más aletas, lo que debería ser más costoso de fabricar.

Puede resolver un problema de calor de la misma manera que resolvería un problema de corriente a través de una resistencia. La corriente es equivalente al calor, la resistencia es la resistencia térmica y el voltaje es la temperatura.

Tiene 2 W de corriente de calor a través de una serie de resistencias de calor: Rj-c (5 K/W), agregue 1 K/W para el contacto imperfecto entre la carcasa y su disipador de calor y el disipador de calor al aire (40 K/W). El total es 46K/W. Con un flujo de calor de 2W, esto provocará un gradiente de temperatura de 98 K: la unión estará 98 K más caliente que el aire ambiente.

Una pregunta difícil en tales cálculos es qué tan bajo puede garantizar que sea el aire ambiental. Supongamos (máximo) 40C. Entonces la temperatura de unión (máxima) es 40 + 98 = 138C.

El (Fairchild) LM7805 enumera 125C como temperatura máxima de funcionamiento bajo los 'máximos absolutos'. Tenga en cuenta que, en principio, los máximos absolutos NO se pueden usar para cálculos de diseño, pero los gráficos posteriores tienen curvas de hasta 125C, por lo que en ESE terreno, la cifra de 125C está bien para usar.

125 < 138, por lo que con una temperatura ambiente de 40C y 2A, es posible que su disipador de calor no sea suficiente. (Digo podría porque usé las cifras del peor de los casos. ¡Pero como diseñador, deberías hacerlo!)

Le sugiero que busque un disipador de calor que sea un poco más grande, apunte a 20 K/W. Esto también hará que el disipador de calor esté menos caliente (¡pero todavía demasiado caliente para tocarlo cómodamente! Calcule usted mismo qué tan caliente estará).

+1 para una buena explicación. La distinción de que las calificaciones de los disipadores de calor son el aumento de la temperatura ambiente por vatio de energía vertido en él siempre fue poco intuitivo para mí cuando comencé a trabajar con ellos.
Simplemente piensa en la figura como una resistencia. Cuanto mayor sea C/W, mayor será la caída de 'voltaje' para una 'corriente' dada.
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