Regulador de voltaje demasiado caliente para tocar [duplicado]

Estoy trabajando en un proyecto de LED RGB. Estoy usando esto como fuente de alimentación: https://www.sparkfun.com/products/114 Utiliza un LM317 que, según la hoja de datos, puede suministrar hasta 1.5A. Los LED que estoy usando son estos: http://www.adafruit.com/products/314

Y la fuente de alimentación principal que estoy usando es una de 12v DC 2 AMP.

Aquí está el problema. Si tengo todas las partes rojas de los LED encendidas (tengo 8 LED), en aproximadamente un minuto el regulador de voltaje está demasiado caliente para tocarlo y lo desconecté cuando comenzó a oler raro. Adjunté una moneda a la parte del disipador de calor del regulador de voltaje (no muy bien, lo sé, pero todavía estoy esperando que lleguen algunos disipadores de calor adecuados que ordené) y en aproximadamente un minuto también estaba demasiado caliente para tocar.

¿Cómo puede ser esto? Cada parte roja del LED usa 20mA, así que multiplicado por 8 son 160mA. Entonces, el circuito no consume demasiada corriente, ¿verdad? Estoy usando resistencias de 150 ohmios para cada LED.

¿Por qué se calienta tanto y qué estoy haciendo mal?

Gracias

(Además, si encendí todas las partes rojas, verdes y azules de los 8 LED, el regulador de voltaje se calienta muchísimo)

(Acabo de leer sobre el uso de reguladores de "conmutación" ya que producen menos calor, ¿sería esta una mejor idea?)

Respuestas (4)

Un regulador lineal disipa el calor proporcionalmente a la cantidad de voltaje que debe caer y la cantidad de corriente que fluye a través de él.

Suministro de entrada = 12 voltios

Opción A:

Salida V out = 3,3 voltios
V f red = 2,1 voltios
Corriente = (V out - V f ) / R = 7,5 mA por LED = 60 mA total
Potencia disipada por el regulador, P = (V entrada - V out ) x I = 522 mW

En este caso, el regulador lineal está disipando más de medio vatio. Agregue los canales verde y azul y la disipación tenderá a triplicar esa cifra.

Opción B:

Salida V out = 5 voltios
V f red = 2,1 voltios
Corriente = (V out - V f ) / R = 19,33 mA por LED = 154,67 mA
Potencia total disipada por el regulador, P = (V entrada - V out ) x I = 1082,67 mW

En este caso, el regulador lineal está disipando más de 1 vatio. 1 vatio es una cantidad sustancial de energía que se emite como calor. En este caso, no es inesperado que el regulador se caliente demasiado para tocarlo. Agregar los canales verde y azul empeorará mucho las cosas.

Recomendaciones:

  1. Utilice la fuente de alimentación de la placa de prueba en modo de 3,3 voltios hasta que tenga un buen disipador de calor conectado, incluso 7,5 mA por canal LED debería proporcionar una cantidad razonable de iluminación de los LED.
  2. Cambie a un regulador de conmutación CC-CC o un regulador reductor, que desperdician mucha menos energía en forma de calor.

Problema:
alimenta el LM317 con 12 V y genera una salida de 5 V a 160 mA.
Entonces 12V - 5V = 7V @ 160 mA que el lm317 necesita disipar (calor).

P(vatio) = I * U
= 0,160 A * 7V
= 1,12 W de calor

La hoja de datos del LM317 dice:

La resistencia térmica de la unión a la caja es de 5 °C/W
La resistencia térmica de la unión al ambiente es de 80 °C/W (sin disipador de calor),
por lo que la resistencia térmica total es de: 85 °C/W

El aumento de temperatura es: 1,12 W * 85 °C/W = 95,2 °C
Cuando la temperatura ambiente es de 21 °C, la temperatura de la carcasa será de 116,2 °C
El LM317 tiene protección, por lo que comienza a apagarse cuando se calienta demasiado.

Recomendaciones:

Realmente necesita un mejor disipador de calor O un menor uso de corriente O un voltaje de entrada más bajo O...

¿A qué es igual 12 - 5?
Matemáticas a las 3 de la mañana =/ .

Sí, el LM317 puede manejar hasta 1,5 A, pero al reducir 12 V a 5 V, ¡necesita deshacerse de 10,5 vatios de calor en el proceso! No hay forma de que pueda hacer esto sin un disipador de calor sustancial adjunto.

Incluso a los 160 mA, sus LED rojos están consumiendo, el regulador está disipando más de 1 vatio. Su temperatura aumentará hasta que la cantidad de calor que se transfiere al aire sea igual a la cantidad de calor que se genera. Si no hay mucha superficie sobre la que eso pueda suceder, la temperatura aumentará rápidamente por encima de la clasificación máxima del dispositivo. La moneda agrega un poco de área (y un poco de masa térmica), pero no lo suficiente.

Gracias por la respuesta, me ha ayudado a entender lo que está mal. ¿Qué me sugieres que haga? Quería hacer un proyecto bastante pequeño, y tener un disipador de calor grande lo haría más grande.
Dos sugerencias rápidas: 1) Si su proyecto tiene una carcasa de metal, puede intentar atornillar su regulador directamente a ella (use cables cortos para conectarlo a la PCB si es necesario). 2) Use un regulador de conmutación de 3 terminales, que será mucho más eficiente para empezar.

La corriente máxima citada que puede suministrar el LM317 requiere que proporcione una forma para que el chip se deshaga del calor que debe producir para "eliminar por ebullición" la diferencia de voltaje. No dice cuál es el voltaje de salida del LM317, supongo que 5V. Eso significa que cada LED de parte que encendió provocó que el LM317 disipara 0,02 * (12 - 5) = 0,14 vatios. Un paquete TO220 sin ningún disipador de calor adicional puede disipar ~ 1 W (¡pero se calentará!). Para 24 piezas de LED que es de 3,4 vatios. Eso requiere un disipador térmico decente para el LM317.

Un disipador de calor se puede calcular como una resistencia. Desea disipar 4 vatios, con una diferencia de temperatura de, digamos, 40 grados C. Por lo tanto, necesita un disipador de calor de (como máximo) 40 grados / 4 vatios = 10 C / W. Eso no es muy grande.

No dio detalles sobre su circuito, pero otras opciones podrían ser

  • usando una fuente de alimentación que emite 9V en lugar de 12V, o incluso una que emite 5V

  • si usa controladores de colector abierto estilo 2803: alimente los LED directamente desde los 12V. Esto no reducirá la disipación de energía total, pero la distribuirá entre todas las resistencias.

  • use un pequeño convertidor de conmutación para producir los 5V

(Eliminé la sugerencia de poner los LED del mismo color en serie, porque eso no es posible con los LED RGB, y Loyd parece querer controlar los LED individualmente).

Gracias por la respuesta. De hecho, estoy usando un chip ULN2003. ¿Me recomendaría comprar una fuente de alimentación de 5 V o usar un convertidor de conmutación?
Es probable que una fuente de alimentación de 5 V sea más conveniente y económica. Cualquier suministro enchufable que se conecte a un enchufe USB (es decir, la mayoría de los cargadores de teléfonos) genera 5 V, por lo que generalmente puede encontrar uno gratis.
@lloyd: No conozco tu situación, así que tú decides. Si se queda con 12V, le sugiero que encienda los LED directamente desde 12V. Si es posible 5V, hazlo (menor posibilidad).
Gracioso, ¡tengo dos votos negativos!? ¡Por favor comente y diga por qué!
Creo que usaré una fuente de alimentación de 5V. No sé por qué te votaron negativamente, no he votado negativamente ninguna respuesta en este hilo.