Resistencias de chip: ¿cuánta energía pueden *realmente* disipar?

Actualmente estoy considerando un diseño para un regulador lineal que use cierta resistencia de entrada para ayudarlo a regular una corriente más alta de la que podría manejar por sí solo.

No es un plan desesperado. El aumento del área de superficie radiante reduce efectivamente la resistencia térmica general del sistema.

Dicho esto, no hay almuerzo gratis. Dejar caer algo de su exceso de voltaje a través de una resistencia adicional solo cambia parte del calor generado a una parte diferente de la placa. Si la resistencia está cerca del regulador, calentará el aire junto al regulador y, por lo tanto, es probable que no le brinde el beneficio que desea: la temperatura del dispositivo es una función de la resistencia térmica, y la resistencia térmica siempre es relativa a la temperatura ambiente. El aumento de la temperatura ambiente consume su presupuesto térmico de la misma manera que lo hace el exceso de voltaje.

Otro gran inconveniente de su plan es que la resistencia creará una ondulación modulada de corriente adicional para que el regulador lineal la elimine. Es decir, si su corriente de carga varía en ±5 mA a una velocidad de 1 MHz, colocar una resistencia de 100 Ω en serie con el regulador creará 1 V adicional de ondulación previa al regulador. Peor aún, la efectividad del regulador lineal cae a medida que aumenta la frecuencia, por lo que su regulador podría dejar pasar gran parte de esta onda.

(Busque el gráfico de rechazo de ondulación frente a frecuencia en la hoja de datos de su regulador. Una hoja 78L05 que tengo aquí dice que RR ha bajado a ~20 dB a 1 MHz desde ~55 dB a 60 Hz. Una diferencia de 35 dB significa que está dejando 57 veces más ondulación a través!)

Puede evitar generar una ondulación modulada por corriente dejando caer el exceso de voltaje a través de una etapa de baja impedancia en lugar de una resistencia: varios diodos en serie, un transistor de paso adicional, un segundo regulador lineal, un convertidor DC-DC, etc. La última opción es bastante común, en realidad: un convertidor DC-DC para llevar el voltaje al rango correcto, seguido de un regulador lineal para reducir el hash emitido por el convertidor a niveles aceptables.

¿Alguien sabe de un mejor tratamiento de las características térmicas de las resistencias de chip?

Cualquier buena hoja de datos de resistencia debe incluir un gráfico de potencia frente a temperatura, como este:

Esto es para una resistencia nominal de ½ W, lo que muestra que debe esperar un aumento de 85 °C sobre la temperatura ambiente en su límite nominal, o alrededor de 110 °C al aire libre a temperatura ambiente. Dentro de un recinto rodeado de aire a temperatura ambiente, el aire estará más caliente, por lo que puede hacer una suposición de primer orden de que esta resistencia nunca debe calentarse más de 125 °C.

Una buena hoja de datos también debe incluir números de resistencia térmica, expresados ​​en grados por vatio. A partir de ellos, puede calcular el efecto del enfriamiento en la temperatura de la resistencia, que luego retroalimenta ese gráfico para indicarle si está calentando demasiado la resistencia.

¿Qué significa realmente la potencia nominal del chip?

Es solo un valor nominal, no un límite estricto. Es por eso que se muestra como una línea de puntos en el gráfico de arriba, y el gráfico se extiende por encima y por debajo de ese "límite". Ese gráfico dice que si puede hacer arreglos para enfriar la resistencia de alguna manera, puede ejecutarla sobre el vataje nominal. Pero igualmente, si la resistencia está dentro de un recinto caliente, debe reducirla .

¿Está soldado a una placa?

Eso ciertamente afecta las cosas. Si utiliza trazas de cobre anchas y pesadas (digamos, 100 milésimas de pulgada de ancho en una placa de cobre de 2 oz), obtiene algo de disipación de calor en las trazas, lo que podría permitirle hacer funcionar la resistencia un poco más caliente que de otra manera.

Un disipador de calor adecuado es una mejor solución que las trazas gruesas de cobre.

Es casi seguro que su hoja de datos proporcione valores que supongan que no hay un enfriamiento significativo del cobre cercano, a menos que hable específicamente sobre el cobre. Algunas hojas de datos en realidad le brindan patrones de cobre recomendados y sus valores de resistencia térmica esperados.