Quand utiliser un dissipateur thermique pour un régulateur de tension?

Parfois, dans de petits projets, j'utilise des régulateurs de tension avec des sorties 8V ou 5V tels que LM7805. La puissance est I * V mais je me demande quand un dissipateur thermique est vraiment nécessaire. Parfois, le flux de courant de la sortie du régulateur est de 1 mA mais dans un autre projet de 20 mA ou plus. Existe-t-il une règle de base pour savoir quand se soucier du chauffage et envisager d'utiliser un dissipateur thermique? Considérez que la durée de fonctionnement est de 12 heures.

Ma règle générale est qu'un régulateur linéaire TO-220 à 3 bornes n'a pas besoin de dissipateur thermique pour moins de 600 mW (montage vertical). C'est basé sur le service industriel et la haute fiabilité, c'est donc un chiffre prudent.

Si cela doit être plus que cela, je fais les calculs, et peut-être même les tests, et je décide ce qui est le mieux.

Vous pouvez effectuer une coulée de cuivre modérée et utiliser un (montage en surface) TO-252 et obtenir de meilleures performances thermiques qu'un TO-220 sans dissipateur thermique - souvent cité à 65 ° C / W dans l'air. Cela ne coûte rien, sauf un peu de surface PCB - pas de fixations, de main-d'œuvre d'assemblage ou de coûts de dissipateur de chaleur à prendre en compte, pas d'opérations supplémentaires (secondaires) et des moyens supplémentaires pour les travailleurs de l'assemblage de visser les choses.

À mon avis, si vous êtes sur le point d'avoir besoin d'un dissipateur thermique pour un régulateur linéaire, il est temps d'envisager au moins une alimentation de commutation, sauf si vous avez des exigences particulières telles qu'un faible EMI.

Assez simple.

La fiche technique de la pièce précisera les résistances thermiques. En regardant une fiche technique LM7805 de Fairchild (juste la première à apparaître dans une recherche), la résistance thermique est de 5C / W de jonction au boîtier et de 65C / W de jonction à l'air.

La température de fonctionnement maximale est de 125 ° C. Si l'appareil est dans un environnement à 25 ° C, vous pouvez gérer une augmentation de 100 ° C (bien que certaines choses chutent à la température de fonctionnement maximale, généralement), donc environ 1,5 W (100 ° C / 65 ° C / W) sera tout ce que vous pouvez dissiper sans dissipateur de chaleur. Si votre alimentation d'entrée est de 30 V, c'est peut-être 60 mA; si l'entrée est 12V, cela ressemble plus à 214 mA; si votre entrée est 8V, c'est 500mA. (Le tout à une température ambiante de 25 ° C.)

En travaillant l'exemple dans l'autre sens, votre commentaire indique une alimentation 24V et une dissipation de 0,38W; 0.38W * 65 C/W = 24.7 C, de sorte que vous pouvez l'exécuter jusqu'à une température ambiante de 100,3 ° C sans dissipateur thermique.

EDIT: Dans tout ce qui précède, j'ai évidemment négligé l'utilisation actuelle du régulateur de 5,5 à 6 mA (à pleine tension d'entrée), située très loin dans la fiche technique, ce qui augmente la charge de puissance; dans votre exemple 24 V, cela réduirait votre plage de sécurité ambiante à environ 90 C

Lorsque vous ajoutez un dissipateur thermique, vous aurez la jonction 5C / W au boîtier (résistance thermique) plus une certaine résistance thermique du boîtier au dissipateur thermique (influencée par la graisse thermique, les isolants ou non, etc.) et enfin le résistance plus favorable du radiateur à l'air.

Donc, si l'interface est 2C / W et le dissipateur thermique est 10C / W, vous auriez un total de 5 + 2 + 10 = 17C / W de la jonction à l'air avec l'interface et le dissipateur thermique.

Avec le 7805 ayant un boîtier / languette mis à la terre, il est facile de le boulonner sur le côté d'un boîtier / châssis métallique pour un "dissipateur thermique gratuit" si vous le souhaitez. Lors du prototypage, si vous utilisez des pièces avec une protection contre les surcharges thermiques (qui est revendiquée mais non étoffée dans la fiche technique), vous pouvez "juste voir si la pièce devient chaude et s'arrête", mais vous devez exécuter les chiffres avant de finaliser la conception, en particulier depuis les prototypes ont souvent une meilleure convection naturelle qu'un produit fini.

Exemple simple

Par exemple https://www.fairchildsemi.com/datasheets/lm/LM7805.pdf

1. Calculez la dissipation de puissance dans le LDO. Par exemple, 8 V à 5 V à 100 mA est de 0,3 W (différence de tension multipliée par le courant moyen).

2. Calculez la montée en température de l'air (sans dissipateur thermique): 65 ° C / W * 0,3 W = 20 ° C

3. Regardez la pire température ambiante de fonctionnement: par exemple ~ 40 ° C

4. La température maximale du boîtier sera de 40 ° C + 20 ° C = 60 ° C, ce qui est inférieur à la température de fonctionnement maximale.

Notez que cette augmentation de température est assez faible pour cette très petite chute de tension. C'est pourquoi un dissipateur thermique est généralement recommandé pour les courants plus lourds ou les chutes de tension plus importantes. Je dirais que peut-être 10% des LDO que j'ai vus au total ont un dissipateur thermique.

Mais:

• Le radiateur est un composant supplémentaire et augmente le coût de la nomenclature.
• Il est lourd et doit être monté correctement pour absorber les chocs mécaniques pendant le fonctionnement ou le transport

La puissance dissipée est la chute de tension, c'est-à-dire la tension d'entrée - la tension de sortie * le courant d'entrée.

La fiche technique indiquera la température de jonction maximale, et une résistance thermique au boîtier en ° C / W Ce sera l'augmentation de température par rapport à la température ambiante (donc si vous travaillez sous les tropiques, vous avez une température ambiante plus élevée) si l'appareil est en air libre sans dissipateur thermique

À condition que les calculs donnent une température de jonction inférieure au maximum, vous n'avez pas besoin d'un dissipateur de chaleur

Le temps de fonctionnement n'est généralement pas un problème - à moins que votre application ne fonctionne que pendant quelques secondes, lorsque le décalage thermique entraînera une augmentation plus faible à la jonction.