Spannungsregler mit Kühlkörper wird überhitzt

Zunächst einmal tut es mir leid, wenn ich die falschen Begriffe verwende oder wenn ich auf etwas hinweise, das für die meisten offensichtlich ist, dass dies nicht mein Beruf ist, sondern nur ein Hobby.

Ich habe eine Eingangsspannung von 12V 5A, die für eine Wasserpumpe benötigt wird. Ich versuche, dieselbe Quelle zu verwenden, um einen Raspberry PI Zero W zusammen mit einer Reihe von Sensoren anzutreiben. Um die Spannung auf 5 V zu senken, verwende ich einen Spannungsregler, L78S05CV, den ich herumliegen hatte. Es sollte mir 2A geben können, aber derzeit brauche ich nur etwa 0,27A.

Der Spannungsregler hat einen Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 29 °C/W und der Regler hat einen Wärmewiderstand von der Verbindungsstelle zum Gehäuse von 5 °C/W (Rthj-a von 50 °C/W). Der Regler verbraucht etwa 1,89 W ((12 - 5) * 0,27), was etwa 64 °C ((29 + 5) * 1,89) bedeuten würde. Geht man von einer Lufttemperatur von 25 °C aus, sollte sie am Ende bei etwa 90 °C liegen. Der Regler sollte eine Betriebssperrschichttemperatur von bis zu 150 °C haben. Trotzdem glaube ich, dass der Regler nach einiger Zeit überhitzt, ich sehe einen Spannungsabfall auf etwa 2,5 V.

Ich versuche, die Mathematik hier zu verstehen, um zu sehen, ob ich einen anderen Kühlkörper mit einem besseren Wärmewiderstand brauche oder ob ich einfach nach anderen Alternativen suchen sollte.

Ich habe mehrere andere Antworten auf ähnliche Threads gelesen, aber um ehrlich zu sein, die Antworten liegen etwas außerhalb meiner Liga.

Widerstand? Meinst du Regler? Die ganze Sache mit der Wärmeableitung beruht darauf, dass die Wärme vom Kühlkörper abgeführt wird, sodass angenommen werden kann , dass die lokale Umgebungstemperatur 25 °C beträgt. Wenn dies nicht geschieht, steigt die lokale Umgebung etwas an, dann steigt der Chip etwas an (als Reaktion, wie Sie es erwarten würden), dann steigt die lokale Umgebung etwas mehr an und Sie haben ein Problem.
Schöner Fang, Bearbeitung.
Sofern Sie nicht etwas Lustiges tun, beträgt Ihr Ausgang 5 Volt, also beträgt die Leistung (12-5) / 0,27, was eine Endtemperatur von etwa 114 ergibt.
Dies ist wirklich eine Rolle für einen Schaltregler, keine lineare.
Bitte berücksichtigen Sie auch den Wärmewiderstand Rthj-c der Kapsel.
@winny: Hmm, Rthj-c ist 5 Grad, übersehe ich etwas? Rthj-a beträgt 50 Grad.
Anstelle von 25 ° C sollte Ihre Kühlkörperberechnung eine hohe Temperatur neben dem Kühlkörper zulassen. Ohne Lüfter könnten das 60 bis 85 ° C sein, ohne benachbarte Komponenten zu beschädigen. In einem heißen Raum, selbst MIT Ventilator, sind 25 °C ein optimistischer Wert.
Oh! Daher kam das 29+5. Fortfahren!
@Whit3rd Der angegebene Wärmewiderstand des Kühlkörpers sollte der Widerstand zwischen Komponentengehäuse und Umgebung ohne Lüfter sein, sofern nicht anders angegeben. Die Spezifikation erfordert jedoch normalerweise einen ausreichenden Luftstrom durch Konvektion, sodass sie nicht zutrifft, wenn die Konvektion durch ein winziges Gehäuse oder Komponenten in der Nähe behindert wird. Wenn der Regler in einem Gehäuse arbeitet (selbst in einem großen, das eine interne Konvektion zulässt), ist die Umgebungstemperatur die Temperatur im Inneren des Gehäuses, die tatsächlich viel höher sein kann als die Umgebungstemperatur außerhalb des Gehäuses.
@Ganhammar Haben Sie Wärmeleitpaste oder ein Sil-Pad hinzugefügt, um die Wärme vom Gehäuse zum Kühlkörper zu leiten? Wenn nicht, haben Sie dort möglicherweise einen hohen Wärmewiderstand. Wenn Sie ein Sil-Pad verwenden, sehen Sie sich dessen Wärmewiderstand an. Sie können es höchstwahrscheinlich nicht vernachlässigen.
@WhatRoughBeast, du hast P=U/I geschrieben. Und wie bist du bei 114 gelandet?
@OskarSkog - Der Spannungsabfall beträgt 7 Volt statt 5 oder einen Faktor von 1,4. 1,4 x 64 ist 89,6. Plus 25 ist ungefähr 115. Ich schätze also, ich habe eher 4 als 5 getroffen. Kein signifikanter Fehler angesichts der Grobheit der anderen Näherungen.
@Michael Karcher - Ich habe keine Verbindung oder Sil hinzugefügt, also danke für diesen Tipp! Ich denke auch, dass das, was Sie bezüglich des Luftstroms erwähnen, ein großer Faktor sein könnte! Danke!
Beachten Sie, dass Drop-in-7805-Ersatzschaltregler für nicht viel Geld erhältlich sind. Pin-zu-Pin-kompatibel.
@WhatRoughBeast. Niemand sagte, dass es ein Abfall von 5 V war. Die ursprünglichen Berechnungen scheinen korrekt zu sein.
@KH - Haben Sie ein Beispiel für einen Schaltregler, der den Trick machen würde? Danke!
@Ganhammar Ich denke, die, die ich verwendet habe, sind Murata von digikey. Sie waren ungefähr 3 bis 5 Dollar, und ich habe seitdem ähnliche Nachahmungen von aliexpress zum Leistungstest bestellt.
@KH - Super, danke!

Antworten (2)

Der Linearregler ist nicht die beste Lösung, wenn es einen großen Unterschied zwischen Eingangs- (12 V) und Ausgangsspannung (5 V) gibt. 7V werden in Wärme umgewandelt.

Versuchen Sie, wenn möglich, einen Schaltregler zu verwenden.

Wenn Sie den Linearregler behalten möchten, können Sie einen alten PC-Lüfter im Kühlkörper (z. B. von einer Festplatte oder Grafikkarte) befestigen und Wärmeleitpaste zwischen Regler und Kühlkörper verwenden.

Die Verbesserung ist dramatisch.

Setzen Sie einen Leistungswiderstand zwischen die 12-V-Versorgung und den Eingang des 7805.

Dadurch wird die überschüssige Wattleistung vom 7805 auf den Widerstand übertragen.

Ich habe einen Yageo 5,1 Ω SQP500JB-5R1- Widerstand für einen 12-V-betriebenen 7805 mit einer 300-mA-Last in einem Produkt verwendet, das ich 18 Jahre lang hergestellt habe. Niemals Probleme mit dem Außendienst.

Dies ist ein großartiger Vorschlag, aber ich habe bereits einen Schaltregler und einen größeren Kühlkörper gekauft. Werde wohl am Ende den Schaltregler verwenden.
Der Schaltregler ist der richtige Weg, wenn es um Effizienz geht. Linear ist der richtige Weg, wenn es um Zuverlässigkeit geht. Beim Yageo-Widerstand wird der Kühlkörper nicht benötigt.
Spannungsregler mit Kühlkörper wird überhitzt
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