Elija un disipador de calor para el regulador de voltaje

Tengo que disiparme $2W$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 me parece realmente complicado. Así que te pondré aquí todo mi razonamiento.

$R_{thJC}$es 5 C°/Wpara el paquete TO-220 y$R_{thJA}$es 50 C°/W(tabla 3, página 7). Como tendré que disiparlo 2Wtendré sin disipador 100°de calor en el chip. El cuarto está alrededor 21°.$T_{op}$es 0° to 125°tan seguro que definitivamente necesito un disipador de calor. En ese caso, solo se 31°basará en esa fórmula$Max_{ambiant}+ R_{thJC} \times W_{dissipated}$ o 21 + 50 * 2

Pero ahora estoy bloqueado. Por 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:

$Max_{JunctionTemp} >= Max_{AmbientTemp} + (W_{Dissipated} \times (R_{thJC_{C°/W}} + R_{thHeatSink_{C°/W}}))$

Que me dan:

$21 + (2.5 \times (5 + 233) = 595°C$

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

Consulte wikipedia

Las unidades SI de resistencia térmica son kelvins por vatio o los grados equivalentes Celsius por vatio (los dos son los mismos 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 para su cálculo utilizando un disipador térmico 40K / W es:
$21 + (2.5 \times (5 + 40)) = 112.5°C$

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

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

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 (5K / W), agregue 1K / W para el contacto imperfecto entre la carcasa y su disipador de calor, y el disipador de calor al aire (40K / W). El total es 46K / W. Con un flujo de calor de 2 W, esto provocará un gradiente de temperatura de 98 K: la unión será 98 K más caliente que el aire ambiente.

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

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

125 <138, por lo que con una temperatura ambiente de 40 ° C y 2 A, su disipador térmico podría no ser suficiente. (Digo podría porque utilicé las peores figuras de caso. ¡Pero como diseñador, deberías!)

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