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關於熱設計-以LDO 7805為例

一、7805設計事例 
設I=350mA,Vin=12V,則耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照TO-220封裝的熱阻θJA=54℃/W,溫升是132℃,設室溫25℃,那麼將會達到7805的熱保護點150℃,7805會斷開輸出。 二、正確的設計方法是: 
首先確定最高的環境溫度,比如60℃,查出民品7805的最高結溫Tj(max)=125℃,那麼允許的溫升是65℃。要求的熱阻是65℃/2.45W=26℃/W。再查7805的熱阻,TO-220封裝的熱阻θJA=54℃/W,TO-3封裝(也就是大家說的“鐵殼”)的熱阻θJA=39℃/W,均高於要求值,都不能使用(雖然達不到熱保護點,但是超指標使用還是不對的),所以不論那種封裝都必須加散熱片。資料裡講到加散熱片的時候,應該加上4℃/W的殼到散熱片的熱阻。 
    計算散熱片應該具有的熱阻也很簡單,與電阻的並聯一樣,即54//x=26,x=50℃/W。其實這個值非常大,只要是個散熱片即可滿足。 三、散熱片尺寸設計 
散熱片計算很麻煩的,而且是半經驗性的,或說是人家的實測結果。 基本的計算方法是: 
   1.最大總熱阻θja = ( 器件芯的最高允許溫度TJ - 最高環境溫度 TA ) / 最大耗散功率 
其中,對矽半導體,TJ可高到125℃,但一般不應取那麼高,溫度太高會降低可靠性和壽命 
最高環境溫度TA 是使用中機箱內的溫度,比氣溫會高。 最大耗散功率見器件手冊。 
2.總熱阻θja=芯到殼的熱阻θjc +殼到散熱片的 θcs + 散熱片到環境的 θsa 
其中,θjc在大功率器件的DateSheet中都有,例如 3---5 
θcs 對TO220封裝,用2左右,對TO3封裝,用3左右,加導熱矽脂後,該值會小一點,加雲母絕緣後,該值會大一點。  
散熱片到環境的熱阻 θsa 跟散熱片的材料、表面積、厚度都有關係,作為


參考,給出一組資料例子。 
    a.對於厚2mm的鋁板,表面積(平方釐米)和熱阻(℃/W)的對應關係是: 

序號 表面積(平方釐米) 熱阻(℃/W) 

  1      500                              2.0 

  2      250                             2.9

  3      100                              4 

  4        50                             5.2 

5          25                             6.5 

中間的資料可以估計了。 
b.對於TO220,不加散熱片時,熱阻θsa約60--70 ℃/W。可以看出,當表面積夠大到一定程度後,一味的增大表面積,作用已經不大了。據稱,厚度從2 mm 加到 4 mm後,熱阻只降到 0.9倍,而不是0.5倍。可見一味的加厚作用不大。表面黑化,θsa會小一點, 
    注意,表面積是指的鋁板二面的面積之和,但緊貼電路板的面積不應該計入。對於型材做的散熱片,按表面積算出的θsa應該打點折扣……     說到底,散熱片的計算沒有很嚴格的方法,也不必要嚴格計算。實際中,是按理論做個估算,然後滿功率試試看,試驗時間足夠長後,根據器件表面溫度,再對散熱片做必要的更改。  
    國產散熱器廠家其實就是把鋁型材做出來,然後把表面弄黑。熱阻這種最基本的引數他們恐怕從來就沒有聽說過。 如果只考慮散熱功率晶片的輸入輸出電壓差X電流是晶片的功耗,這就是散熱片的散熱功率。