เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นของฉันร้อนเร็วมาก

ฉันกำลังใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5 V / 2 A ( L78S05 ) โดยไม่ต้องใช้ฮีทซิงค์ ฉันกำลังทดสอบวงจรด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ (PIC18FXXXX) ไฟ LED บางดวงและออดิโอ 1 mA piezzo แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็น aprox 24 VDC หลังจากทำงานเป็นเวลาหนึ่งนาทีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะเริ่มร้อนเกินไปซึ่งหมายความว่านิ้วของฉันไหม้หากฉันเก็บไว้ที่นั่นนานกว่าหนึ่งวินาที ภายในไม่กี่นาทีมันก็เริ่มมีกลิ่นเหมือนถูกไฟไหม้ นี่เป็นพฤติกรรมปกติสำหรับตัวควบคุมนี้หรือไม่? อะไรจะทำให้มันร้อนขนาดนั้น

ส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ใช้ในวงจรนี้:

L1: ตัวกรอง EMI BNX002-01

R2: วาริสเตอร์

F1: ฟิวส์ 0154004.DR

สรุป: คุณต้องมี HEATSINK ทันที !!!!! :-)
[และการมีตัวต้านทานอนุกรมเช่นกันจะไม่เจ็บ :-)]

คำถามที่ถามกันคำถามของคุณจะถามดี - ดีกว่าปกติ
แผนภาพวงจรและการอ้างอิงได้รับการชื่นชม
ทำให้ง่ายขึ้นมากในการให้คำตอบที่ดีในครั้งแรก
หวังว่านี่จะเป็นหนึ่ง ... :-)

มันทำให้รู้สึก (อนิจจา):พฤติกรรมที่คาดหวังทั้งหมด
คุณใช้งานอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าเกินความร้อนเกินพิกัด
คุณต้องเพิ่มแผ่นระบายความร้อนหากคุณต้องการใช้งานในลักษณะนี้
คุณจะได้รับประโยชน์อย่างมากจากความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น

กำลัง = โวลต์ x กระแส

สำหรับเครื่องปรับความดันเชิงเส้นกำลังทั้งหมด = กำลังไฟในการโหลด + กำลังไฟในเครื่องปรับความดัน

ตัวควบคุม V _{ปล่อย} = V _in - V _{load ที่}
นี่ V ตัวควบคุม_ลดลง = 24-5 = 19V

นี่คือการใช้พลังงานใน = 24V x ผม_โหลด
การใช้พลังงานในการโหลด = 5V x ผม_โหลด
ไฟฟ้าควบคุม = (24V-5V) x ผมโหลด

สำหรับกระแสโหลด 100 mA ตัวควบคุมจะกระจาย
V _หล่น x I _โหลด (24-5) x 0.1 A = 19 x 0.1 = 1.9 วัตต์

ร้อนแรงแค่ไหน:หน้า 2 ของแผ่นข้อมูลบอกว่าความต้านทานความร้อนจากจุดแยกไปยังรอบข้าง (= อากาศ) คือ 50 องศาเซลเซียสต่อวัตต์ ซึ่งหมายความว่าสำหรับทุกวัตต์คุณจะกระจายเพิ่มขึ้น 50 องศาเซลเซียส ที่ 100 mA คุณจะมีการกระจายประมาณ 2 วัตต์หรือเพิ่มขึ้นประมาณ 2 x 50 = 100C น้ำจะเดือดอย่างมีความสุขบน IC

คนที่ร้อนแรงที่สุดส่วนใหญ่สามารถถือในระยะยาวคือ 55C ของคุณร้อนกว่านั้น คุณไม่ได้พูดถึงน้ำเดือด (นิ้วเปียกแฉะทดสอบ) สมมติว่าคุณมีอุณหภูมิเคส ~~ 80C สมมติว่าอุณหภูมิอากาศ 20C (เพราะมันง่าย - สองสามองศาจะทำให้เกิดความแตกต่างเล็กน้อย

T _Rise = T ตัว_{พิมพ์เล็ก} -T _ambient = 80-20 = 60 ° C การกระจาย = T _Rise / R _th = 60/50 ~ = 1.2 วัตต์

ที่ 19v ลดลง 1.2 W = 1.2 / 19 A = 0.0632 A หรือประมาณ 60 mA

เช่นถ้าคุณวาดภาพประมาณ 50 mA คุณจะได้รับอุณหภูมิเคส 70 ° C - 80 ° C

คุณจำเป็นต้องมีฮีทซิงค์

แก้ไข:แผ่นข้อมูลหน้า 2 บอกว่า R _thj-case = ความต้านทานความร้อนจากจุดต่อไปยังกรณีคือ 5C / W = 10% ของจุดเชื่อมต่อสู่อากาศ

หากคุณใช้ฮีทซิงค์ 10 C / W ดังนั้นทั้งหมด R _thจะเป็น R _{_jc} + R _{c_amb} (เพิ่มทางแยกให้กับกรณีสู่อากาศ)
= 5 + 10 = 15 ° C / วัตต์
สำหรับ 50 mA คุณจะได้รับ 0.050A x 19V = 0.95W หรือเพิ่มขึ้น 15 ° C / วัตต์ x 0.95 ~ = เพิ่มขึ้น 14 ° C

แม้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 20 ° C และรอบ 25V คุณจะได้รับอุณหภูมิฮีทซิงค์ 20 + 25 = 45 ° C
ฮีทซิงค์จะร้อน แต่คุณจะสามารถรักษาได้โดยไม่เจ็บปวด (มากเกินไป)

เอาชนะความร้อน:

ดังกล่าวข้างต้นการกระจายความร้อนในตัวควบคุมเชิงเส้นในสถานการณ์นี้คือ 1.9 วัตต์ต่อ 100 mA หรือ 19 วัตต์ที่ 1A นั่นเป็นความร้อนมาก ที่ 1A เพื่อรักษาอุณหภูมิภายใต้อุณหภูมิของน้ำเดือด (100 ° C) เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเท่ากับ 25C คุณจะต้องมีความต้านทานความร้อนโดยรวมไม่เกิน (100 ° C-25 ° C) / 19 วัตต์ = 3.9 C / ดับบลิว เนื่องจากทางแยกไปยังเคส Rthjc นั้นมีค่ามากกว่า 3.9 ที่ 5 C / W คุณจะไม่สามารถแยกได้ต่ำกว่า 100 ° C ในสภาพเหล่านี้ ทางแยกกับเคสอย่างเดียวที่ 19V และ 1A จะเพิ่ม 19V x 1A x 5 C / W = เพิ่มขึ้น 95 ° C ในขณะที่ IC ถูกจัดอันดับให้อุณหภูมิสูงถึง 150 ° C นี่ไม่ดีต่อความน่าเชื่อถือและควรหลีกเลี่ยงหากเป็นไปได้ เช่นเดียวกับการออกกำลังกายเพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำกว่า 150 ° C ในกรณีข้างต้นฮีทซิงค์ภายนอกจะต้อง (150-95) C / 19W = 2.9 C / W ที่' ทำได้ แต่เป็นฮีทซิงค์ที่ใหญ่กว่าที่คุณคาดหวังไว้ อีกทางเลือกหนึ่งคือการลดพลังงานที่กระจายและทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น

วิธีการลดการกระจายความร้อนในเครื่องควบคุมคือ:

(1) ใช้ตัวควบคุมการสลับเช่น NatSemi simple switchers series ตัวควบคุมการสลับประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพเพียง 70% จะช่วยลดการกระจายความร้อนได้อย่างมากเนื่องจากมีเพียง 2 วัตต์เท่านั้นที่กระจายไปในตัวควบคุม!
ie พลังงานใน = 7.1 วัตต์ พลังงานออก = 70% = 5 วัตต์ ปัจจุบันที่ 5 วัตต์ที่ 5V = 1A

อีกตัวเลือกหนึ่งคือการดร็อปดาวน์แบบ premade สำหรับคอนโทรลเลอร์แบบ 3 ขั้ว ภาพและเชื่อมโยงต่อไปนี้มาจากส่วนหนึ่งเรียกว่าในความคิดเห็นโดยเจ Kominek OKI-78SR 1.5A, 5V ลดลงในการเปลี่ยนทดแทนควบคุมสำหรับ LM7805 7V - 36V ใน

ที่ 36 โวลต์เข้า 5V ออกประสิทธิภาพ 1.5A คือ 80% ในฐานะที่เป็น Pout = 5V x 1.5A = 7.5W = 80% กำลังงานที่กระจายในตัวควบคุมคือ 20% / 80% x 7.5W = 1.9 วัตต์ ทนได้มาก ไม่ต้องใช้ฮีทซิงค์และสามารถจ่าย 1.5A ออกที่ 85 องศาเซลเซียส [[เออร์ราต้า: เพิ่งสังเกตเห็นว่าเส้นโค้งด้านล่างอยู่ที่ 3.3V ส่วน 5V จัดการ 85% ที่ 1.5A ดังนั้นดีกว่าด้านบน]]

(2) ลดแรงดันไฟฟ้า

(3) ลดกระแส

(4) กระจายพลังงานภายนอกเพื่อควบคุม

ตัวเลือก 1 เป็นเทคนิคที่ดีที่สุด หากไม่เป็นที่ยอมรับและหาก 2 และ 3 ได้รับการแก้ไขจำเป็นต้องใช้ตัวเลือก 4

ระบบการกระจายภายนอกที่ง่ายที่สุดและ (อาจดีที่สุด) คือตัวต้านทาน ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าซีรีย์ซึ่งลดลงจาก 24V ไปเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ตัวควบคุมจะยอมรับที่กระแสสูงสุดจะทำงานได้ดี โปรดทราบว่าคุณจะต้องการตัวเก็บประจุตัวกรองที่อินพุตไปยังตัวควบคุมเนื่องจากความต้านทานทำให้อุปทานความต้านทานสูง พูดเกี่ยวกับ 0.33uF จะไม่เจ็บอีก เซรามิก 1 ยูเอฟควรทำ แม้แต่หมวกขนาดใหญ่เช่น 10 uF ถึง 100 uF electrolytic อะลูมิเนียมก็น่าจะดี

สมมติว่า Vin = 24 V. Vregulator ใน min = 8V (headroom / dropout) ตรวจสอบ data sheet reg ที่เลือกไว้บอกว่า 8V ที่ <1A) Iin = 1 A

ต้องปล่อยที่ 1A = 24 - 8 = 16V กล่าวว่า 15V เป็น "ปลอดภัย"
R = V / I = 15/1 = 15 โอห์ม กำลัง = ฉัน² * R = 1 x 15 = 15 วัตต์
ตัวต้านทาน 20 วัตต์จะเป็นระยะขอบ
ตัวต้านทาน 25W + จะดีกว่า

นี่เป็นตัวต้านทาน 25W 15R ราคาที่ $ 3.30 / 1 ในนำหุ้นฟรีกับแผ่นข้อมูลที่นี่ โปรดทราบว่านี่ยังต้องใช้ชุดระบายความร้อน !!! คุณสามารถซื้อตัวต้านทานที่รับการจัดอันดับอากาศฟรีได้สูงสุด 100 Watts สิ่งที่คุณใช้เป็นตัวเลือกของคุณ แต่มันจะทำงานได้ดี โปรดทราบว่ามันได้รับการจัดอันดับในเชิงพาณิชย์ 25 วัตต์หรือทหาร 20 วัตต์ดังนั้นที่ 15W มันคือ "ทำได้ดี" อีกตัวเลือกหนึ่งเป็นระยะเวลาที่เหมาะสมในการจัดอันดับอย่างถูกต้องลวดต้านทานการติดตั้งอย่างเหมาะสม ราคาต่อรองเป็นผู้ผลิตตัวต้านทานทำสิ่งนี้ได้ดีกว่าที่คุณทำ

ด้วยการจัดเรียงนี้:
พลังงานทั้งหมด = 24W
ต้านทานของตัวต้านทาน = 15 วัตต์
กำลังไฟโหลด = 5 วัตต์
พลังงานแรงดันไฟฟ้า = 3 วัตต์

ทางแยกเพิ่มขึ้นจะเป็น 5 C / W x 3 = 15 ° C กรณีข้างต้น คุณจะต้องให้ฮีทซิงค์เพื่อให้ตัวควบคุมและฮีทซิงค์มีความสุข แต่นั่นคือตอนนี้ "เป็นเพียงเรื่องของวิศวกรรม"

ตัวอย่างฮีทซิงค์:

21 องศา C (หรือ K) ต่อวัตต์

7.8 C / W

Digikey - ตัวอย่างฮีทซิงค์จำนวนมากรวมถึงฮีทซิงค์ 5.3 C / W นี้

2.5 C / W

0.48 C / W !!!
กว้าง 119 มม. x ยาว 300 มม. x สูง 65 มม.
ความยาว 1 ฟุต x 4.7 "กว้าง x 2.6"

บทความที่ดีเกี่ยวกับการเลือกฮีทซิงค์

การพาความร้อนบังคับให้ทนความร้อน

การลดการกระจายเชิงเส้นควบคุมด้วยตัวต้านทานอินพุตซีรีย์:

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นการใช้ตัวต้านทานแบบอนุกรมเพื่อปล่อยแรงดันไฟฟ้าก่อนที่จะมีตัวควบคุมเชิงเส้นสามารถลดการกระจายตัวของตัวควบคุมได้อย่างมาก ในขณะที่การระบายความร้อนด้วยเครื่องควบคุมมักจะต้องใช้ฮีทซิงค์ แต่ตัวต้านทานความเย็นอากาศสามารถหาได้ในราคาถูกซึ่งสามารถกระจาย 10 วัตต์ขึ้นไปโดยไม่ต้องใช้ฮีทซิงค์ ไม่ใช่ความคิดที่ดีที่จะแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าสูงในลักษณะนี้ แต่สามารถมีที่ได้

ในตัวอย่างด้านล่าง LM317 5V เอาท์พุท 1A จ่ายดำเนินการจาก 12V การเพิ่มตัวต้านทานสามารถลดการกระจายพลังงานลงครึ่งหนึ่งใน LM317 ภายใต้เงื่อนไขกรณีที่เลวร้ายที่สุดโดยการเพิ่มตัวต้านทานอินพุตแบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบสายลวดราคาถูก

LM317 ต้องการ headroom 2 ถึง 2.5V ที่กระแสต่ำหรือพูด 2.75V ภายใต้สภาวะโหลดและอุณหภูมิที่รุนแรง (ดูรูปที่ 3 ในแผ่นข้อมูล - คัดลอกด้านล่าง)

LM317 headroom หรือแรงดันตกคร่อม

รินต้องมีขนาดเช่นกันซึ่งจะไม่ลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไปเมื่อ V_12V มีค่าน้อยที่สุด Vdropout เป็นกรณีที่เลวร้ายที่สุดสำหรับเงื่อนไขและอนุญาตให้ปล่อยไดโอดอนุกรมและแรงดันเอาท์พุท

แรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะต้องน้อยกว่า =

• ขั้นต่ำ Vin

• Vdiode สูงสุดที่น้อยลง

• น้อยกว่ากรณีออกกลางคันที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์

• แรงดันขาออกน้อยลง

ดังนั้น Rin <= (v_12 - Vd - 2.75 - 5) / Imax

สำหรับ 12V Vin ขั้นต่ำและพูดว่า 0.8V diode drop และพูด 1 amp out นั่นคือ
(12-0.8-2.75-5) / 1
= 3.45 / 1
= 3R45
= พูด 3R3

กำลังไฟใน R = I ^ 2R = 3.3W ดังนั้นชิ้นส่วน 5W จะเป็นที่ยอมรับได้เล็กน้อยและ 10W จะดีกว่า

การกระจายใน LM317 ลดลงจาก> 6 วัตต์เป็น <3 วัตต์

ตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของตัวต้านทานแบบสายนำที่ติดตั้ง aircooled ที่เหมาะสมจะเป็นสมาชิกของตัวต้านทานแบบลวดพันของYageo ที่ระบุไว้อย่างดีโดยสมาชิกที่ได้รับการจัดอันดับจาก 2W ถึง 40W ระบายความร้อนด้วยอากาศ หน่วยวัตต์ 10 มีในสต็อกที่ Digikey ที่ $ US0.63 / 1

การจัดอันดับอุณหภูมิโดยรอบของตัวต้านทานและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ:

ยินดีที่ได้มีกราฟสองตัวนี้จากแผ่นข้อมูลด้านบนซึ่งทำให้สามารถประเมินผลลัพธ์ได้ในโลกแห่งความเป็นจริง

กราฟมือซ้ายแสดงให้เห็นว่าตัวต้านทาน 10 วัตต์ทำงานที่ 3W3 = 33% ของอัตราวัตต์นั้นมีอุณหภูมิแวดล้อมที่อนุญาตสูงสุด 150 C (จริง ๆ แล้วประมาณ 180C ถ้าคุณวางแผนจุดปฏิบัติการในกราฟ แต่ผู้ผลิตบอกว่า 150 C max คือ ได้รับอนุญาต

กราฟที่สองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับตัวต้านทาน 10W ที่ทำงานที่ 3W3 นั้นจะอยู่ที่ประมาณ 100 องศาเซลเซียสโดยรอบ ตัวต้านทาน 5W จากตระกูลเดียวกันนั้นจะทำงานที่อัตรา 66% และมีอุณหภูมิสูงขึ้น 140 องศาเซลเซียสโดยรอบ (40W จะเพิ่มขึ้นประมาณ 75C แต่ 2 x 10W = ต่ำกว่า 50C และ 10 x 2W เพียงประมาณ 25C !!!

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ลดลงพร้อมกับจำนวนตัวต้านทานที่เพิ่มขึ้นด้วยคะแนนวัตต์รวมที่เท่ากันในแต่ละกรณีน่าจะเกี่ยวข้องกับการกระทำ "Square cubed law" เนื่องจากพื้นที่ผิวทำความเย็นน้อยลงต่อปริมาตรที่เพิ่มขึ้น

http://www.yageo.com/documents/recent/Leaded-R_SQP-NSP_2011.pdf

________________________________________

เพิ่มสิงหาคม 2015 - กรณีศึกษา:

มีคนถามคำถามที่สมเหตุสมผล:

คำอธิบายที่เป็นไปได้มากกว่านี้คือโหลด capacitive ที่ค่อนข้างสูง (220 µF) หรือไม่ เช่นทำให้ตัวควบคุมไม่เสถียรความผันผวนทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากกระจายไปในตัวควบคุม ในแผ่นข้อมูลวงจรทั้งหมดสำหรับการทำงานปกติมีเพียงตัวเก็บประจุ 100 nF ในเอาต์พุต

ฉันตอบในความคิดเห็น แต่พวกเขาอาจถูกลบในหลักสูตรเนื่องจากและนี่คือการเพิ่มที่คุ้มค่ากับเรื่องดังนั้นนี่คือความคิดเห็นแก้ไขในคำตอบ

ในบางกรณีการสั่นและความไม่แน่นอนของตัวควบคุมเป็นปัญหาอย่างแน่นอน แต่ในกรณีนี้และอีกมากมายชอบมันเหตุผลที่เป็นไปได้มากที่สุดคือการกระจายตัวมากเกินไป

ตระกูล 78xxx นั้นเก่ามากและลงวันที่ก่อนวันจริงทั้งตัวควบคุมการออกกลางคันต่ำอันทันสมัยและตัวขับเคลื่อนซีรีย์ (สไตล์ LM317) ตระกูล 78xxx นั้นมีความเสถียรแบบไม่มีเงื่อนไขเมื่อเทียบกับ Cout ในความเป็นจริงพวกเขาไม่ต้องการการดำเนินงานที่เหมาะสมและ 0.1uF ที่มักจะแสดงคือการให้อ่างเก็บน้ำเพื่อให้การจัดการเพิ่มขึ้นหรือขัดขวาง
ในบางแผ่นข้อมูลที่เกี่ยวข้องพวกเขาบอกว่าจริง ๆ แล้วความสามารถ "เพิ่มขึ้นโดยไม่มีข้อ จำกัด " แต่ฉันไม่เห็นข้อความที่นี่ - แต่ (อย่างที่ฉันคาดหวัง) แต่ก็ไม่มีโน้ตที่บ่งบอกถึงความไม่มั่นคงสูงสูง ในรูปที่ 33 ในหน้า 31 ของแผ่นข้อมูลพวกเขาแสดงการใช้ไดโอดย้อนกลับเพื่อ "ป้องกัน" โหลดความจุสูง "- เช่นตัวเก็บประจุที่มีพลังงานสูงพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายหากปล่อยลงสู่เอาต์พุต - เช่นมากกว่า 0.1 uF .

การกระจาย:ที่ 24 Vin และ 5 Vout เครื่องควบคุมจะกระจาย 19 mW ต่อ mA Rthja คือ 50C / W สำหรับแพ็คเกจ TO220 ดังนั้นคุณจะได้รับกระแสเพิ่มขึ้นประมาณ 1C ต่อ mA ของกระแส
ดังนั้นด้วยการบอกว่า 1 วัตต์กระจายในอากาศรอบ ๆ 20C กรณีจะอยู่ที่ประมาณ 65 องศาเซลเซียส (และอาจมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับว่าตัวเรือนนั้นอยู่ในตำแหน่งใดและมุ่งเน้นอย่างไร) 65C ค่อนข้างสูงกว่าขีด จำกัด ล่างของอุณหภูมิ "เผานิ้วของฉัน"
ที่ 19 mW / mA จะใช้ 50 mA เพื่อกระจาย 1 วัตต์ ไม่ทราบค่าโหลดจริงในตัวอย่างที่ระบุ - เขาแสดง LED แสดงสถานะที่ประมาณ 8 หรือ 9 mA (ถ้าเป็นสีแดง) บวกภาระของตัวควบคุมกระแสไฟฟ้าภายในที่ใช้ (ต่ำกว่า 10 mA) + "PIC18FXXXX" ซึ่งเป็น LED สองสามดวง ... "ทั้งหมดนั้นสามารถเข้าถึงหรือเกิน 50 mA ขึ้นอยู่กับวงจร PIC หรืออาจน้อยกว่านี้มาก |

โดยรวมแล้วตระกูลเครื่องปรับ, แรงดันต่าง, ความไม่แน่นอนในการระบายความร้อน, ความไม่แน่นอนของแทมบอเร, ตัวเลขทั่วไปของ C / W และอื่น ๆ ดูเหมือนว่าการกระจายที่แท้จริงเป็นเหตุผลที่สมเหตุสมผลสำหรับสิ่งที่เขาเห็นในกรณีนี้ กรณีที่คล้ายกัน มีโอกาสที่จะเกิดความไม่แน่นอนด้วยเหตุผลที่ชัดเจนน้อยกว่าและไม่ควรถูกปฏิเสธโดยไม่มีเหตุผลที่ดี แต่ฉันเริ่มจากการแยกตัว

ในกรณีนี้ตัวต้านทานอินพุตซีรีย์ (บอกว่ากำลังไฟ 5W ที่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศ) จะย้ายการกระจายส่วนใหญ่ไปเป็นส่วนประกอบที่เหมาะสมกว่าในการจัดการกับมัน
และ / หรือฮีทซิงค์เล็ก ๆ ควรทำงานอย่างมหัศจรรย์

พลังงานเหือดหายในการควบคุมแรงดันข้ามมันปัจจุบันผ่านมัน แรงดันไฟฟ้าข้ามคือ 24V - 5V = 19V ปัจจุบัน (คาดเดา): 10mA (กระแสกราวด์สำหรับ 78S05) + 60mA (ไฟ LED ไม่กี่) + 10mA ( C + buzzer) = 80mA แล้วก็$\times$$\mu$

$P = 19V \times 80mA = 1.5W$

ซึ่งมากสำหรับแพ็คเกจใด ๆ และนั่นเป็นขั้นต่ำคุณอาจใช้มากกว่านั้น ฉันคิดว่าคุณใช้รุ่น TO-220 ซึ่งมี ( ความต้านทานความร้อน ) ที่ 50 ° C / W ซึ่งหมายความว่าสำหรับทุกวัตต์คุณกำลังกระจายจุดเชื่อมต่อ (จุดร้อนในอิเล็คทรอนิคส์) จะร้อน 50 ° C กว่าอากาศ (ฟรีไหล) รอบ ๆ หีบห่อ อุณหภูมิแม่พิมพ์ได้รับอนุญาตให้สูงถึง 150 ° C แต่นั่นคือการให้คะแนนสูงสุดแน่นอนดังนั้นเราจะเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 130 ° C เพื่อความปลอดภัย แล้วก็ $R_{THJ-AMB}$

$T_{J} = T_{AMB} + 1.5W \times 50°C/W = 30°C + 75°C = 105°C$

นี่คืออุณหภูมิจุดแยก แต่แพ็คเกจมีความร้อนน้อยลงเล็กน้อย ( = 5 ° C / W) เห็นได้ชัดว่านี่ร้อนเกินไปที่จะสัมผัส กฎของหัวแม่มือ (ไม่มีการเล่นสำนวนเจตนา) คือประมาณ 60 ° C มันร้อนเกินไปที่จะสัมผัส $R_{THJ-CASE}$

นั่นอธิบายได้ ในทางทฤษฎีค่ายังคงปลอดภัยคุณอาจมีการกระจายอีกเล็กน้อยค่าของเราค่อนข้างอนุรักษ์นิยมดังนั้นที่อาจอธิบายกลิ่นไหม้ $-$$-$

สิ่งที่สามารถทำได้เกี่ยวกับมัน?

ใช้ตัวสลับ (SMPS) นี่คือทางออกที่ดีที่สุด สวิตช์มีประสิทธิภาพสูงสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอาจสูงกว่า 85% ดังนั้นการกระจายจะลดลงมาก สำหรับการโหลดแบบคาดเดาจะน้อยกว่า 100mW สวิตช์ของวันนี้ใช้งานง่าย แต่ต้องการความสนใจเมื่อเลือกส่วนประกอบและโครงร่าง PCB สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพโครงร่างของบอร์ดก็มีความสำคัญต่อรังสีเช่นกัน นี่เป็นโมดูลที่สร้างเสร็จ Jay และรัสเซลที่อ้างถึง แต่ที่นี่เมื่อเทียบกับขนาดของ TO-220:

โมดูลนี้มีให้ในราคา USD 10 ดังนั้นจึงอาจไม่คุ้มค่าที่จะแสดงความเป็นตัวคุณ

วิธีแก้ปัญหาอื่น ๆ : ใช้แผ่นระบายความร้อนไม่ใช่คลิปหนีบกระดาษขนาดเล็กที่มีแผ่นระบายความร้อนที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่ามีหน้าสัมผัสความร้อนที่เหมาะสม อันนี้มีความต้านทานความร้อน 3.1 ° C / W (ลดลงจาก 50 ° C / W!) และสามารถกระจาย 9W ที่ 60 ° C อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

วิธีการแก้ปัญหาที่ 3: การใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำ อาจไม่ใช่ตัวเลือก

โซลูชันที่ 4: กระจายการกระจายไปยังส่วนประกอบต่าง ๆ คุณสามารถเรียงซ้อนตัวควบคุมเช่นใช้ LM7815 ระหว่าง 24V และ L78S05 จากนั้นความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า 19V จะกลายเป็น 9V สำหรับ 7815 และ 10V สำหรับ 78S05 ดังนั้นจะกระจายครึ่งหนึ่งต่ออุปกรณ์ ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมคือคุณจะได้รับการควบคุมสายที่ดีขึ้นมากหากเป็นสิ่งสำคัญ

หมายเหตุสุดท้าย: เครื่องควบคุมของคุณเป็นรุ่นพิเศษที่มีความสามารถ 2A ในขณะที่ 7805 ปกติสามารถส่งมอบ 1A หากคุณวางแผนที่จะใช้ 2A เต็มรูปแบบฉันจะพิจารณาตัวสลับอย่างจริงจัง

แก้ไข
รัสเซลชี้ไปที่ชุดตัวต้านทานในคำตอบของเขาและมันก็เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมเช่นกันแม้ว่าฉันจะไม่ชอบก็ตาม ฉันจะอธิบายในข้อสรุปของฉันด้านล่างทำไมไม่
ฉันต้องการเพิ่มบางอย่างเกี่ยวกับการกระจายตัวของโซลูชันนี้โดยเริ่มจากตัวต้านทาน 15ของ Russell$\Omega$

P = V I, และเมื่อมีกระแสน้อยที่ปัจจัยในสมการจะรักษากำลังงานที่ลดลงในเครื่องปรับลมต่ำ แต่เมื่อกระแสสูงแรงดันตกคร่อมของตัวต้านทานจะสูง ควบคุมยังให้การกระจายต่ำ ระหว่างสองคนนั้นการสลายตัวจะสูงขึ้น $\times$

สามารถพิสูจน์ได้ว่าการกระจายตัวในเครื่องควบคุมมีค่ามากที่สุดเมื่อเท่ากับการกระจายในตัวต้านทานดังนั้น

$I^2 \times 15\Omega = (24V - V_R - 5V) \times I$

หรือ

$I \times 15\Omega = 19V - I \times 15\Omega$

ดังนั้น

$I = 0.633A$

ซึ่งเห็นด้วยกับสิ่งที่เราเห็นในกราฟ การสลายตัวทั้งในตัวต้านทานและตัวควบคุมคือ

$P = I^2 \times R = 0.633A^2 \times 15\Omega = 6W!$

สรุป: แม้จะมีตัวต้านทานแบบอนุกรมการกระจายพลังงานในเครื่องปรับอาจสูงและเราเห็นว่ามันสูงกว่า 0.63A มากกว่า 1A! สิ่งสำคัญคือการเลือกค่าของตัวต้านทานในการทำงานของข้อกำหนดปัจจุบันที่คาดไว้
การกระจายพลังงานจะเท่ากันทั้งในอุปกรณ์และเป็นอิสระจากกระแสเมื่อคุณใช้ตัวควบคุมที่สองแทนตัวต้านทาน นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันไม่ชอบโซลูชั่นตัวต้านทาน

แรงดันไฟฟ้าตกและไม่มีแผ่นระบายความร้อนทำให้เกิดการกระจายอย่างมีนัยสำคัญ แผ่นข้อมูลระบุความต้านทานความร้อนของ 50C / W Tja โดยไม่ต้องฮีทซิงค์

ตัวอย่างคร่าวๆ - สมมติว่าคุณใช้ 100mA: (24-5) * 0.1 = 1.9W

1.9 * 50 = ~ 95 องศาสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบดังนั้นอุณหภูมิโดยรวมจะอยู่ที่ประมาณ 115 องศาเซลเซียส

คุณสามารถปรับปรุงสิ่งต่าง ๆ โดยการเพิ่มฮีทซิงค์ลดแรงดันไฟฟ้าอินพุตหรือลดกระแสในวงจรของคุณ หรือคุณสามารถใช้ตัวควบคุมการเปลี่ยน สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการควบคุมเชิงเส้นและการพิจารณาทางความร้อนดูที่นี่: คู่มือนักออกแบบดิจิทัลเกี่ยวกับเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและการจัดการระบายความร้อน

นี่เป็นพฤติกรรมปกติสำหรับตัวควบคุมนี้หรือไม่?

ใช่.

อะไรจะทำให้มันร้อนขนาดนั้น

ความร้อนเกิดจากแรงดันตกคร่อมตัวควบคุมและกระแสที่ไหลผ่าน กำลังงานสูญเสีย Pd = (24V-5V) * Iout

ประสิทธิภาพของเครื่องปรับลมคือ Vout / Vin = 5/24 = 0.21 หรือ 21% กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับทุก 1 วัตต์ของเอาต์พุตคุณต้องการอินพุต 5 วัตต์และความแตกต่างนั้นจะกระจายไปในเครื่องปรับ

การลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะช่วยในเรื่องนี้

ตัวควบคุมเชิงเส้นเป็นวิธี "ที่รวดเร็วและสกปรก" ที่จะทำ ใช้งานได้และราคาถูกและมีประสิทธิภาพ พวกเขาทำงานโดยการทิ้งพลังงานส่วนเกินเป็นความร้อนไม่มีการแปลงที่ใช้งานที่นี่ การได้รับ 5v จาก 24v นั้นเป็นการลดลงครั้งใหญ่ไม่น่าแปลกใจเลยที่มันจะทำให้คุณไหม้ แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดของฉันคือการเปลี่ยนไปใช้โวลต์ที่ต่ำกว่าพูด 12v หรือดีกว่า 9v เพื่อลดการสูญเสีย (เฮ็คฉันจะถูกบังคับให้ใช้เพียง 5v และทิ้งการควบคุมทั้งหมด) สิ่งอื่น ๆ ตามที่คนอื่นแนะนำคือ: เพิ่มแผงระบายความร้อน, การต้านทานแบบอนุกรมหรือเปลี่ยนเป็นตัวควบคุมการสลับ (ทำงาน)

นี่เป็นการสนทนาที่ยอดเยี่ยม ฉันคิดว่ามันอาจจะมีประโยชน์ที่จะมี "เครื่องมือทดสอบ" แบบจำลองออนไลน์ที่ง่ายและฟรีซึ่งช่วยให้คุณป้อนพารามิเตอร์แผ่นข้อมูลสำหรับตัวควบคุมเชิงเส้นเฉพาะของคุณและมันจะบอกคุณถึงสถานะคงที่และอุณหภูมิการทำงานชั่วคราว พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึงแรงดันเอาท์พุทลักษณะความร้อน (เช่น rthj_case) รวมทั้งโหลดเงื่อนไขแรงดันไฟฟ้าอินพุต

นี่คือลิงค์ไปยัง "เครื่องมือวัดอุณหภูมิตัวควบคุมเชิงเส้น " คุณเพียงแค่ต้องคัดลอกการออกแบบจากนั้นทำการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เพื่อให้พอดีกับอุปกรณ์และวงจรของคุณ