Как рассчитать потребность в радиаторе? Пояснение к единице К/Вт

Блок питания планирую сделать на LM2596 (вариант с регулируемым напряжением). В даташите прочитал, что КПД при V IN =12V, VOUT = 3V, I LOAD =3A составляет 73%. Это означает, если я не ошибаюсь, что 3 × 3 / 73 × 27 ≈ 3,33 Вт будет потрачено впустую в виде тепла.

Когда теплоотвод рассчитан на 20K/Вт, означает ли это, что на каждый ватт, рассеиваемый в виде тепла, температура радиатора повышается на 20K? Когда радиатор подключен правильно, это значение, которое я должен рассчитать, или температура компонента всегда выше, чем температура радиатора, и я действительно должен рассчитать, например, 22K/W?

Таким образом, в этом примере повышение температуры с 20K/Вт будет 3,33 * 20 = 66,7K, что все еще нормально, поскольку чип может выдерживать до 125°C согласно техническому описанию.

Это верно? Я немного беспокоюсь о том, что мой компонент нагревается до 90 ° C, хотя в техническом описании указано, что все в порядке.

Можете ли вы жить при максимальной температуре окружающей среды + 67 градусов? Звучит жарко для меня. Эти 125 градусов максимум вы можете принять с большой щепоткой соли. Проверьте максимальное рассеивание мощности при 125 градусах, и вы заметите что-то резкое. Также учитывайте тепловое сопротивление интерфейса между радиатором и вашим устройством.
@winny спасибо, тепловое сопротивление интерфейса - часть моего вопроса. Какая будет разумная оценка, когда устройство установлено, например, непосредственно на радиаторе? Из рисунка 1 даташита я понял, что при повышении температуры напряжение меняется не сильно. Но если это все еще плохая идея, учитывая окружающие компоненты или что-то еще, это будет ответом на мой вопрос.
Около 0,5 К/Вт? Я бы также стремился к максимуму 90 градусов C для компонента.
Если я правильно помню, EEVblog на YouTube сделал довольно приличное руководство по расчету радиаторов. Прошел все, от расчета рассеиваемого тепла до выбора радиатора .... Я могу попытаться найти ссылку, если хотите? Или вы можете просто поискать радиатор EEVblog на YouTube!
@MCG спасибо, это было очень полезно. Ссылка для справки: youtube.com/watch?v=8ruFVmxf0zs
Фактическое отработанное тепло можно рассчитать, найдя мощность нагрузки и разделив ее на КПД. Мощность нагрузки составляет 3 x 3,3, или 9,9 Вт. Общая задействованная мощность составляет 9,9 / 0,73, или 13,56 Вт. Отходящее тепло составляет 13,56 - 9,9, или 3,66 Вт. Чтобы выполнить расчет в другом направлении, 0,73 умножить на 13,56 равно 9,9.
@WhatRoughBeast Я пытался сделать тот же расчет, но я рассчитываю мощность нагрузки как 3 x 3 = 9 Вт, поскольку Vout = 3 В, а Iload = 3 А. Я что-то проглядел?
@CamilStaps - Упс. Извини. Вы правы, а я ошибаюсь. Почему-то когда я увидел 3 вольта, я автоматически исправил его на стандартные 3,3. Мои извинения.
@WhatRoughBeast, конечно, нет проблем, намерение приветствуется.

Ответы (2)

Просто для справки, я буду использовать °C/W, потому что я к этому привык.

В паспорте на ваш регулятор под тепловыми характеристиками обычно есть два значения.
р θ Дж А - Соединение с окружающей средой
р θ Дж С - Соединение с корпусом

Если не использовать радиатор, то р θ Дж А это значение, которое вы используете для расчета того, насколько теплым будет регулятор.
При использовании радиатора вы берете р θ Дж С и добавьте это к рейтингу вашего радиатора (в данном случае 20°C/Вт), также не забывая добавить любые другие тепловые сопротивления. Одним из таких примеров является термопрокладка между устройством и радиатором.

Теперь эти 22 ° C / Вт находятся в идеальном мире, где у них есть супер идеальная тепловая связь, поэтому воспринимайте ваш результат как оценку, а не как « Всегда будет 60 ° C».

Когда вы вычисляете температуру, вы правильно думаете, что это будет температура как компонента, так и радиатора. Однако помните, что существует большая разница между корпусом TO-220 и алюминиевым блоком, и потребуется время, чтобы оба предмета достигли одинаковой температуры.

Редактировать: поскольку я вспомнил, что он у меня был под рукой, вот тепловое изображение печатной платы, над которой я работаю. Примерно через 5 минут после включения обратите внимание, что температура самого компонента составляет 43°C и имеет желтый цвет на тепловом изображении, а окружающая большая медная пластина радиатора устройства имеет фиолетовый цвет и приближается к 20°C.

PS - Пожалуйста, не обращайте внимания на горячую добела сверхновую, приближающуюся справа, это табло в стадии разработки.

введите описание изображения здесь

В техническом описании чипа будет указано тепловое сопротивление от «перехода к корпусу», которое для устройства на радиаторе будет тепловым сопротивлением радиатору (или, по крайней мере, со стороны устройства термопрокладки, если она у вас есть. ).

Вы пытаетесь передать тепло от соединения (т.е. полупроводника) к воздуху, который проходит через несколько сопротивлений - соединение с корпусом, корпус с радиатором (т.е. термопрокладка), радиатор с воздухом. Каждый из них будет указан производителем соответствующей детали, и вам нужно сложить их, а затем умножить на мощность, протекающую через это сопротивление.

Раздел 11.3 вашей таблицы данных охватывает «тепловые соображения» и содержит несколько реальных графиков, основанных на реальных радиаторах — вы можете использовать их для проверки своих предположений.

(Я думаю, что ваш радиатор, вероятно, слишком мал, но это только ощущение)