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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wärmeverluste an Spannungsregler


Autor: Ben (Gast)
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Hi,

es soll eine 10 V Spannung erzeugt werden.
Dafür habe ich mir den LDO Spannungsregler (Vin_max=26V, V_out var 
5-20V, Iout=1A) LM2941 (http://www.national.com/ds/LM/LM2941.pdf) 
ausgesucht.

Laut Datenblatt ist die maximale Leistung
P_D = 150°-Umgebungstemperatur / theta_JA

ohne Kupferfläche : theta_JA 73° C / W
mit >=1.6 inch² Kupferfläche kann man theta_JA = 32° C / W erreichen

bei 25° T_A liegt die maximale Leistung bis zum thermischen Abschalten 
also bei 1,7 W bis 3,9 W

Bei 12 V Eingangssspannung würden schon 2 W Verlustwärme den Regler ohne 
Kupferfläche in den thermal shutdown bringen...

Bei 24V Eingangsspannung würden dann 14 Watt abfallen?!

Wäre es sinnvoll an Widerständen einen Teil der Spannung vor dem Regler 
abfallen zu lassen oder ist für so eine Anwendung ein Schaltregler ein 
Muss? Bzw. welche anderen Möglichkeiten gäbe es ein SMD-Kühler wird auch 
nicht ausreichend sein, nehme ich an....

Vielen Dank schon mal für Tipps und Anregungen
Ben

Autor: MaWin (Gast)
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TO220 Gehäusevariante wählen ?

Der Vorwiderstand macht die Spannungsquelle noch weicher. Das kann gut 
gehen, d.h. in allen Betriebslagen übernimmt der Widerstand 
Verlustleistung ohne den Regler einzuschränken, aber man muss das genau 
durchrechnen. Bei unstabilisierten 24V (also aus Netztrafo, 
Gleichrichter, Siebelko stammenden) seh ich da eher schwarz. Man sollte 
hinter dem Widerstand am Reglereingang aber noch einen kleinen Elko 
spendieren.
Ein Z-Diode ist härter, übernimmt aber auch keine 10W oder mehr, sondern 
unter 1W.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ich würde einen LM2675 Switcher nehmen. Die haben in deiner Anwendung 
einen Wirkungsgrad von über 90%. Das bedeutet bei 10W Ausgangsleistung 
also nur rund 1W Verlustleistung. Ist doch besser als deine 14W, oder?

Kai Klaas

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Ben (Gast)

>es soll eine 10 V Spannung erzeugt werden.
>Dafür habe ich mir den LDO Spannungsregler (Vin_max=26V, V_out var
>5-20V, Iout=1A) LM2941 (http://www.national.com/ds/LM/LM2941.pdf)
>ausgesucht.

Was in deinem Fall unsinnig ist, ein LDO ist nur sinnvoll, wenn die 
Differenz zwischen Ein-und Ausgangsspannung immer sehr gering ist, so 1V 
und weniger. Ein Normaler Linearregler braucht da 2V und mehr.

>Bei 12 V Eingangssspannung würden schon 2 W Verlustwärme den Regler ohne
>Kupferfläche in den thermal shutdown bringen...

Tja, was nur recht und billig ist, siehe Kühlkörper.

>Wäre es sinnvoll an Widerständen einen Teil der Spannung vor dem Regler
>abfallen zu lassen

Nein. Denn der Spannungsabfall ist lastabhängig. Besser ist es, Doden 
oder Z-Dioden zu nehmen, deren Spannungsabfall ist nicht lastabhängig.

>oder ist für so eine Anwendung ein Schaltregler ein Muss?

Eigentlich schon, wenn du nicht 14W mit einem recht großen 
Kühlkörper verballern willst.

>Bzw. welche anderen Möglichkeiten gäbe es ein SMD-Kühler wird auch
>nicht ausreichend sein, nehme ich an....

Richtig.

MFG
Falk

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ben schrieb:
> es soll eine 10 V Spannung erzeugt werden.

Und welchen Strom benötigst Du?
Erst dann kann man die Verlustleistung ausrechnen.
Der Maximalstrom des Reglers ist für die Rechnung vollkommen wurscht.

Man sollte den Regler aber nicht auf dem letzten Loch pfeifen lassen.
Brauchst Du 1A, solltest Du einen 1,5A Regler nehmen.


Peter

Autor: Ben (Gast)
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Moin,

MaWin schrieb:
> TO220 Gehäusevariante wählen ?

Laut Datenblatt ist die Wärmeabfuhr schlechter als beim TO-263 mit >=1,6 
Zoll².

Kai Klaas schrieb:
> Ich würde einen LM2675 Switcher nehmen. Die haben in deiner Anwendung
> einen Wirkungsgrad von über 90%. Das bedeutet bei 10W Ausgangsleistung
> also nur rund 1W Verlustleistung. Ist doch besser als deine 14W, oder?

Theta_ja ist bei dem Teil 105°C/W
das würde dann thermal shutdown bei ca. 1,19 W heißen
Wenn der Wirkungsgrad bei über 80 % bleibt würde das hier funktionieren.

Hat jemand noch einen anderen Typ als Vorschlag ansonsten werde ich mal 
die Hersteller abklappern und Datenblätter durchwühlen.

Peter Dannegger schrieb:
> Und welchen Strom benötigst Du?

Die Summe der Maximalströme aller angeschlossenen Platinen liegt bei ca. 
750 mA wobei eventuell noch Verbraucher wie USB-Stick, USB-Tastatur, 
USB-Maus hinzu kommen... wenn alle USB-Geräte angeschlossen sind, 
könnten das vielleicht etwas mehr als 1 A werden (Key 50, Mouse 100, 
Stick 200?)
also wären 1,5 A eventuell sicherer...wobei dann das Problem mit der 
Wärme wohl definitiv nach einem Schaltregler verlangt(21W?! argh)

z.B. LM25575
1,5A* 10V = 15W
theta_ja = 50°C/W
thermal shutdown bei 2,5 W
dann wird ein Wirkungsgrad von ca. 84% gebraucht...im Datenblatt sieht 
es eher nach 82-83 aus...mit Kühlkörper geht es dann wohl...

Noch irgendwelche Tipps?

Gruß Ben

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