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30 de junio de 2019

Selección del disipador de calor para un regulador de voltaje LM7812


El regulador de voltaje es un dispositivo de tres pines (Vin, GND y Vout). Utilizaremos el LM7812  con encapsulado TO-220. 






Parámetros importantes de los reguladores de voltaje de acuerdo con la hoja de datos del fabricante 




Voltaje de salida: Para el LM7812 es típicamente 12V con una salida mínima de 11.75V y una máxima de 12.25V

Potencia de disipación:


La energía que se convierte en calor ( debe ser disipada) por el regulador. 
Si la corriente de entrada y salida son las mismas. La potencia disipada en el regulador es: 


Pin = Pout 
ΔV * Iin = (Vin – Vout) * Iout.
Vin = 15.6 V
Vout= 12V 
Iout= 500 mA

ΔV * Iin = (Vin – Vout) * Iout
ΔV * Iin = (15.6 – 12) * 0.5
ΔV * Iin = (3.6) * 0.5
ΔV * Iin = (3.6) * 0.5 = 1.8 W


Potencia de disipación del regulador = 1.8 W

Temperatura de trabajo del regulador:


De Acuerdo con la hoja de datos: la resistencia térmica del encapsulado TO-220 es típicamente de 3 ° C / W  y 50 ° C / W a temperatura ambiente. 




Lo anterior significa que por cada Watt que el regulador disipa la temperatura térmica entre la unión y el encapsulado (el circuito del semiconductor dentro del regulador) subirá aproximadamente 3 ° C / W y la unión del  encapsulado a temperatura ambiente aumentará 50° C / W 


Esta información nos dice la temperatura de trabajo del regulador y es útil para calcular un disipador de calor sin ventilador para enfriar (es decir, solo por convección). la temperatura real  se obtiene agregando la temperatura de las dos resistencias térmicas Treal = 50 + 3 =  53 °C/W  


Usando el ejemplo anterior donde estamos disipando 1.8W, la temperatura del regulador sería aproximadamente T = Pdisipacion * Treal    


Treal  = 1.8W * 53 ° C / W = 95.4 ° C  (sin contar la temperatura ambiente) 


Temperatura de trabajo del regulador= 120.4 ° C. 


Si se utiliza a temperatura ambiente (25 °C), Treal  =  25 ° C + 95.4° C = 120.4 ° C. 

Resistencia térmica del disipador. 


En la práctica requerimos tener reguladores y en general cualquier dispositivo electrónico lo más fresco posible. La vida útil del regulador depende de la temperatura si trabaja con temperaturas altas, la pieza pronto fallará. adicionalmente cualquier persona se puede quemar con esas temperaturas.


En un disipador de calor la resistencia térmica se determina sumando el


Rja = Rjc + Rcs + Rsa 


Rjc  = Es la resistencia térmica de unión al encapsulado (3°C/W para el 7812)Rcs = Cuando se aplica grasa térmica o algún otro elemento (típicamente 1 °C/W)Rsa = Es la resistencia térmica del disipador al medio ambiente.

Elección del disipador de calor:


Para bajar la temperatura del regulador podemos agregar un disipador de calor,  Ejemplo el disipador a utilizar tiene una resistencia térmica de 24 ° C / W. 




La resistencia térmica sería Rja = Rjc + Rcs + Rsa 
Resistencia térmica = 3 °C/W +  1°C/W+ 24° C/W = 28°C/W 
La temperatura real =  25 °C + 28°C / W *1.8W = 75.4°C 
Aproximadamente 45 °C más frío que antes, nada mal para una pieza de aluminio de bajo costo.


Resumen diseño de una fuente de alimentación lineal


1. Determinar el voltaje de salida y la corriente necesaria (Ej: 12V a 1A)


2. Elegir un transformador con salida de voltaje en el secundario y un disipador de calor si es necesario) para el rectificador.


3. Agregar un fusible al devanado primario del transformador 


4. Elegir un puente rectificador que pueda manejar la corriente requerida.


5. Elegir capacitores que limiten la ondulación del rectificador a un valor razonable


(Por ejemplo, una ondulación de 0.5V a 1A requiere> 16,600uF a  22,000uF)
6. Elegir un disipador de calor para los reguladores.



Para que no te quede ninguna duda te dejo el VIDEO explicando El procedimiento paso a paso y a detalle para poder seleccionar el disipador adecuado.



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