Výpočet chladiče pro nabíječku

Obvod stabilizátoru U1 bude při své činnosti zatěžován teplem, které je nutné vyzářit do okolního ovzduší. Zde je ukázáno, jakým způsobem je možné zvolit správný chladič.

Tepelná ztráta

Nejprve musíme určit, jaká výkonová ztráta bude v nejnepříznivějším případě přes čip U1 procházet. Jako nejhorší budeme počítat stav, kdy někdo napájí nabíječku ze zdroje 13 V, zvolí nejvyšší (300 mA) rozsah a zkratuje všechny pozice článků - nabíječka pojede do zkratu. Není to běžný stav, ale náš přístroj to musí "ustát" bez poškození :-)

Situaci si můžeme znázornit takto:

Vstupní napětí 13 V se rozdělí na celkem 5 prvků:

1. Úbytek Ud na diodách D1 a D2. Na každou z nich můžeme počítat asi 0,8 V - celkem tedy 1,6 V.
2. Saturační napětí tranzistoru Ut. Protože jde o tranzistory v tzv. Darlingtonově zapojení, bude úbytek v sepnutém stavu také asi 0,8 V.
3. Úbytek na snímacím rezistoru Ur. Pro stabilizátory LM317 je referenční napětí 1,25 V.
4. Zbývající napětí zůstane na stabilizátoru - Ustab. Po odečtení výše uvedených hodnot nám vychází, že na stabilizátoru bude v nejhorším případě napětí asi 9,35 V.

Podle vztahu P = U * I pak snadno dopočítáme, že výkonová ztráta stabilizátoru bude asi 2,8 W. Takový výkon již pouzdro TO220, ve kterém je U1 zapouzdřen, samo nedokáže uchladit. Je nutné je doplnit vhodným malým chladičem.

Výpočet chladiče

Pro výpočet potřebného chladiče si můžeme napsat rovnici: (bližší informace objevíte u výpočtu chladiče pro zesilovač na těchto stránkách)

kde:

• Tj - max. teplota čipu v obvodu je uvedena 150°C. Abychom obvod netrápili, omezíme maximální teplotu čipu na 100°C.
• Ta - maximální uvažovaná teplota okolí může být v uzavřené krabičce 50°C (hrubý odhad)
• P - ztrátový výkon na stabilizátoru jsme spočítali na 2,8 W
• Rthjc - v katalogu je pro LM317 uvedeno <5 K/W
• Rthcs - u suchého připevnění můžeme počítat asi 1 K/W
• Rthsa - tepelný odpor chladiče (přechod chladič/okolí)

Budeme-li uvažovat uvedené hodnoty, snadno spočítáme, že odpor chladiče musí mít Rth 11 K/W nebo nižší. Jako vhodný chladič byl v této konstrukci použit chladič typu CHL142/25 z nabídky EZK s teplotním odporem 7,1 K/W. Ve svém zařízení můžete použít libovolný typ, který splní požadovaný tepelný odpor a půjde umístit do krabičky.