我的线性稳压器过热非常快

我正在使用没有散​​热器的5 V / 2 A稳压器（L78S05）。我正在用微控制器（PIC18FXXXX），几个LED和一个1 mA压电蜂鸣器测试电路。输入电压为aprox。24 VDC。运行一分钟后，电压调节器开始过热，这意味着如果我将其停留一秒钟以上，它会烫伤我的手指。几分钟后，它开始闻起来像燃烧的气味。这是该调节器的正常行为吗？是什么导致它发热那么大？

该电路中使用的其他组件：

L1：BNX002-01 EMI滤波器

R2：压敏电阻

F1：保险丝0154004.DR

摘要：您现在需要散热片！:-)
[并且具有串联电阻也不会造成伤害:-)]

问得很好的问题您的问题问得很好-比平常好得多。
电路图和参考文献是赞赏的。
这使得第一次给出一个好的答案变得容易得多。
希望这是一个... :-)

这很有道理（alas）：完全可以预期该行为。
您正在使调节器热过载。
如果要以这种方式使用它，则需要添加一个散热器。
正确了解正在发生的事情将使您受益匪浅。

功率=伏特x电流。

对于线性稳压器，总功率=负载功率+稳压器功率。

稳压器V _降 = V _输入 -V _负载
这里稳压器中的V _降 = 24-5 = 19V。

此处，电源输入= 24V x I _负载负载
电源= 5V x I _负载
稳压器电源=（24V-5V）x I _负载。

对于100 mA的负载电流，调节器将耗散
V _降 x I _负载（24-5）x 0.1 A = 19 x 0.1 = 1.9瓦。

多么热？：数据表的第2页说到结点到环境（=空气）的热阻为每瓦50摄氏度。这意味着，每耗散一瓦，温度就会上升50摄氏度。在100 mA时，您将有大约 2瓦的功耗或大约2 x 50 = 100C的上升。水会在IC上快乐地沸腾。

大多数人可以长期坚持的最高温的温度是55摄氏度。你的比那更热。您没有提到沸水（湿手指嘶嘶声测试）。假设您有~~ 80C的外壳温度。让我们假设20°C的空气温度（因为它很容易-两种方式的温度都没有太大差别。

T _上升 = T _情况 -T _环境 = 80-20 = 60°C。耗散= T _上升 / R _th = 60 / 50〜= 1.2瓦。

在19v压降下，1.2 W = 1.2 / 19 A = 0.0632 A或大约60 mA。

即，如果消耗大约50 mA的电流，则外壳温度将在70°C-80°C的范围内。

您需要一个散热器。

修复：第2页数据表中的R _thj-case =结点与外壳之间的热阻为5C / W =结点与空气的10％。

如果使用假设为10 C / W的散热器，则总R _th将为R _{_jc} + R _{c_amb} （将结点加到空气中）。
= 5 + 10 = 15°C /瓦。
对于50 mA，您将获得0.050A x 19V = 0.95W或15°C / Watt x 0.95〜= 14°C的升高。

即使上升20°C且环境温度为25V，您仍将获得20 + 25 = 45°C的散热器温度。
散热器会很热，但您可以握住它而不会（太多）疼痛。

击败热：

如上所述，在这种情况下，线性稳压器的散热为每100 mA 1.9瓦或1A时的19瓦。太热了。在1A时，要使温度在环境温度为25C时保持在沸水温度（100°C）下，您需要的整体热阻不超过（100°C-25°C）/ 19瓦特= 3.9 C / W. 由于在5 C / W下与外壳的结点Rthjc已经大于3.9，因此您无法在这些条件下将结点保持在100°C下。仅在19V和1A的情况下结到外壳，将增加19V x 1A x 5 C / W = 95°C。虽然该IC的额定温度允许高达150°C，但这对可靠性不利，因此应尽可能避免使用。就像练习一样，在上述情况下，要使其温度低于150°C，外部散热器的温度必须为（150-95）C / 19W = 2.9 C / W。那' 可以达到，但散热器比您希望使用的散热器大。一种替代方法是减少耗散的能量，从而降低温度升高。

减少调节器散热的方法有：

（1）使用开关调节器，例如NatSemi简单开关系列。效率仅为70％的性能开关稳压器将大大降低散热量，因为稳压器仅消耗2瓦！
即能量输入= 7.1瓦。能量消耗= 70％= 5瓦。5V时5瓦的电流= 1A。

另一种选择是预制插入式替代3端子稳压器。以下图像和链接来自Jay Kominek在评论中提及的部分。OKI-78SR 1.5A，LM7805的开关稳压器更换下降了5V。7V-36V输入

在36伏输入，5V输出时，1.5A效率为80％。当Pout = 5V x 1.5A = 7.5W = 80％时，稳压器中的功耗为20％/ 80％x 7.5W = 1.9瓦。非常宽容。不需要散热器，可以在85摄氏度的温度下提供1.5A的电流。5V部分在1.5A的电流下可管理85％，因此比上述要好。]]

（2）降低电压

（3）降低电流

（4）散发调节器外部的一些能量。

从技术上讲，选项1是最好的。如果不可接受，并且固定了2和3，则需要选项4。

最简单（可能是最好）的外部耗散系统是电阻器。从24V降到稳压器将在最大电流下接受的电压的串联功率电阻器将发挥出色的作用。请注意，您将需要一个滤波电容在输入端稳压器，由于使得供应高阻抗电阻。说大约0.33uF，不会有更多伤害。1 uF的陶瓷应该可以。甚至更大的电容，例如10uF至100uF的铝电解电容也应该是好的。

假设Vin = 24V。最小稳压器in = 8V（裕量/压降。检查数据表。所选的reg表示<1A时为8V。）Iin = 1A。

1A = 24-8 = 16V时所需的压降。说15V是“安全的”。
R = V / I = 15/1 = 15欧姆。功率= I ² * R = 1 x 15 = 15瓦。
20瓦的电阻将是微不足道的。
25W +电阻会更好。

这是一个25W 15R电阻器，无库存，价格为$ 3.30 / 1，这里有数据表。注意，这也需要一个散热器！！！您可以购买不超过100瓦的免费空气额定电阻。您使用的是您的选择，但这会很好地工作。请注意，它的额定功率为25瓦商业级或20瓦军用级，因此在15W功率下“表现不错”。另一种选择是适当安装适当长度的适当额定电阻线。奇怪的是，电阻制造商已经比您做得更好。

通过这种安排：
总功率= 24W
电阻器功率= 15瓦
负载功率= 5瓦
稳压器功率= 3瓦

稳压器结温将比情况高5 C / W x 3 = 15°C。您将需要提供一个散热片，以使调节器和散热片保持满意，但这现在“只是工程问题”。

散热器示例：

每瓦21度（或K）

7.8黑白

Digikey- 许多散热器示例，包括此5.3 C / W散热器

2.5 C / W

0.48黑白
宽119毫米x长300毫米x高65毫米。
1英尺长x 4.7英寸宽x 2.6英寸高

关于散热器选择的好文章

强制对流加热热阻

通过串联输入电阻降低线性稳压器的功耗：

如上所述，在线性稳压器之前使用串联电阻降低电压可以大大减少稳压器中的功耗。虽然冷却调节器通常需要散热片，但可以廉价地获得能够耗散10瓦或更多瓦特而无需散热片的风冷电阻器。以这种方式解决高输入电压问题通常不是一个好主意，但是可以代替它。

在下面的示例中，LM317 5V输出1A电源采用12V供电。在最坏的情况下，添加一个电阻器可以通过添加廉价的空冷线装串联输入电阻器，将LM317的功耗降低一半以上。

LM317在较低电流下需要2至2.5V的裕量，或者在极端负载和温度条件下需要2.75V。（请参见数据表中的图3 ，-复制如下）。

LM317裕量或压差

Rin的大小必须确保在V_12V最小时不会下降过多的电压。对于这种情况，Vdropout是最坏的情况，并且允许串联二极管压降和输出电压。

电阻两端的电压必须始终小于=

• 最小Vin

• 更少的最大Vdiode压降

• 减少与情况相关的最坏情况

• 更少的输出电压

因此Rin <=（v_12-Vd-2.75-5）/ Imax。

对于最小12V的Vin，说0.8V的二极管压降，说1安培，即
（12-0.8-2.75-5）/ 1
= 3.45 / 1
= 3R45
=说3R3。

R的功率= I ^ 2R = 3.3W，所以5W的部分可以接受，而10W更好。

LM317的功耗从> 6瓦降至<3瓦。

一个合适的安装有导线的空冷电阻器的极好例子是该Yageo线绕电阻器系列中的一个很好的成员，其空冷电阻额定值为2W至40W。Digikey有10瓦单位的库存，价格为US $ 0.63 / 1。

电阻环境温度额定值和温升：

上面的数据表很高兴有这两张图，它们可以估算实际结果。

左图显示了以3W3 =其功率33％的功率运行的10瓦电阻器的允许环境温度最高为150 C（如果在图中绘制工作点，则实际上约为180 C，但制造商表示最大为150 C允许的。

第二张图显示，在3W3下工作的10W电阻器的温度升高将比环境温度高约100C。同一系列的5W电阻将以额定值的66％工作，并且比环境温度高140°C。（40W的温度上升约75C，但2 x 10W =在50C以下，而10 x 2W仅在25C左右!!!

在每种情况下，随着组合额定功率相同的电阻数量的增加，温度上升的降低可能与“平方立方定律”作用有关，因为随着体积的增加，单位体积的冷却表面积减小。

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

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新增2015年8月-案例研究：

有人问合理的问题：

相对较高的电容负载（220 µF）是不是更可能的解释？例如，使调节器变得不稳定，则振荡会导致调节器中散发大量热量。在数据手册中，所有正常工作的电路的输出端都只有一个100 nF的电容器。

我在评论中回答了，但是可以在适当时候删除它们，这是对该主题的一个有价值的补充，因此这里是编辑为答案的评论。

在某些情况下，稳压器的振荡和不稳定当然是一个问题，但是在这种情况下，以及许多类似的情况，最可能的原因是功耗过大。

78xxx系列非常古老，早于现代低压差稳压器和串联供电（LM317型）稳压器。就Cout而言，78xxx系列基本上是无条件稳定的。实际上，它们并不需要适当的操作，通常显示的0.1uF是为了提供一个储存器以提供额外的浪涌或尖峰处理。
在一些相关的数据表中，他们实际上说Cout可以“无限制地增加”，但是我在这里看不到这样的注释-但是（正如我期望的那样）也没有注释表明Cout较高时的不稳定性。在数据表第31页的图33中，他们显示了使用反向二极管来“防止”高电容负载”-即，具有足够高能量的电容器（如果放电到输出中会造成损坏），即远大于0.1 uF 。

耗散：在24 Vin和5 Vout时，稳压器每mA耗散19 mW。对于TO220封装，Rthja为50C / W，因此每mA电流可获得1OUT左右的上升。
因此，假设在20C的环境空气中耗散1瓦，则外壳的温度约为65C（并且可能更多取决于外壳的方向和位置）。65C略高于“烧伤手指”温度的下限。
在19 mW / mA时，耗散1瓦功率需要50 mA。给定示例中的实际负载是未知的-他显示的指示灯LED约为8或9 mA（如果为红色），加上所用稳压器内部电流的负载（低于10 mA）+“ PIC18FXXXX”，还有几个LED ... “取决于PIC电路，总电流可能达到或超过50 mA，或者可能更少。|

给定总体的稳压器系列，差分电压，实际的冷却不确定性，环境不确定性，C / W典型值等，似乎纯粹的耗散是他在这种情况下看到的合理原因，也是许多使用线性稳压器的人会遇到的合理原因。类似的情况。由于不那么明显的原因，它可能会变得不稳定，如果没有充分的理由，就永远不能拒绝这种不稳定，但是我会从耗散开始。

在这种情况下，串联输入电阻（例如，额定5W的空气冷却）会将大部分耗散移至更适合于处理的组件中。
和/或适度的散热片应该能奏效。

稳压器中消耗的功率是稳压器两端的电压通过稳压器的电流。两端的电压为24V-5V = 19V。电流（猜测）：10mA（78S05的接地电流）+ 60mA（少量LED）+ 10mA（ C +蜂鸣器）= 80mA。然后$\times$$\mu$

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

这对于任何包装都是很多的，这是最低要求，您可能会使用更多的包装。我假设您使用的TO-220版本的（热阻）为50°C / W。这意味着每耗散一瓦，结点（电子芯片中的热点）就会比封装周围的空气（自由流动）高出50°C。允许芯片温度升至150°C，但这是绝对最大额定值，因此为了安全起见，我们将其保持在130°C。然后 $R_{THJ-AMB}$

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

这是结温，但封装的温度仅降低了几度（ = 5°C / W）。这显然太烫手了；经验法则（无双关语）是指在60°C左右变得太热而无法触摸。 $R_{THJ-CASE}$

这就解释了。虽然从理论上讲这些值仍然安全，但您可能会有更多散布我们的值有些保守，所以可以解释出烧焦的气味。 $-$$-$

该怎么办？

使用切换台（SMPS）。这是最好的解决方案。开关具有很高的效率，因为额定电压可能超过85％，因此功耗会低很多。对于估计的负载，它将远远小于100mW。当今的切换台易于使用，但是在选择组件和PCB布局时需要注意一些。这些对于效率很重要，电路板布局对辐射也很重要。这是周杰伦（Jay）和拉塞尔（Russell）所指的现成模块，但此处与TO-220的大小相比：

该模块的价格为10美元，因此不值得自己花钱。

其他解决方案：使用散热器，最好不要使用小型夹子，并使用足够的导热膏以确保适当的热接触。该器件的热阻为3.1°C / W（低于50°C / W！），并且在温度升高60°C时可以耗散9W。

解决方法3：使用较低的输入电压。可能不是一个选择。

解决方案4：将耗散分布在几个组件上。您可以级联稳压器，例如在24V和L78S05之间使用LM7815。然后，7815的19V电压差变为9V，78S05的19V电压差变为10V，因此每个器件的功耗将减半。另一个优点是，如果重要的话，您可以获得更好的线路调节。

最后一点：您的稳压器是一种能够提供2A电流的特殊版本，而通常的7805可以提供1A电流。如果您打算使用全2A，我会认真考虑切换器。

编辑
拉塞尔在他的答案中指出了串联电阻，这确实也是一个可行的选择，尽管我不喜欢它。我将在下面的结论中解释为什么不这样做。
我想为此解决方案添加一些有关功耗的信息，从Russell的电阻开始。 $\Omega$

P = V我，当有小电流公式在因数保持耗散功率的调节低，而且当电流高电阻两端的电压降会很高，留在一个较小的电压降稳压器，还具有较低的功耗。在这两者之间，耗散会更高。 $\times$

可以证明，当调节器的耗散等于电阻器的耗散时，其耗散最大。

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

要么

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

因此

$I = 0.633A$

这与我们在图中看到的一致。电阻和调节器的耗散为

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

结论：即使使用串联电阻，稳压器中的功耗也可能很高，我们发现0.63A的功耗比1A的高！根据预期的电流要求选择电阻器的值很重要。当您使用第二个稳压器代替电阻器时
，两个设备的功率分配将相等，并且与电流无关。这就是为什么我不喜欢电阻器解决方案的原因。

电压降和无散热片会导致大量耗散。数据表规定了不带散热片的热阻为50C / W Tja。

一个粗略的例子-假设您使用的是100mA：（24-5）* 0.1 = 1.9W

1.9 * 50 =高于环境温度约95度，因此总温度约为115摄氏度。

您可以通过增加散热器，降低输入电压或在电路中吸收较小的电流来改善性能。或者，您可以使用开关稳压器。有关线性调节和热考虑因素的详细说明，请参见此处： 线性稳压器和热管理数字设计指南

这是该调节器的正常行为吗？

是。

是什么导致它发热那么大？

热量是由调节器两端的压降和流经调节器的电流引起的。功耗，Pd =（24V-5V）* Iout。

稳压器的效率为Vout / Vin = 5/24 = 0.21或21％。换句话说，每输出1瓦特，您就需要5瓦特的输入，并且这种差异会在调节器中消除。

降低输入电压将对此有所帮助。

线性稳压器是做到这一点的“快速而肮脏”的方法。有效且便宜又有效。它们通过将多余的功率作为热量倾倒而工作，此处没有主动转换。从24v获得5v是一个很大的下降，这也难怪它会烧死您。我最好的做法是切换到较低的电源电压，例如12v甚至更好的9v，以最大程度地减少损耗。（哎呀，我什至被迫只使用5v并完全放弃稳压器。）其他建议还包括：添加一个散热器，串联电阻或切换到开关式（有源）稳压器。

这是一个很棒的讨论。我认为拥有一个简单且免费的在线模拟“测试台”可能会有所帮助，该测试台允许您输入特定线性稳压器的数据表参数，并且它将告诉您稳态甚至瞬态工作温度。这些参数包括输出电压，热特性（例如rthj_case）以及负载的输入电压条件。

这是“ 线性稳压器温度查找器 ” 的链接。您只需要复制设计，然后进行任何更改以适合您的特定设备和电路。