Перейти к содержанию

Что будет, если перегрузить линейный стабилизатор?

Обновлено Редакция GAW

У линейного стабилизатора со встроенной защитой перегрузка проходит в два этапа. Сначала срабатывает ограничение тока: ток выше порога не растёт, и выход проседает до U = Iогр · Rн. Если при этом мощность на кристалле превышает то, что отводит корпус, температура доходит до порога тепловой защиты — у LDO Microchip примерно 160 °C — и стабилизатор отключается, пока не остынет до 150 °C. Дальше цикл повторяется.

Мощность, которая греет стабилизатор, не зависит от того, линейный он «обычный» или LDO:

PD=(VIN−VOUT)⋅Iнагр+VIN⋅IGNDP_D = (V_\text{IN} - V_\text{OUT}) \cdot I_\text{нагр} + V_\text{IN} \cdot I_\text{GND}

Расчёт: 12 В → 5 В при 1 А в TO-220

Наш расчёт по формулам AN761 для корпуса TO-220 с θJA 53 °C/W без радиатора при 25 °C:

Ток нагрузкиМощность на кристаллеПерегрев θJA·PDТемпература кристалла
0,2 А1,4 Вт74 °C99 °C — работает
0,5 А3,5 Вт186 °C211 °C — тепловая защита
1 А7 Вт371 °Cзащита сработает за секунды

Собственный ток IGND здесь не учтён: у TC1264 из примера Microchip это 130 мкА, то есть 1,6 мВт. Без радиатора такой стабилизатор отдаёт в нагрузку лишь 0,34 А при 25 °C и 0,21 А при 70 °C (наш расчёт: допустимая мощность (150 °C − температура среды)/53 °C/W, делённая на 7 В), хотя по току он рассчитан на ампер; с радиатором тепловое сопротивление складывается из θJC 3 °C/W, θCS 1,5 °C/W и θSA радиатора. Для 7 Вт при 25 °C нужно суммарное θJA не больше (150 − 25)/7 ≈ 18 °C/W (наш расчёт) — радиатор примерно на 13 °C/W, его подберёт калькулятор радиатора.

Что при этом происходит с выходом

  • Ограничение тока. Напряжение падает, нагрузка недополучает питание: микроконтроллер перезагружается, двигатель еле крутится. Сам стабилизатор цел.
  • Тепловая защита. Выход пропадает полностью и возвращается после остывания; снаружи это выглядит как периодические перезапуски с интервалом в секунды.
  • Без защиты. У дискретных стабилизаторов на транзисторе и стабилитроне защит нет: проходной транзистор перегревается и пробивается, часто с полным входным напряжением на выходе. Почему силовой транзистор греется и как это посчитать — в ответе «Почему сильно греется транзистор?».

У стабилизаторов 78xx картина та же: признаки сработавшей защиты и способ отличить её от пробоя — в ответе «Как проверить стабилизатор 7805 мультиметром?». Если 7 Вт тепла некуда девать, вместо линейного стабилизатора ставят импульсный понижающий; когда линейный всё же уместен и какой выбрать — в статье «Как выбрать LDO-стабилизатор».

Похожие вопросы

Почему стабилизатор отключается, хотя ток меньше предельного?

Потому что предел по току и предел по мощности — разные вещи. По AN761 Microchip TO-220 без радиатора с θJA 53 °C/W при 70 °C вокруг рассеивает только 1,5 Вт: при входе 12 В и выходе 5 В это всего 0,21 А (наш расчёт). Выше тепловая защита сработает задолго до ограничения тока.

Сгорит ли стабилизатор при коротком замыкании выхода?

Стабилизатор со встроенным ограничением тока и тепловой защитой — нет: ток ограничен внутренним измерительным резистором, а перегрев приводит к отключению и повторным включениям после остывания. Microchip указывает обе защиты для всего семейства LDO; долго держать КЗ всё равно не стоит — кристалл циклически греется до 160 °C.

Как понять, что стабилизатор в тепловой защите?

Выход периодически пропадает и возвращается, корпус слишком горячий, чтобы держать палец, а при обдуве или на радиаторе всё работает. Как проверить мультиметром исправность 7805 и отличить защиту от пробоя, описано в ответе о проверке стабилизатора 7805.

Источники

  1. Microchip. AN765: Using Microchip's Micropower LDOs (DS00765A) — тепловая защита и ограничение тока есть в каждом приборе семейства; защита отключает LDO при температуре кристалла примерно 160 °C и отпускает после остывания до 150 °C (гистерезис 10 °C); ограничение тока КЗ — внутренний измерительный резистор последовательно с проходным элементом; Equation 3–4: PD = VCC·IS + (VCC − VOUT)·ILOAD, θJA = (TJMAX − TA)/PDMAX при TJMAX 125 °C; SOT-23A-5 — θJA 220 °C/W на однослойной FR4: PDMAX 0,454 Вт при 25 °C, 0,341 Вт при 50 °C, 0,182 Вт при 85 °C
  2. Microchip. AN761: LDO Thermal Considerations (DS00761B) — Equation 2: PD = (VIN − VOUT)·ILOAD + VIN·IGND; Equation 9: TJ = θJA·PD + TA; Example 2: TO-220-3 с θJA 53 °C/W при 1,62 Вт и 70 °C даёт TJ 155,86 °C — выше предела 150 °C, допустимо PDMAX = (150 − 70)/53 = 1,5 Вт; таблица радиаторов: при 0,8 А и 1,86 Вт нужен θSA 54,6 °C/W (40 °C) или 38,5 °C/W (70 °C); θJA = θJC + θCS + θSA, θJC 3 °C/W, θCS 1,5 °C/W
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также