放熱器のサイズ

可変3端子レギュレータLM338を使いたいのですが、放熱器のサイズを教えてください。
入力電圧7.4V, 入力電流5A, 出力電圧5Vです。、
また、ペーストはどうしても高いので、安いものか、ならないで済むように設計可能ですか？
無理ならば妥協するので是非教えてください。

質問者からの補足コメント

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  すいません。
  間違えてお礼で補足をしてしまいました。再度質問いたします。
  出力電流5Aで放熱器に最適なものはありますでしょうか？

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/07/23 04:04

No.4 ベストアンサー 回答者： m-jiro 回答日時： 2017/07/23 12:11

( 7.4V － 5.0V ) × 5A ＝ 12W　　これが発熱量です。

LM338の許容ジャンクション温度は125℃です。周囲温度(気温)が40℃の環境で使用するとすれば
( 125℃ － 40℃ ) ÷ 12W ＝ 7.1℃/W
LM338のジャンクションからケースまでの熱抵抗はデータシートに 4℃/W とあるので、
放熱器の要件は　7.1℃/W － 4℃/W ＝ 3.1℃/W(以下)　が必須となります。
(絶縁シートの熱抵抗を0.1℃/Wとすると放熱器自体は 3.０℃/W 以下)

つまり熱抵抗が 3.1℃/W 以下 (12Wの発熱で温度上昇が37℃以下) の放熱器が必要なわけですが、かなり大きなものになりますね。
大雑把に言って 100×100mm で、フィンの高さが30mm程度のものになるでしょう。詳しくはメーカーのカタログで確認してください。
例えば、　　http://jp.rs-online.com/web/p/heatsinks/1898791/　　　この程度のものが必要でしょう。

ご存知と思いますが風がちょっと当たるかどうかで温度上昇が随分違います。装置ケースの中に取り付けるよりは外部にむき出しの方が良いです。フィンを垂直に向けると対流が生じるのでより良いと思います。

ところでLM338は入出力間の最小電圧が5A流した際に2.7～3V(温度で異なる)必要となっています。
データシートにある Dropout Voltage のグラフを参照してください。
つまり出力5Vで5A流すのであれば入力電圧は7.4Vでは不足と思われるので再検討してください。その場合発熱量も増すので上記の放熱器では不足でしょうね。
整流直後のようなリップルのある電源ではリップルの一番低い所の電圧が約8V必要です。

ペーストは#1殿の回答にあるように柔らかいゴムシートのような絶縁物が市販されています。普通の硬い絶縁シート＋ペーストと同等になります。ペーストはなくても熱抵抗が0.1℃/W程度大きくなるだけなので、その分放熱器を大きくして対処することもできます。絶縁板もペーストもなしで直接取り付けてもよいのですがLM338はフィンがOUT端子につながっているので直結はまずいでしょう。ショートには気を付けてください。

No.3 回答者： xpopo 回答日時： 2017/07/23 11:37

回答NO.2です回答で　包絡体積に依存する場合の熱抵抗　のグラフ　の載っているリンク先を記載するのを忘れましたので、以下にそのリンク先を載せておきます。

　　　https://as76.net/emv/hounetu.php

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2017/07/23 11:32

まず放熱に必要なICのジャンクションから雰囲気までのトータルの熱抵抗Θj-a（℃／W）を求めます。

消費電力PD（W)は入力電圧をVin（V）、出力電圧をVo（V)、入力電流をIin(A)とすると

　　　　PD(W)＝（Vin（V）-　Vo（V)）×Iin(A)　　　　　（１）

で計算できますので、式（１）にVin（V）＝7.4V、Vo（V)＝５V、Iin(A)　＝５Aを代入してPD(W)を求めると

　　　　PD(W)＝（7.4V－５V）×５A＝12W

次に、熱抵抗を求めます。ICのジャンクション最高温度Tjmax（℃）は125℃maxです。また使用最高周囲温度Tamax（℃）をとりあえず余裕を見てTamax（℃）＝５0℃とします。トータルの熱抵抗Θj-a（℃／W）は

　　　Θj-a（℃／W）＝（Tjmax（℃）－Tamax(℃））／PD（W）　　　　（２）

で計算できますから、式に数値を代入してトータルの熱抵抗Θj-a（℃／W）は

　　　Θj-a（℃／W）＝　（125℃－５0℃）／12W＝6.25（℃／W)

と求まります。
　　ここで求めるヒートシンクの熱抵抗を　Θｈ（℃／Ｗ）、ＩＣのジャンクションからケースまでの熱抵抗をΘj-c（℃／W）とするとトータルの熱抵抗Θj-a（℃／W）は

　　Θj-a（℃／W）＝Θj-c（℃／W）＋　Θｈ（℃／Ｗ）　　　　（３）

で求まりますので、式（３）を変形してヒートシンクの熱抵抗Θｈ（℃／Ｗ）は

　　Θｈ（℃／Ｗ）＝　Θj-a（℃／W）－　Θj-c（℃／W）　　　（４）

ここで、ＩＣのジャンクションからケースまでの熱抵抗Θj-c（℃／W）はデータシート（http://akizukidenshi.com/download/LM338.pdf）より熱抵抗Θj-c（℃／W）＝４（℃／W)ですので、ヒートシンクの熱抵抗Θｈ（℃／Ｗ）は四季（４）を使ってΘｈ（℃／Ｗ）は、

　　Θｈ（℃／Ｗ）　＝　6.25（℃／W）　－　４（℃／W)＝2.25（℃／W）

と求まります。次にこの熱抵抗を実現できるヒートシンクのサイズをこちら（）の資料の　包絡体積に依存する場合の熱抵抗　のグラフから包絡体積を熱抵抗（℃／W)が1.42（℃／W)で読み取ると、必要な包絡体積は、　約280ｃｍ３　だという事が分かります。このサイズに近いヒートシンクとしては例えばこちら（https://www.amazon.co.jp/%E3%81%82%E3%81%99%E3%8 …）のヒートシンクで包絡体積は２５０ｃｍ３ですがこれがギリギリの大きさでしょう。価格も約￥２０００と高価ですね！

それから、ペースト？放熱用シリコングリスだと思いますが、安いものなら、こちら（https://www.amazon.co.jp/%E3%82%B5%E3%83%B3%E3%8 …）のようなもので大丈夫かと思います。

No.1 回答者： Pardon_Me 回答日時： 2017/07/23 03:47

＞放熱器のサイズを教えてください。

＞入力電圧7.4V, 入力電流5A, 出力電圧5Vです。、

３端子レギュレータの基本。
[入力エネルギー]-[出力エネルギー] が３端子レギュレータから熱エネルギーとして放散。
使うエネルギーが不明(電圧は5vとの事だが電流が不明)なので回答不能。
ぶっちゃけ、消費電流が少ないならヒートシンクなしでもOK。

＞また、ペーストはどうしても高いので、安いものか、ならないで済むように設計可能ですか？

ここで言うペーストは「熱を伝えるために隙間を埋めるもの」です。
べつに液体な必要もなく、他にも「熱伝導シート」
https://www.google.co.jp/search?q=%E7%86%B1%E4%B …
とか
「ヒートシンク用両面テープ」
https://www.google.co.jp/?gws_rd=ssl#q=%E3%83%92 …
ってのもあります。

「高いから」って言われるとそれで解決なのかわからないけど。
まぁグリスは余って保存にも困るかな？

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
ペーストでなくてもいいんですね！
あと、
失礼しました、出力電流5Aです。
多いでしょうか…

お礼日時：2017/07/23 03:56