Розрахунок втрат електроенергії при перемиканні регулятора потужності?

Я новачок у будівництві джерел живлення постійного струму / постійного струму (ще студент університету) і створив базові запаси, використовуючи прості лінійні регулятори напруги. Нещодавно я відкрив для себе світ комутації джерел живлення та їх підвищення ефективності (в обмін на більш високі показники). Це корисно, оскільки я будую проект, який може використовувати пік струм 1,5 А при 5 В, і я використовую джерело ~ 12 В. Лінійні регулятори напруги, з того, що я читаю, принаймні, не є гарним вибором для застосувань високого струму, і тепло стає проблемою.

Я хочу використовувати TI TPS5420 ступінчастий перемикач перетворювача напруги . Я помітив, що пакет (8-SOIC) набагато менший, ніж багато лінійних регуляторів високого струму, і це ставить питання про те, що відпадає тепло та електроенергія. Лінійні регулятори можуть вимагати великих радіаторів і більших пакетів при "більш високих струмах" (> 1А, але насправді розраховує на інші фактори, такі як вхідна напруга, вихідна напруга тощо).

Чи може мені хтось допомогти, як би я обчислив потужність, що розсіюється через тепло на цій мікросхемі, і якщо я повинен турбуватися про те, що ІС занадто гаряча на дотик? Незважаючи на те, що ІК є більш ефективним, ніж великий лінійний регулятор, він також набагато менший і не має теплової колодки - це змушує мене турбуватися про те, як тепло розсіюється. Або я просто переосмислюю питання?

Ви маєте рацію в тому, що комутатор має набагато більше сенсу для вашого застосування (12 В в, 5 В 1,5 А), ніж лінійний регулятор. Лінійна витрачала б теплову енергію 7В * 1,5А = 10,5 Вт, якої позбутися непросто. Для лінійних регуляторів струм в = струм вихідний + робочий струм. Для комутаторів потужність = вимкнення / ефективність.

Я не шукав частину TI, яку ви згадуєте (я, можливо, мав би, якби ви надіслали посилання). Існують два широких класи регуляторів комутації, такі, що мають внутрішні вимикачі, і такі, що приводять в дію зовнішні вимикачі. Якщо цей регулятор є другим видом, то розсіювання в частині не буде проблемою, оскільки воно не поводиться безпосередньо з живленням.

Якщо це повністю інтегроване рішення, то вам доведеться дивитися на розсіювання. Ви можете обчислити це розсіювання від вихідної потужності та ефективності. Вихід буде 5В * 1,5А = 7,5 Вт. Наприклад, якщо комутатор працює на 80%, тоді загальна вхідна потужність буде 7,5 Вт / 0,8 = 9,4 Вт. Різниця між вихідною потужністю та вхідною потужністю - це потужність нагріву, яка в цьому випадку становить 1,9 Вт. Це краще, ніж те, що буде робити лінійний регулятор, але все ще достатньо тепла, щоб вимагати певної думки та планування.

80% - це лише число, яке я вибрав як приклад. Вам потрібно уважно ознайомитись з таблицею даних, щоб добре зрозуміти, яка ефективність може бути у вашої операційної точки. Хороші чіп-комутатори мають багато графіків та іншої інформації про це.

Як тільки ви знаєте, скільки Втт буде нагрівати мікросхему, ви дивитесь на його тепловий спектр, щоб побачити, що таке зниження температури від матриці до корпусу. Лист даних повинен дати вам значення градусів на ватт. Помножте це на розсіювання Ваттів, і ось наскільки гарячіше буде штамп, ніж зовні корпус. Іноді вони говорять вам про термічний опір від штампу до навколишнього повітря. Зазвичай це відбувається, коли деталь не призначена для використання з радіатором. Так чи інакше, ви виявите, на скільки градусів більше гарячого штампу, ніж все, що ви можете охолодити чи мати справу.

Тепер ви дивитесь на максимальну температуру відмирання, а потім віднімаєте вище вказане значення падіння темпу. Якщо це хоча б трохи не вище вашої гіршої температури навколишнього повітря, то у вас є проблеми. Якщо так, то воно стає безладним. Вам або потрібен радіатор, пригнічений повітря, або використовувати іншу деталь. Вимикачі вищої потужності зазвичай призначені для зовнішніх елементів комутатора, оскільки силові транзистори поставляються у випадках, призначених для тепла. Фішки Switcher зазвичай не мають.

Я не хочу продовжувати спекуляції, тому поверніться з номерами про вашу конкретну ситуацію, і ми можемо продовжувати звідти.

Таблиця даних має графік ефективності проти вихідного струму на першій сторінці. Для пікового струму 1,5 піка він виглядає приблизно 91% ефективним. Якщо він постачає 7,5 Вт з ефективністю 91%, він би витрачав 0,7 Вт від себе.

Лінійний регулятор, що скидає 12 В на 5 В при 1,5 А, витрачає 10,5 Вт , подаючи 7,5 Вт , що робить його 42% ефективнішим.

Очевидно, що комутатор є більш ефективним і менш марнотратним. Однак вони, як правило, дорожчі та складніші у використанні без проблем.