Obliczanie utraty mocy w przełączaniu regulatora mocy?

Jestem nowy w budowie zasilaczy DC / DC (jeszcze student uniwersytetu) i zbudowałem podstawowe zasilacze za pomocą prostych liniowych regulatorów napięcia. Niedawno odkryłem świat przełączania zasilaczy i ich zwiększonej wydajności (w zamian za większą liczbę części). Jest to przydatne, ponieważ buduję projekt, który może wykorzystywać prąd szczytowy 1,5A przy 5V i używam źródła ~ 12V. Liniowe regulatory napięcia, przynajmniej z tego, co czytam, nie są dobrym wyborem do zastosowań wysokoprądowych, a ciepło staje się problemem.

Chcę użyć konwertera napięcia obniżającego napięcie TI TPS5420 . Zauważyłem, że pakiet (8-SOIC) jest znacznie mniejszy niż wiele wysokoprądowych regulatorów liniowych, co rodzi pytanie o rozpraszanie ciepła i energii. Regulatory liniowe mogą wymagać dużych radiatorów i większych pakietów przy „wyższych prądach” (> 1 A, ale tak naprawdę liczą na inne czynniki, takie jak napięcie wejściowe, napięcie wyjściowe itp.).

Czy ktoś może mi pomóc, jak obliczyć moc rozpraszaną przez ciepło na tym układzie i czy powinienem się martwić, że IC jest zbyt gorący, aby go dotknąć? Mimo że IC jest bardziej wydajny niż duży regulator liniowy, jest również znacznie mniejszy i nie ma podkładki termicznej - to mnie martwi, jak ciepło jest rozpraszane. A może po prostu zastanawiam się nad tym problemem?

Masz rację, że przełącznik ma o wiele większy sens dla twojej aplikacji (12 V, 5 V 1,5 A na wyjściu) niż liniowy regulator. Liniowy zużyłby 7 V * 1,5 A = 10,5 W ciepła, co byłoby wyzwaniem. W przypadku regulatorów liniowych prąd wejściowy = prąd wyjściowy + prąd roboczy. Dla przełączników power in = power out / sprawność.

Nie sprawdziłem części TI, o której wspomniałeś (mógłbym, gdybyś podał link). Istnieją dwie szerokie klasy regulatorów przełączających, z przełącznikami wewnętrznymi i napędzającymi przełączniki zewnętrzne. Jeśli ten regulator jest drugim rodzajem, rozproszenie w części nie będzie stanowiło problemu, ponieważ nie obsługuje bezpośrednio mocy.

Jeśli jest to w pełni zintegrowane rozwiązanie, musisz spojrzeć na rozproszenie. Możesz obliczyć to rozproszenie na podstawie mocy wyjściowej i wydajności. Moc wyjściowa będzie wynosić 5 V * 1,5 A = 7,5 W. Jeśli na przykład przełącznik jest sprawny w 80%, całkowita moc wejściowa wyniesie 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. Różnica między mocą wyjściową a mocą wejściową stanowi moc grzewcza, która w tym przypadku wynosi 1,9 W. Jest to o wiele lepsze niż to, co zrobiłby regulator liniowy, ale wciąż wystarcza ciepła, aby wymagać przemyślenia i planowania.

80% to tylko liczba, którą wybrałem jako przykład. Musisz uważnie spojrzeć na arkusz danych i dobrze zorientować się, jaka wydajność może być w twoim punkcie operacyjnym. Dobre układy przełączające mają wiele wykresów i innych informacji na ten temat.

Kiedy już wiesz, ile watów będzie ogrzewać układ, spójrz na jego specyfikację termiczną, aby zobaczyć, jaki jest spadek temperatury z matrycy do obudowy. Arkusz danych powinien podawać wartość degC na wat. Pomnóż to przez rozproszenie Wattsa, i to o ile gorętsza będzie kostka niż na zewnątrz obudowy. Czasami mówią ci opór cieplny matrycy na otaczające powietrze. Zazwyczaj ma to miejsce, gdy część nie jest przeznaczona do użycia z radiatorem. Tak czy inaczej, dowiesz się, o ile stopni C wyższa będzie temperatura matrycy, niż cokolwiek, co możesz ochłodzić lub z czym sobie poradzić.

Teraz patrzysz na maksymalną temperaturę matrycy, a następnie odejmujesz powyższą wartość spadku temperatury. Jeśli to nie jest nieco więcej niż najgorszy przypadek temperatury otoczenia, masz problem. Jeśli tak, robi się bałagan. Potrzebujesz radiatora, wymuszonego powietrza lub innej części. Przełączniki wyższej mocy są zwykle projektowane dla zewnętrznych elementów przełączających, ponieważ tranzystory mocy występują w przypadkach przeznaczonych do pochłaniania ciepła. Chipy Switchera zwykle nie.

Nie chcę dalej spekulować, więc wróć z liczbami na temat twojej konkretnej sytuacji i możemy kontynuować.

Arkusz danych ma wykres wydajności względem prądu wyjściowego na pierwszej stronie. Dla prądu szczytowego 1,5 A wygląda to na około 91% wydajności. Jeśli dostarcza 7,5 W z wydajnością 91%, marnowałby 0,7 W.

Regulator liniowy obniżający napięcie 12 V do 5 V przy 1,5 A zmarnowałby 10,5 W , dostarczając 7,5 W , co czyni go 42% wydajnym.

Oczywiście przełącznik jest bardziej wydajny i mniej marnotrawny. Są jednak również droższe i trudniejsze w użyciu bez problemów.