Calcolo della perdita di potenza nel regolatore di potenza di commutazione?

Sono nuovo nella costruzione di alimentatori CC / CC (ancora uno studente universitario) e ho costruito forniture di base utilizzando semplici regolatori di tensione lineari. Di recente ho scoperto il mondo degli alimentatori a commutazione e la loro maggiore efficienza (in cambio di conteggi di parti superiori). Questo è utile dal momento che sto costruendo un progetto in grado di utilizzare una corrente di picco di 1,5 A a 5 V e sto usando una fonte da ~ 12V. I regolatori di tensione lineari, almeno da quello che sto leggendo, non sono una buona scelta per applicazioni ad alta corrente e il calore diventa un problema.

Voglio utilizzare un convertitore di tensione di commutazione step down TI TPS5420 . Ho notato che il pacchetto (8-SOIC) è molto più piccolo di molti regolatori lineari ad alta corrente, e questo solleva la questione sulla dissipazione di calore e potenza. I regolatori lineari possono richiedere grandi dissipatori di calore e pacchetti più grandi a "correnti più elevate" (> 1A, ma contano davvero su altri fattori come la tensione di ingresso, la tensione di uscita, ecc.).

Qualcuno può aiutarmi a capire come calcolare la potenza dissipata dal calore su questo chip e se dovessi preoccuparmi che l'IC sia troppo caldo per essere toccato? Anche se l'IC è più efficiente di un grande regolatore lineare, è anche molto più piccolo e non ha un pad termico - questo mi fa preoccupare di come viene dissipato il calore. O sto solo pensando troppo al problema?

Hai ragione nel dire che uno switcher ha molto più senso per la tua applicazione (12V in, 5V 1.5A in uscita) rispetto a un regolatore lineare. Un lineare perderebbe 7 V * 1,5 A = 10,5 W in calore, il che sarebbe una sfida per sbarazzarsi di. Per regolatori lineari, corrente in = corrente in uscita + corrente di funzionamento. Per switcher power in = power out / efficienza.

Non ho cercato la parte TI che menzioni (potrei avere se tu avessi fornito un link). Esistono due grandi classi di regolatori di commutazione, quelli con switch interni e quelli che pilotano switch esterni. Se questo regolatore è del secondo tipo, la dissipazione nella parte non sarà un problema poiché non gestisce direttamente la potenza.

Se si tratta di una soluzione completamente integrata, è necessario esaminare la dissipazione. È possibile calcolare questa dissipazione dalla potenza di uscita e dall'efficienza. L'uscita sarà 5 V * 1,5 A = 7,5 W. Se lo switcher è efficiente all'80%, ad esempio, la potenza totale in ingresso sarà di 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. La differenza tra la potenza di uscita e la potenza di ingresso è la potenza di riscaldamento, che in questo caso è 1,9 W. È molto meglio di quello che farebbe un regolatore lineare, ma è ancora abbastanza calore da richiedere un po 'di pensiero e pianificazione.

L'80% era solo un numero che ho scelto come esempio. È necessario esaminare attentamente la scheda tecnica e avere una buona idea dell'efficienza che sarà probabilmente nel punto operativo. I buoni chip switcher hanno molti grafici e altre informazioni al riguardo.

Una volta che sai quanti watt riscalderanno il chip, guardi le sue specifiche termiche per vedere qual è la caduta di temperatura dalla matrice alla custodia. Il foglio dati dovrebbe fornire un valore degC per Watt. Moltiplicalo per la dissipazione di Watts e questo è quanto più caldo sarà il dado rispetto all'esterno del case. A volte ti dicono la resistenza termica dal dado all'aria ambiente. Questo di solito è il caso in cui la parte non è destinata all'uso con un dissipatore di calore. Ad ogni modo, scopri quanti gradi C saranno più caldi del dado rispetto a qualsiasi cosa tu possa raffreddare o affrontare.

Ora si osserva la massima temperatura del dado, quindi si sottrae il valore di rilascio della temperatura sopra indicato. Se questo non è almeno un po 'superiore alla temperatura dell'aria ambiente peggiore, allora hai un problema. Se è così, diventa disordinato. O hai bisogno di un dissipatore di calore, aria forzata o utilizzare una parte diversa. Gli switcher di potenza superiore sono generalmente progettati per elementi di commutazione esterni poiché i transistor di potenza vengono forniti in casi destinati ad essere affondati a caldo. I chip dello switcher di solito no.

Non voglio continuare a speculare, quindi torna con i numeri sulla tua situazione particolare e possiamo continuare da lì.

Il foglio dati ha un grafico di efficienza vs corrente di uscita sulla prima pagina. Per 1,5 A di corrente di picco, sembra efficiente al 91% circa. Se fornisce 7,5 W con un'efficienza del 91%, sprecherebbe 0,7 W da solo.

Un regolatore lineare che scende da 12 V a 5 V a 1,5 A sprecherebbe 10,5 W fornendo 7,5 W , rendendolo efficiente del 42%.

Ovviamente, lo switcher è più efficiente e meno dispendioso. Tuttavia, tendono anche ad essere più costosi e più difficili da usare senza problemi.