Расчет потери мощности в импульсном регуляторе мощности?

Я новичок в разработке источников питания постоянного тока (еще студент университета) и создал базовые источники питания с использованием простых линейных регуляторов напряжения. Недавно я открыл для себя мир импульсных источников питания и их повышенной эффективности (в обмен на большее количество деталей). Это полезно, поскольку я создаю проект, который может использовать пиковый ток 1,5 А при 5 В, и использую источник ~ 12 В. Линейные регуляторы напряжения, по крайней мере, из того, что я читаю, не являются хорошим выбором для приложений с большим током, и нагрев становится проблемой.

Я хочу использовать понижающий преобразователь напряжения TI TPS5420 . Я заметил, что пакет (8-SOIC) намного меньше, чем многие сильноточные линейные регуляторы, и это поднимает вопрос о рассеивании тепла и энергии. Для линейных регуляторов могут потребоваться большие радиаторы и большие пакеты при «более высоких токах» (> 1 А, но в действительности они рассчитывают на другие факторы, такие как входное напряжение, выходное напряжение и т. Д.).

Может ли кто-нибудь помочь мне определить, как я могу рассчитать мощность, рассеиваемую при нагревании на этом чипе, и не стоит ли мне беспокоиться о том, что ИС слишком горячая для прикосновения? Хотя микросхема более эффективна, чем большой линейный регулятор, она также намного меньше и не имеет термопары - это заставляет меня беспокоиться о том, как рассеивается тепло. Или я просто обдумываю проблему?

Вы правы в том, что переключатель имеет гораздо больше смысла для вашего приложения (12В, 5В 1,5А), чем линейный регулятор. Линейный поглотит тепло 7 В * 1,5 А = 10,5 Вт, от которого будет сложно избавиться. Для линейных регуляторов ток на входе = ток на выходе + рабочий ток. Для коммутаторов power in = power out / КПД.

Я не посмотрел ту часть TI, о которой вы упомянули (возможно, если бы вы предоставили ссылку). Существует два широких класса переключающих регуляторов: с внутренними переключателями и с внешними переключателями. Если этот регулятор относится ко второму типу, то рассеяние в части не будет проблемой, так как он не обрабатывает энергию напрямую.

Если это полностью интегрированное решение, то вам нужно посмотреть на рассеивание. Вы можете рассчитать это рассеивание от выходной мощности и эффективности. Выход будет 5 В * 1,5 А = 7,5 Вт. Например, если эффективность коммутатора составляет 80%, то общая потребляемая мощность составит 7,5 Вт / 0,8 = 9,4 Вт. Разница между выходной мощностью и входной мощностью составляет мощность нагрева, которая в этом случае составляет 1,9 Вт. Это намного лучше, чем то, что делал бы линейный регулятор, но все еще достаточно тепла, чтобы потребовать некоторого обдумывания и планирования.

80% было просто число, которое я выбрал в качестве примера. Вам необходимо внимательно изучить таблицу и понять, какая эффективность может быть в вашей рабочей точке. У хороших чипов микшера есть много графиков и другой информации об этом.

Как только вы узнаете, сколько ватт будет нагревать чип, вы посмотрите его тепловые характеристики, чтобы увидеть, каково падение температуры от матрицы к корпусу. Таблица данных должна дать вам значение градуса Цельсия на ватт. Умножьте это на рассеивание ватт, и вот, насколько горячее будет кристалл, чем снаружи корпуса. Иногда они говорят вам тепловое сопротивление от матрицы к окружающему воздуху. Это обычно тот случай, когда деталь не предназначена для использования с радиатором. В любом случае, вы обнаружите, насколько градус С будет выше, чем у кубика, чем все, что вы можете охладить или иметь дело с ним.

Теперь вы смотрите на максимальную временную температуру, затем вычитаете значение падения температуры, указанное выше. Если это не намного выше вашей температуры окружающего воздуха в худшем случае, у вас есть проблема. Если так, это становится грязным. Вам либо нужен радиатор, нагнетаемый воздух, либо используйте другую деталь. Переключатели с более высокой мощностью обычно предназначены для внешних переключающих элементов, поскольку силовые транзисторы поставляются в случаях, предназначенных для нагрева. Микросхемы Switcher обычно этого не делают.

Я не хочу продолжать спекулировать, поэтому возвращайтесь с цифрами о вашей конкретной ситуации, и мы можем продолжить с этого момента.

Таблица данных имеет график зависимости эффективности от выходного тока на первой странице. При пиковом токе 1,5 А он выглядит эффективным примерно на 91%. Если он потребляет 7,5 Вт с КПД 91%, он теряет 0,7 Вт от себя.

Линейный регулятор, подающий 12 В до 5 В при 1,5 А, будет терять 10,5 Вт при подаче 7,5 Вт , что повышает его эффективность на 42%.

Очевидно, что коммутатор является более эффективным и менее расточительным. Они также имеют тенденцию быть более дорогими и более сложными в использовании без проблем.