Leistungsverlust im Schaltleistungsregler berechnen?

Ich bin neu im Bau von DC / DC-Stromversorgungen (noch ein Universitätsstudent) und habe Grundversorgungen mit einfachen linearen Spannungsreglern gebaut. Ich habe kürzlich die Welt der Schaltnetzteile und deren gesteigerten Wirkungsgrad entdeckt (im Austausch gegen höhere Teilezahlen). Dies ist nützlich, da ich ein Projekt baue, das einen Spitzenstrom von 1,5 A bei 5 V verwenden kann, und eine Quelle von ~ 12 V verwende. Lineare Spannungsregler sind, wie ich zumindest lese, keine gute Auswahl für Hochstromanwendungen, und Wärme wird zu einem Problem.

Ich möchte einen Abwärtsschaltspannungswandler TI TPS5420 verwenden . Mir ist aufgefallen, dass das Gehäuse (8-SOIC) viel kleiner ist als viele Hochstrom-Linearregler, und das wirft die Frage nach der Wärme- und Leistungsableitung auf. Linearregler können große Kühlkörper und größere Gehäuse bei "höheren Strömen" erfordern (> 1A, hängt jedoch wirklich von anderen Faktoren wie Eingangsspannung, Ausgangsspannung usw. ab).

Kann mir jemand helfen, wie ich die durch Wärme auf diesem Chip abgegebene Leistung berechnen würde und ob ich mir Sorgen machen sollte, dass der IC zu heiß ist, um ihn zu berühren? Obwohl der IC effizienter ist als ein großer Linearregler, ist er auch viel kleiner und hat kein Wärmeleitpad - dies macht mir Sorgen darüber, wie die Wärme abgeführt wird. Oder überdenke ich das Thema nur?

Sie haben Recht, dass ein Umschalter für Ihre Anwendung viel sinnvoller ist (12 V Eingang, 5 V 1,5 A Ausgang) als ein Linearregler. Ein linearer Motor würde 7 V * 1,5 A = 10,5 W Wärme verschwenden, was eine Herausforderung wäre, ihn loszuwerden. Bei Linearreglern ist Strom ein = Strom aus + Betriebsstrom. Bei Umschaltern Power In = Power Out / Effizienz.

Ich habe den von Ihnen erwähnten TI-Teil nicht nachgeschlagen (möglicherweise, wenn Sie einen Link angegeben haben). Es gibt zwei große Klassen von Schaltreglern: solche mit internen Schaltern und solche, die externe Schalter ansteuern. Wenn dieser Regler die zweite Art ist, ist die Verlustleistung im Teil kein Problem, da er die Leistung nicht direkt handhabt.

Wenn es sich um eine vollständig integrierte Lösung handelt, müssen Sie sich mit der Verlustleistung befassen. Sie können diese Verlustleistung aus der Ausgangsleistung und dem Wirkungsgrad berechnen. Die Ausgangsleistung beträgt 5 V * 1,5 A = 7,5 W. Wenn der Umschalter beispielsweise einen Wirkungsgrad von 80% aufweist, beträgt die gesamte Eingangsleistung 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. Der Unterschied zwischen der Ausgangsleistung und der Eingangsleistung ist die Heizleistung, die in diesem Fall 1,9 W beträgt. Das ist viel besser als das, was ein Linearregler tun würde, aber es ist immer noch genug Wärme, um einige Überlegungen und Planungen zu erfordern.

80% war nur eine Zahl, die ich als Beispiel gewählt habe. Sie müssen sich das Datenblatt genau ansehen und sich eine gute Vorstellung davon machen, wie hoch die Effizienz in Ihrem Betrieb wahrscheinlich ist. Gute Switcher-Chips haben viele Grafiken und andere Informationen dazu.

Sobald Sie wissen, wie viele Watt den Chip erwärmen werden, sehen Sie anhand seiner Wärmespezifikation, wie hoch der Temperaturabfall vom Chip zum Gehäuse ist. Das Datenblatt sollte einen Wert von degC pro Watt enthalten. Multiplizieren Sie dies mit der Wattleistung, und das ist, wie viel heißer die Matrize sein wird als die Außenseite des Gehäuses. Manchmal sagen sie Ihnen den Wärmewiderstand von der Matrize zur Umgebungsluft. Dies ist normalerweise der Fall, wenn das Teil nicht für die Verwendung mit einem Kühlkörper vorgesehen ist. In beiden Fällen ist der Würfel um so viel Grad Celsius heißer als alles, was Sie abkühlen oder bewältigen können.

Nun sehen Sie sich die maximale Temperatur an und subtrahieren dann den obigen Wert für den Temperaturabfall. Wenn dies nicht mindestens ein wenig über Ihrer ungünstigsten Umgebungslufttemperatur liegt, haben Sie ein Problem. Wenn ja, wird es chaotisch. Sie benötigen entweder einen Kühlkörper, Druckluft oder ein anderes Teil. Schalter mit höherer Leistung sind normalerweise für externe Schalterelemente ausgelegt, da Leistungstransistoren in Fällen geliefert werden, in denen Wärme versenkt werden soll. Switcher-Chips normalerweise nicht.

Ich möchte nicht weiter spekulieren, also kommen Sie mit Zahlen über Ihre spezielle Situation zurück, und wir können von dort aus fortfahren.

Das Datenblatt enthält auf der ersten Seite ein Diagramm zum Wirkungsgrad gegenüber dem Ausgangsstrom. Bei einem Spitzenstrom von 1,5 A sieht es ungefähr 91% effizient aus. Wenn es 7,5 W bei einem Wirkungsgrad von 91% liefert, würde es 0,7 W von sich selbst verschwenden.

Ein Linearregler, der 12 V auf 5 V bei 1,5 A abfällt, würde 10,5 W verschwenden, während er 7,5 W liefert , was ihn zu einem Wirkungsgrad von 42% macht.

Offensichtlich ist der Umschalter effizienter und weniger verschwenderisch. Sie sind jedoch tendenziell auch teurer und ohne Probleme schwieriger zu verwenden.