Menghitung Kehilangan Daya di Switching Power Regulator?

Saya baru mengenal konstruksi catu daya DC / DC (masih mahasiswa) dan telah membangun pasokan dasar menggunakan regulator tegangan linier sederhana. Baru-baru ini saya menemukan dunia beralih pasokan listrik dan peningkatan efisiensi mereka (dengan imbalan jumlah bagian yang lebih tinggi). Ini berguna karena saya sedang membangun proyek yang dapat menggunakan arus puncak 1.5A pada 5V, dan saya menggunakan ~ 12V sumber. Regulator Tegangan Linier, dari apa yang saya baca setidaknya, bukan pilihan yang baik untuk aplikasi arus tinggi dan panas menjadi masalah.

Saya ingin menggunakan step down switching konverter tegangan TI TPS5420 . Saya perhatikan paket (8-SOIC) jauh lebih kecil daripada banyak regulator linier arus tinggi, dan itu menimbulkan pertanyaan tentang panas dan disapasi daya. Regulator linier dapat memerlukan heatsink besar dan paket yang lebih besar pada "arus lebih tinggi" (> 1A, tetapi sangat bergantung pada faktor-faktor lain seperti tegangan input, tegangan output, dll).

Dapatkah seseorang membantu saya melalui bagaimana saya akan menghitung daya yang dihamburkan melalui panas pada chip ini dan jika saya harus khawatir tentang IC yang terlalu panas untuk disentuh? Meskipun IC lebih efisien daripada regulator linier besar, ini juga jauh lebih kecil dan tidak memiliki panel termal - ini membuat saya khawatir tentang bagaimana panasnya hilang. Atau saya hanya terlalu memikirkan masalah?

Anda benar bahwa switcher jauh lebih masuk akal untuk aplikasi Anda (12V in, 5V 1.5A out) daripada regulator linier. Linear akan membuang 7V * 1.5A = 10.5W dalam panas, yang akan sulit untuk dihilangkan. Untuk regulator linier, arus dalam = arus keluar + arus operasi. Untuk daya switchers = daya keluar / efisiensi.

Saya belum melihat bagian TI yang Anda sebutkan (mungkin saya miliki jika Anda memberikan tautan). Ada dua kelas regulator switching yang luas, yaitu sakelar internal dan sakelar eksternal. Jika regulator ini adalah jenis kedua, maka disipasi pada bagian tersebut tidak akan menjadi masalah karena tidak menangani daya secara langsung.

Jika ini adalah solusi yang sepenuhnya terintegrasi, maka Anda harus melihat disipasi. Anda dapat menghitung disipasi ini dari daya output dan efisiensi. Outputnya adalah 5V * 1.5A = 7.5W. Jika switcher efisien 80%, misalnya, maka total daya input akan menjadi 7,5W / 0,8 = 9,4W. Perbedaan antara daya output dan daya input adalah daya pemanas, yang dalam hal ini adalah 1.9W. Itu jauh lebih baik daripada apa yang akan dilakukan oleh regulator linier, tetapi masih cukup panas untuk memerlukan pemikiran dan perencanaan.

80% adalah angka yang saya ambil sebagai contoh. Anda perlu melihat lembar data dengan hati-hati dan mendapatkan ide yang bagus efisiensi apa yang mungkin terjadi pada titik operasi Anda. Chip switcher yang baik memiliki banyak grafik dan informasi lain tentang ini.

Setelah Anda tahu berapa Watt yang akan memanaskan chip, Anda melihat spesifikasi termal untuk melihat berapa penurunan suhu dari die ke case. Lembar data harus memberi Anda nilai degC per Watt. Lipat gandakan dengan disipasi Watts, dan itulah berapa banyak mati yang akan lebih panas daripada bagian luar kasing. Terkadang mereka memberi tahu Anda ketahanan termal dari cetakan ke udara sekitar. Ini biasanya terjadi ketika bagian tidak dimaksudkan untuk digunakan dengan pendingin. Apa pun itu, Anda akan menemukan berapa deg yang lebih panas daripada yang bisa Anda dinginkan atau atasi.

Sekarang Anda melihat max die temp, lalu kurangi nilai drop temp di atas. Jika itu tidak sedikit di atas suhu udara sekitar terburuk Anda, maka Anda memiliki masalah. Jika demikian, itu akan berantakan. Anda membutuhkan heat sink, udara paksa, atau menggunakan bagian lain. Switcher daya tinggi biasanya dirancang untuk elemen switch eksternal karena transistor daya datang dalam kasus yang dimaksudkan untuk menjadi panas tenggelam. Chip switcher biasanya tidak.

Saya tidak ingin berspekulasi, jadi kembalilah dengan nomor tentang situasi khusus Anda, dan kita dapat melanjutkan dari sana.

Lembar data memiliki efisiensi vs grafik arus keluaran di halaman pertama. Untuk arus puncak 1,5 A, tampaknya efisien sekitar 91%. Jika memasok 7,5 W pada efisiensi 91%, itu akan membuang 0,7 W dari dirinya sendiri.

Regulator linier yang menjatuhkan 12 V ke 5 V pada 1,5 A akan menyia-nyiakan 10,5 W sambil memasok 7,5 W , menjadikannya 42% efisien.

Jelas, switcher lebih efisien dan tidak boros. Mereka juga cenderung lebih mahal dan lebih sulit untuk digunakan tanpa masalah.