Cálculo da perda de energia no regulador de potência de comutação?

Eu sou novo na construção de fontes de alimentação CC / CC (ainda estudante universitário) e construí fontes básicas usando simples reguladores de tensão lineares. Descobri recentemente o mundo da troca de fontes de alimentação e sua maior eficiência (em troca de contagens de peças mais altas). Isso é útil, pois estou construindo um projeto que pode usar uma corrente de pico de 1,5 A a 5V e estou usando uma fonte de ~ 12V. Reguladores de tensão linear, pelo menos pelo que estou lendo, não são uma boa seleção para aplicações de alta corrente e o calor se torna um problema.

Estou querendo usar um conversor de tensão de comutação gradual TPS5420 da TI . Notei que o pacote (8-SOIC) é muito menor do que muitos reguladores lineares de alta corrente, e isso levanta a questão sobre a dissipação de calor e energia. Os reguladores lineares podem exigir grandes dissipadores de calor e pacotes maiores com "correntes mais altas" (> 1A, mas realmente contam com outros fatores, como tensão de entrada, tensão de saída, etc.).

Alguém pode me ajudar com como eu calcularia a energia dissipada através do calor neste chip e se eu deveria me preocupar com o IC estar quente demais para tocar? Embora o CI seja mais eficiente que um grande regulador linear, ele também é muito menor e não possui uma almofada térmica - isso me preocupa com a forma como o calor é dissipado. Ou estou apenas pensando demais no assunto?

Você está certo no fato de que um comutador faz muito mais sentido para sua aplicação (12V, 5V 1,5A) do que um regulador linear. Um linear desperdiçaria 7V * 1.5A = 10.5W no calor, o que seria um desafio para se livrar. Para reguladores lineares, entrada de corrente = saída de corrente + corrente de operação. Para comutadores, entrada de energia = saída de energia / eficiência.

Eu não procurei a parte da TI que você mencionou (eu poderia ter se você tivesse fornecido um link). Existem duas grandes classes de reguladores de comutação, aqueles com comutadores internos e aqueles que acionam comutadores externos. Se esse regulador for o segundo tipo, a dissipação da peça não será um problema, pois não está lidando com a energia diretamente.

Se é uma solução totalmente integrada, é necessário analisar a dissipação. Você pode calcular essa dissipação a partir da potência de saída e da eficiência. A saída será 5V * 1.5A = 7.5W. Se o comutador for 80% eficiente, por exemplo, a potência total de entrada será 7,5W / 0,8 = 9,4W. A diferença entre a potência de saída e a potência de entrada é a potência de aquecimento, que neste caso é de 1,9W. Isso é muito melhor do que o que um regulador linear faria, mas ainda é calor suficiente para exigir alguma reflexão e planejamento.

80% foi apenas um número que escolhi como exemplo. Você precisa olhar atentamente a folha de dados e ter uma boa idéia de qual é a probabilidade de eficiência no seu ponto de operação. Bons chips comutadores têm muitos gráficos e outras informações sobre isso.

Depois de saber quantos Watts aquecerão o chip, você analisa as especificações térmicas para ver qual é a queda de temperatura da matriz para o gabinete. A folha de dados deve fornecer um valor de degC por Watt. Multiplique isso pela dissipação de Watts, e isso é o quanto mais quente o dado será do que a parte externa do gabinete. Às vezes, eles dizem a resistência térmica do dado ao ar ambiente. Geralmente é o caso quando a peça não se destina a ser usada com um dissipador de calor. De qualquer maneira, você encontrará quantos graus C mais quentes o dado será do que qualquer coisa com a qual possa se refrescar ou lidar.

Agora você olha para a temperatura máxima da matriz e subtrai o valor da queda de temperatura acima. Se isso não é, no mínimo, um pouco acima da temperatura do ar ambiente pior, você tem um problema. Nesse caso, fica confuso. Você precisa de um dissipador de calor, ar forçado ou usa uma peça diferente. Os comutadores de energia mais altos geralmente são projetados para elementos de comutação externos, porque os transistores de energia são fornecidos em casos destinados a serem afundados pelo calor. Switcher chips geralmente não.

Eu não quero continuar especulando, então volte com números sobre sua situação particular e podemos continuar a partir daí.

A folha de dados possui um gráfico de eficiência versus corrente de saída na primeira página. Para uma corrente de pico de 1,5 A, parece cerca de 91% eficiente. Se estiver fornecendo 7,5 W a 91% de eficiência, estaria desperdiçando 0,7 W dele mesmo.

Um regulador linear com queda de 12 V a 5 V a 1,5 A desperdiçaria 10,5 W enquanto fornecia 7,5 W , tornando-o 42% eficiente.

Obviamente, o comutador é mais eficiente e menos dispendioso. Eles também tendem a ser mais caros e mais difíceis de usar sem problemas.