Я новичок в создании источников питания постоянного/постоянного тока (все еще учусь в университете) и построил базовые источники питания, используя простые линейные регуляторы напряжения. Недавно я открыл для себя мир импульсных источников питания и их повышенную эффективность (в обмен на большее количество деталей). Это полезно, так как я создаю проект, который может использовать пиковый ток 1,5 А при 5 В, и я использую источник ~ 12 В. Линейные регуляторы напряжения, по крайней мере, из того, что я читаю, не являются хорошим выбором для сильноточных приложений, и тепло становится проблемой.
Я хочу использовать понижающий преобразователь напряжения TI TPS5420 . Я заметил, что корпус (8-SOIC) намного меньше, чем у многих сильноточных линейных стабилизаторов, и это поднимает вопрос о рассеивании тепла и мощности. Для линейных регуляторов могут потребоваться большие радиаторы и более крупные корпуса при «более высоких токах» (> 1 А, но на самом деле они учитывают другие факторы, такие как входное напряжение, выходное напряжение и т. д.).
Может ли кто-нибудь помочь мне, как рассчитать мощность, рассеиваемую за счет тепла на этом чипе, и стоит ли мне беспокоиться о том, что микросхема слишком горячая, чтобы до нее можно было дотронуться? Несмотря на то, что микросхема более эффективна, чем большой линейный регулятор, она также намного меньше и не имеет термопрокладки — это заставляет меня беспокоиться о том, как рассеивается тепло. Или я просто преувеличиваю проблему?
Вы правы в том, что переключатель имеет гораздо больше смысла для вашего приложения (12 В на входе, 5 В 1,5 А на выходе), чем линейный регулятор. Линейка будет тратить 7 В * 1,5 А = 10,5 Вт на тепло, избавиться от которого будет непросто. Для линейных регуляторов входной ток = выходной ток + рабочий ток. Для коммутаторов входная мощность = выходная мощность / эффективность.
Я не искал упомянутую вами часть TI (мог бы, если бы вы предоставили ссылку). Существует два широких класса импульсных регуляторов: с внутренними переключателями и с внешними переключателями. Если этот регулятор относится ко второму типу, то рассеяние в части не будет проблемой, поскольку она не управляет мощностью напрямую.
Если это полностью интегрированное решение, вам нужно обратить внимание на рассеяние. Вы можете вычислить это рассеивание по выходной мощности и эффективности. На выходе будет 5 В * 1,5 А = 7,5 Вт. Например, если коммутатор имеет КПД 80%, то общая входная мощность составит 7,5 Вт / 0,8 = 9,4 Вт. Разница между выходной мощностью и входной мощностью составляет мощность нагрева, которая в данном случае составляет 1,9 Вт. Это намного лучше, чем то, что сделал бы линейный регулятор, но все еще достаточно тепла, чтобы потребовать некоторого размышления и планирования.
80% — это просто число, которое я выбрал для примера. Вам нужно внимательно изучить техническое описание и получить представление о том, какой КПД может быть в вашей рабочей точке. Хорошие микросхемы коммутатора имеют много графиков и другой информации об этом.
Как только вы узнаете, сколько ватт будет нагревать чип, вы посмотрите на его тепловые характеристики, чтобы увидеть, каково падение температуры от кристалла до корпуса. В таблице данных должно быть указано значение градуса Цельсия на ватт. Умножьте это на тепловыделение в ваттах, и вы поймете, насколько горячее будет кристалл, чем внешняя часть корпуса. Иногда они говорят вам о тепловом сопротивлении кристалла окружающему воздуху. Обычно это происходит, когда деталь не предназначена для использования с радиатором. В любом случае, вы обнаружите, на сколько градусов C горячее будет кристалл, чем все, что вы можете охладить или с чем иметь дело.
Теперь вы смотрите на максимальную температуру кристалла, а затем вычитаете из приведенного выше значения падения температуры. Если она хотя бы немного превышает наихудшую температуру окружающего воздуха, то у вас есть проблема. Если это так, это становится грязным. Вам либо нужен радиатор, принудительная подача воздуха, либо вы используете другую деталь. Коммутаторы большей мощности обычно предназначены для внешних переключающих элементов, поскольку силовые транзисторы поставляются в корпусах, предназначенных для теплоотвода. Микросхемы коммутатора обычно этого не делают.
Я не хочу продолжать спекулировать, так что вернитесь с цифрами о вашей конкретной ситуации, и мы можем продолжить оттуда.
В техническом описании на первой странице есть график зависимости эффективности от выходного тока. При пиковом токе 1,5 А он выглядит примерно на 91% эффективнее. Если он выдает 7,5 Вт с эффективностью 91%, он теряет 0,7 Вт.
Линейный регулятор, понижающий напряжение с 12 В до 5 В при токе 1,5 А, потреблял бы 10,5 Вт при мощности 7,5 Вт , что делает его КПД 42%.
Очевидно, что коммутатор является более эффективным и менее расточительным. Однако они также имеют тенденцию быть более дорогими и более сложными в использовании без проблем.
Стивен Коллингс