Calcul de la perte de puissance dans le régulateur de puissance de commutation?

Je suis nouveau dans la construction d'alimentations DC / DC (toujours étudiant) et j'ai construit des alimentations de base à l'aide de simples régulateurs de tension linéaires. J'ai récemment découvert le monde des alimentations à découpage et leur efficacité accrue (en échange d'un nombre de pièces plus élevé). Ceci est utile car je construis un projet qui peut utiliser un courant de crête de 1,5 A à 5 V, et j'utilise une source ~ 12V. Les régulateurs de tension linéaires ne sont pas, du moins ce que je lis, une bonne sélection pour les applications à courant élevé et la chaleur devient un problème.

Je souhaite utiliser un convertisseur de tension de commutation abaisseur TI TPS5420 . J'ai remarqué que le boîtier (8-SOIC) est beaucoup plus petit que de nombreux régulateurs linéaires à courant élevé, ce qui soulève la question de la dissipation de la chaleur et de la puissance. Les régulateurs linéaires peuvent nécessiter de grands dissipateurs thermiques et des boîtiers plus grands à des "courants plus élevés" (> 1A, mais comptent vraiment sur d'autres facteurs comme la tension d'entrée, la tension de sortie, etc.).

Quelqu'un peut-il m'aider à calculer la puissance dissipée par la chaleur sur cette puce et si je dois m'inquiéter que le circuit intégré soit trop chaud pour être touché? Même si le circuit intégré est plus efficace qu'un grand régulateur linéaire, il est également beaucoup plus petit et n'a pas de tampon thermique - cela me fait me soucier de la façon dont la chaleur est dissipée. Ou suis-je en train de trop réfléchir au problème?

Vous avez raison en ce sens qu'un commutateur a beaucoup plus de sens pour votre application (entrée 12V, sortie 5V 1.5A) qu'un régulateur linéaire. Un linéaire gaspillerait 7 V * 1,5 A = 10,5 W en chaleur, ce qui serait difficile à éliminer. Pour les régulateurs linéaires, courant entrant = courant sortant + courant de fonctionnement. Pour les commutateurs power in = power out / efficacité.

Je n'ai pas recherché la partie TI que vous mentionnez (j'aurais pu si vous aviez fourni un lien). Il existe deux grandes catégories de régulateurs de commutation, ceux avec interrupteurs internes et ceux qui entraînent des interrupteurs externes. Si ce régulateur est du deuxième type, la dissipation dans la pièce ne sera pas un problème car il ne gère pas directement la puissance.

S'il s'agit d'une solution entièrement intégrée, vous devez vous pencher sur la dissipation. Vous pouvez calculer cette dissipation à partir de la puissance de sortie et de l'efficacité. La sortie sera 5V * 1,5A = 7,5W. Si le commutateur est efficace à 80%, par exemple, la puissance d'entrée totale sera de 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. La différence entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée est la puissance de chauffage, qui dans ce cas est de 1,9W. C'est bien mieux que ce qu'un régulateur linéaire ferait, mais c'est encore assez de chaleur pour nécessiter une réflexion et une planification.

80% n'était qu'un chiffre que j'ai choisi comme exemple. Vous devez lire attentivement la fiche technique et vous faire une bonne idée de l'efficacité susceptible d'être à votre point de fonctionnement. Les bonnes puces de commutation ont beaucoup de graphiques et d'autres informations à ce sujet.

Une fois que vous savez combien de watts chaufferont la puce, vous regardez ses spécifications thermiques pour voir quelle est la chute de température de la matrice au boîtier. La fiche technique devrait vous donner une valeur degC par Watt. Multipliez cela par la dissipation de Watts, et c'est à quel point le dé sera plus chaud que l'extérieur du boîtier. Parfois, ils vous indiquent la résistance thermique de la filière à l'air ambiant. C'est généralement le cas lorsque la pièce n'est pas destinée à être utilisée avec un dissipateur thermique. Quoi qu'il en soit, vous trouverez combien de degrés C plus chauds le dé sera que tout ce que vous pouvez refroidir ou gérer.

Maintenant, vous regardez la température maximale du dé, puis soustrayez la valeur de baisse de température ci-dessus. Si ce n'est pas au moins un peu au-dessus de votre pire température ambiante, alors vous avez un problème. Si c'est le cas, cela devient désordonné. Vous avez besoin d'un dissipateur de chaleur, d'air forcé ou utilisez une pièce différente. Les commutateurs de puissance supérieure sont généralement conçus pour des éléments de commutation externes car les transistors de puissance sont fournis dans des boîtiers destinés à être coulés par la chaleur. Les puces Switcher ne le font généralement pas.

Je ne veux pas continuer à spéculer, alors revenez avec des chiffres sur votre situation particulière, et nous pouvons continuer à partir de là.

La fiche technique a un graphique efficacité vs courant de sortie sur la première page. Pour un courant de crête de 1,5 A, il semble efficace à environ 91%. S'il fournit 7,5 W à une efficacité de 91%, il gaspillerait 0,7 W de lui-même.

Un régulateur linéaire chutant de 12 V à 5 V à 1,5 A gaspillerait 10,5 W tout en fournissant 7,5 W , ce qui le rend efficace à 42%.

De toute évidence, le commutateur est plus efficace et moins de gaspillage. Cependant, ils ont également tendance à être plus chers et plus difficiles à utiliser sans problème.