Ich bin neu in der Konstruktion von DC/DC-Netzteilen (noch Student) und habe Grundversorgungen mit einfachen linearen Spannungsreglern gebaut. Ich habe kürzlich die Welt der Schaltnetzteile und deren gesteigerte Effizienz (im Austausch für höhere Teilezahlen) entdeckt. Dies ist nützlich, da ich ein Projekt baue, das 1,5 A Spitzenstrom bei 5 V verwenden kann, und ich eine ~ 12-V-Quelle verwende. Lineare Spannungsregler sind, zumindest was ich lese, keine gute Wahl für Hochstromanwendungen und Hitze wird zu einem Problem.
Ich möchte einen TI TPS5420 Abwärtsschaltspannungswandler verwenden . Mir ist aufgefallen, dass das Gehäuse (8-SOIC) viel kleiner ist als viele Hochstrom-Linearregler, und das wirft die Frage nach Wärme- und Leistungsverlust auf. Linearregler können große Kühlkörper und größere Gehäuse bei "höheren Strömen" (> 1A, zählen aber wirklich auf andere Faktoren wie Eingangsspannung, Ausgangsspannung usw.) erfordern.
Kann mir jemand helfen, wie ich die durch Wärme auf diesem Chip verbrauchte Leistung berechnen würde und ob ich mir Sorgen machen sollte, dass der IC zu heiß zum Anfassen ist? Obwohl der IC effizienter ist als ein großer Linearregler, ist er auch viel kleiner und hat kein Wärmeleitpad - das 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 Linear würde 7 V * 1,5 A = 10,5 W an Wärme verschwenden, was eine Herausforderung wäre, sie loszuwerden. Bei Linearreglern ist Stromeingang = Stromausgang + Betriebsstrom. Für Umschalter Power in = Power out / Effizienz.
Ich habe den von Ihnen erwähnten TI-Teil nicht nachgeschlagen (möglicherweise, wenn Sie einen Link angegeben hätten). Es gibt zwei große Klassen von Schaltreglern, solche mit internen Schaltern und solche, die externe Schalter ansteuern. Wenn es sich bei diesem Regler um die zweite Art handelt, ist die Verlustleistung in dem 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. Der Ausgang beträgt 5 V * 1,5 A = 7,5 W. Wenn der Umschalter beispielsweise einen Wirkungsgrad von 80 % hat, beträgt die Gesamteingangsleistung 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. Die Differenz 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 linearer Regler tun würde, aber es ist immer noch genug Wärme, um etwas Nachdenken und Planung zu erfordern.
80 % war nur eine Zahl, die ich als Beispiel gewählt habe. Sie müssen sich das Datenblatt genau ansehen und eine gute Vorstellung davon bekommen, welche Effizienz an Ihrem Betriebspunkt wahrscheinlich ist. Gute Switcher-Chips haben viele Grafiken und andere Informationen dazu.
Sobald Sie wissen, wie viele Watt den Chip erhitzen werden, sehen Sie sich seine thermischen Spezifikationen an, um zu sehen, wie hoch der Temperaturabfall vom Chip zum Gehäuse ist. Das Datenblatt sollte Ihnen einen degC pro Watt-Wert geben. Multiplizieren Sie das mit der Verlustleistung in Watt, und das ist, wie viel heißer der Chip wird als die Außenseite des Gehäuses. Manchmal geben sie Ihnen den Wärmewiderstand des Chips zur Umgebungsluft an. Dies ist normalerweise der Fall, wenn das Teil nicht mit einem Kühlkörper verwendet werden soll. In jedem Fall finden Sie heraus, wie viel Grad Celsius der Würfel heißer sein wird als alles, was Sie kühlen oder behandeln können.
Jetzt sehen Sie sich die maximale Die-Temperatur an und ziehen dann den obigen Temperaturabfallwert ab. Wenn dies nicht mindestens ein wenig über Ihrer Umgebungslufttemperatur im schlimmsten Fall liegt, dann haben Sie ein Problem. Wenn ja, wird es chaotisch. Sie benötigen entweder einen Kühlkörper, Zwangsbelüftung oder verwenden ein anderes Teil. Leistungsschalter mit höherer Leistung sind normalerweise für externe Schaltelemente ausgelegt, da Leistungstransistoren in Gehäusen geliefert werden, die für eine Wärmesenke vorgesehen sind. Switcher-Chips tun dies normalerweise nicht.
Ich möchte nicht weiter spekulieren, also kommen Sie mit Zahlen über Ihre spezielle Situation zurück, und wir können von dort aus weitermachen.
Das Datenblatt enthält auf der ersten Seite ein Diagramm zwischen Wirkungsgrad und Ausgangsstrom. Für 1,5 A Spitzenstrom sieht es etwa 91 % effizient aus. Wenn es 7,5 W bei einem Wirkungsgrad von 91 % liefert, würde es 0,7 W von sich selbst verschwenden.
Ein linearer Regler, der 12 V auf 5 V bei 1,5 A absenkt, würde 10,5 W verschwenden, während er 7,5 W liefert , was einem Wirkungsgrad von 42 % entspricht.
Offensichtlich ist der Switcher effizienter und weniger verschwenderisch. Sie sind jedoch tendenziell auch teurer und schwieriger ohne Probleme zu verwenden.
Stefan Collings