การคำนวณการสูญเสียพลังงานในการเปลี่ยน Power Regulator?

ฉันยังใหม่กับการสร้างแหล่งจ่ายไฟ DC / DC (ยังเป็นนักศึกษามหาวิทยาลัย) และได้สร้างอุปกรณ์พื้นฐานโดยใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นอย่างง่าย ฉันเพิ่งค้นพบโลกของการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของพวกเขา (เพื่อแลกกับจำนวนที่สูงกว่า) สิ่งนี้มีประโยชน์เนื่องจากฉันกำลังสร้างโครงการที่สามารถใช้กระแสสูงสุด 1.5A ที่ 5V และฉันใช้ ~ แหล่ง 12V เครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นจากสิ่งที่ฉันกำลังอ่านอย่างน้อยไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้งานในปัจจุบันและความร้อนกลายเป็นปัญหา

ฉันต้องการที่จะใช้ขั้นตอน TI TPS5420 ลงสลับแปลงแรงดันไฟฟ้า ฉันสังเกตเห็นแพคเกจ (8-SOIC) นั้นเล็กกว่าตัวควบคุมเชิงเส้นกระแสสูงมากและนั่นทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับความร้อนและการสิ้นเปลืองพลังงาน ตัวควบคุมเชิงเส้นอาจต้องการฮีทซิงค์ขนาดใหญ่และแพ็คเกจที่ใหญ่กว่าที่ "กระแสสูง" (> 1A แต่ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ เช่นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าแรงดันขาออก ฯลฯ )

ใครสามารถช่วยฉันได้บ้างว่าฉันจะคำนวณพลังงานที่กระจายไปตามความร้อนบนชิปนี้ได้อย่างไรและถ้าฉันควรกังวลว่า IC ร้อนเกินไปที่จะสัมผัส แม้ว่า IC จะมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวควบคุมเชิงเส้นขนาดใหญ่ แต่ก็มีขนาดเล็กกว่ามากและไม่มีแผ่นความร้อน - นี่ทำให้ฉันกังวลเกี่ยวกับความร้อนที่เกิดขึ้น หรือฉันแค่คิดมากกว่าปัญหา?

คุณมีสิทธิ์ในการสลับที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ (ใน 12V, 5V 1.5A ออก) กว่าตัวควบคุมเชิงเส้น เส้นตรงจะเสียความร้อน 7V * 1.5A = 10.5W ซึ่งจะเป็นการท้าทายในการกำจัด สำหรับตัวควบคุมเชิงเส้นกระแสใน = กระแสออก + กระแสไฟฟ้า สำหรับ switchers power in = power out / efficiency

ฉันไม่ได้ค้นหาส่วน TI ที่คุณพูดถึง (ฉันอาจมีถ้าคุณให้ลิงค์) สวิตช์ควบคุมการสวิตช์มีสองประเภทคือคลาสที่มีสวิตช์ภายในและสวิตช์ภายนอก หากตัวควบคุมนี้เป็นแบบที่สองการกระจายในส่วนนั้นจะไม่เป็นปัญหาเนื่องจากมันไม่ได้จัดการพลังงานโดยตรง

หากเป็นวิธีการแก้ปัญหาแบบบูรณาการอย่างสมบูรณ์คุณจะต้องดูที่การกระจาย คุณสามารถคำนวณการกระจายตัวนี้จากกำลังขับและประสิทธิภาพ ผลลัพธ์จะเป็น 5V * 1.5A = 7.5W หากตัวสลับมีประสิทธิภาพ 80% แล้วพลังงานอินพุตทั้งหมดจะเป็น 7.5W / 0.8 = 9.4W ความแตกต่างระหว่างกำลังขับและกำลังไฟฟ้าเข้าคือพลังงานความร้อนซึ่งในกรณีนี้คือ 1.9W นั่นเป็นวิธีที่ดีกว่าสิ่งที่ตัวควบคุมเชิงเส้นจะทำ แต่ก็ยังมีความร้อนเพียงพอที่จะต้องใช้ความคิดและการวางแผน

80% เป็นเพียงตัวเลขที่ฉันเลือกเป็นตัวอย่าง คุณต้องดูแผ่นข้อมูลอย่างละเอียดและรับความคิดที่ดีว่าประสิทธิภาพการทำงานของคุณอยู่ที่จุดใด ชิปตัวสลับที่ดีมีกราฟจำนวนมากและข้อมูลอื่น ๆ เกี่ยวกับเรื่องนี้

เมื่อคุณทราบจำนวนวัตต์ที่จะให้ความร้อนแก่ชิปคุณจะต้องดูที่ข้อมูลจำเพาะทางความร้อนเพื่อดูว่าอุณหภูมิลดลงจากที่ตายไปที่อะไร แผ่นข้อมูลควรให้ค่า degC ต่อวัตต์แก่คุณ ทวีคูณว่าด้วยการกระจายวัตต์และเท่าไหร่ความตายที่ร้อนกว่าจะอยู่ด้านนอกของคดี บางครั้งพวกเขาบอกคุณความต้านทานความร้อนจากตายสู่อากาศโดยรอบ กรณีนี้มักจะเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับแผ่นระบายความร้อน ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดคุณจะพบว่าอุณหภูมิที่ร้อนกว่านั้นจะเท่ากับอะไรที่คุณสามารถทำให้เย็นลง

ตอนนี้คุณดูที่ max die temp สูงสุดจากนั้นลบค่าการปล่อย temp ด้านบนออก หากนั่นไม่ใช่อย่างน้อยเล็ก ๆ น้อย ๆ เหนืออุณหภูมิอากาศกรณีที่เลวร้ายที่สุดของคุณแล้วคุณมีปัญหา ถ้าเป็นเช่นนั้นมันจะยุ่ง คุณอาจต้องการแผ่นระบายความร้อนอากาศบังคับหรือใช้ส่วนอื่น สวิตช์ไฟที่สูงขึ้นมักจะถูกออกแบบมาสำหรับองค์ประกอบสวิตช์ภายนอกเพราะทรานซิสเตอร์พลังงานมาในกรณีที่ต้องการให้ความร้อนลดลง ชิปตัวสลับมักไม่ทำ

ฉันไม่ต้องการเก็งกำไรดังนั้นโปรดกลับมาพร้อมตัวเลขเกี่ยวกับสถานการณ์เฉพาะของคุณและเราสามารถดำเนินการต่อจากที่นั่น

แผ่นข้อมูลที่มีประสิทธิภาพเทียบกับกราฟกระแสไฟขาออกในหน้าแรก สำหรับ 1.5 กระแสสูงสุดมันดูมีประสิทธิภาพประมาณ 91% หากจ่าย 7.5 W ที่ประสิทธิภาพ 91% ก็จะเสีย 0.7 W จากตัวมันเอง

ตัวควบคุมเชิงเส้นลดลง 12 V ถึง 5 V ที่ 1.5 A จะเสีย10.5 Wในขณะที่ส่ง7.5 Wทำให้มีประสิทธิภาพ 42%

เห็นได้ชัดว่าตัวสลับมีประสิทธิภาพมากขึ้นและสิ้นเปลืองน้อยลง พวกเขายังมีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงและยากต่อการใช้งานโดยไม่มีปัญหา