Soy nuevo en la construcción de fuentes de alimentación de CC/CC (todavía soy estudiante universitario) y he construido suministros básicos utilizando reguladores de voltaje lineales simples. Recientemente descubrí el mundo de las fuentes de alimentación conmutadas y su mayor eficiencia (a cambio de un mayor número de piezas). Esto es útil ya que estoy construyendo un proyecto que puede usar una corriente máxima de 1.5A a 5V, y estoy usando una fuente de ~12V. Los reguladores de voltaje lineal no son, al menos por lo que estoy leyendo, una buena selección para aplicaciones de alta corriente y el calor se convierte en un problema.
Quiero usar un convertidor de voltaje de conmutación reductor TI TPS5420 . Noté que el paquete (8-SOIC) es mucho más pequeño que muchos reguladores lineales de alta corriente, y eso plantea la pregunta sobre la disipación de calor y energía. Los reguladores lineales pueden requerir disipadores de calor grandes y paquetes más grandes a "corrientes más altas" (> 1A, pero realmente cuenta con otros factores como voltaje de entrada, voltaje de salida, etc.).
¿Puede alguien ayudarme a saber cómo calcularía la potencia disipada a través del calor en este chip y si debería preocuparme de que el IC esté demasiado caliente para tocarlo? Aunque el IC es más eficiente que un regulador lineal grande, también es mucho más pequeño y no tiene una almohadilla térmica, lo que me preocupa cómo se disipa el calor. ¿O simplemente estoy pensando demasiado en el problema?
Tiene razón en que un conmutador tiene mucho más sentido para su aplicación (entrada de 12 V, salida de 5 V y 1,5 A) que un regulador lineal. Un lineal desperdiciaría 7V * 1.5A = 10.5W en calor, lo que sería un desafío deshacerse de él. Para reguladores lineales, corriente de entrada = corriente de salida + corriente de funcionamiento. Para conmutadores, potencia de entrada = potencia de salida / eficiencia.
No he buscado la parte de TI que mencionas (podría haberlo hecho si hubieras proporcionado un enlace). Hay dos amplias clases de reguladores de conmutación, los que tienen interruptores internos y los que accionan interruptores externos. Si este regulador es del segundo tipo, entonces la disipación en la parte no será un problema ya que no está manejando la energía directamente.
Si se trata de una solución completamente integrada, entonces debe considerar la disipación. Puede calcular esta disipación a partir de la potencia de salida y la eficiencia. La salida será 5V * 1.5A = 7.5W. Si el conmutador tiene una eficiencia del 80 %, por ejemplo, la potencia de entrada total será de 7,5 W / 0,8 = 9,4 W. La diferencia entre la potencia de salida y la potencia de entrada es la potencia de calentamiento, que en este caso es de 1,9W. Eso es mucho mejor que lo que haría un regulador lineal, pero sigue siendo suficiente calor para requerir un poco de reflexión y planificación.
80% fue solo un número que elegí como ejemplo. Debe mirar la hoja de datos cuidadosamente y tener una buena idea de qué eficiencia es probable que tenga en su punto de operación. Los buenos chips conmutadores tienen muchos gráficos y otra información al respecto.
Una vez que sepa cuántos vatios calentará el chip, observe su especificación térmica para ver cuál es la caída de temperatura desde la matriz hasta la carcasa. La hoja de datos debería darle un valor de grados centígrados por vatio. Multiplique eso por la disipación de Watts, y eso es cuánto más caliente estará el dado que el exterior de la caja. A veces te dicen la resistencia térmica del dado al aire ambiente. Este suele ser el caso cuando la pieza no está diseñada para usarse con un disipador de calor. De cualquier manera, encontrará cuántos grados C más caliente estará el dado que cualquier cosa que pueda enfriar o tratar.
Ahora observa la temperatura máxima del troquel, luego resta el valor de caída de temperatura anterior. Si eso no está al menos un poco por encima de la temperatura del aire ambiente en el peor de los casos, entonces tiene un problema. Si es así, se ensucia. O necesita un disipador de calor, aire forzado o usa una pieza diferente. Los conmutadores de mayor potencia generalmente están diseñados para elementos de conmutación externos porque los transistores de potencia vienen en cajas destinadas a ser sumergidas por calor. Los chips conmutadores generalmente no lo hacen.
No quiero seguir especulando, así que vuelva con números sobre su situación particular y podemos continuar desde allí.
La hoja de datos tiene un gráfico de eficiencia vs corriente de salida en la primera página. Para una corriente máxima de 1,5 A, parece un 91 % eficiente. Si está suministrando 7,5 W con una eficiencia del 91 %, estaría desperdiciando 0,7 W de sí mismo.
Un regulador lineal que baja de 12 V a 5 V a 1,5 A desperdiciaría 10,5 W mientras suministra 7,5 W , lo que lo hace un 42 % eficiente.
Obviamente, el conmutador es más eficiente y menos derrochador. Sin embargo, también tienden a ser más caros y más difíciles de usar sin problemas.
Esteban Collings