计算开关电源稳压器的功率损耗?

电器工程 电源 直流-直流转换器 开关模式电源
2022-01-14 04:04:50

我是 DC/DC 电源构建的新手(还是一名大学生),并且使用简单的线性稳压器构建了基本电源。我最近发现了开关电源的世界及其提高的效率(以换取更多的零件数量)。这很有用,因为我正在构建一个可以在 5V 下使用 1.5A 峰值电流的项目,并且我正在使用 ~12V 电源。至少从我所读的内容来看,线性稳压器对于大电流应用来说不是一个好的选择,而且热量成为一个问题。

我想使用TI TPS5420 降压开关电压转换器我注意到封装 (8-SOIC) 比许多大电流线性稳压器小得多,这引发了关于散热和功耗的问题。线性稳压器在“更高电流”(> 1A,但实际上取决于其他因素,如输入电压、输出电压等)下可能需要大型散热器和更大的封装。

有人可以帮助我计算如何计算通过该芯片上的热量消散的功率,以及我是否应该担心 IC 太热而无法触摸?尽管 IC 比大型线性稳压器效率更高,但它也小得多并且没有散热垫——这让我担心热量是如何消散的。还是我只是想多了这个问题?

2个回答

你是对的,开关对你的应用(12V 输入,5V 1.5A 输出)比线性稳压器更有意义。线性将浪费 7V * 1.5A = 10.5W 的热量,这将是摆脱的挑战。对于线性稳压器,电流输入 = 电流输出 + 工作电流。对于切换器,电源输入 = 电源输出 / 效率。

我还没有查找您提到的 TI 部分(如果您提供了链接,我可能会查找)。有两大类开关稳压器,一种是带有内部开关的,一种是驱动外部开关的。如果该稳压器是第二种稳压器,则该部分的耗散不会成为问题,因为它不直接处理电源。

如果它是一个完全集成的解决方案,那么您必须考虑耗散。您可以根据输出功率和效率计算此耗散。输出为 5V * 1.5A = 7.5W。例如,如果切换器的效率为 80%,那么总输入功率将为 7.5W / 0.8 = 9.4W。输出功率和输入功率之差就是加热功率,在本例中为 1.9W。这比线性稳压器要好得多,但仍然足够热,需要一些思考和计划。

80% 只是我选择的一个数字作为例子。您需要仔细查看数据表,并很好地了解您的工作点可能达到的效率。好的切换器芯片有很多关于此的图表和其他信息。

一旦您知道芯片将加热多少瓦,您就可以查看它的热规格,以了解从芯片到外壳的温降是多少。数据表应为您提供每瓦特值的摄氏度。将其乘以瓦特耗散,这就是芯片比外壳外部热多少。有时它们会告诉您从芯片到环境空气的热阻。当部件不打算与散热器一起使用时,通常会出现这种情况。无论哪种方式,您都会发现模具比您可以冷却或处理的任何东西都要热多少摄氏度。

现在您查看最大模具温度,然后减去上述温度下降值。如果这至少比最坏情况下的环境空气温度略高一点,那么你就有问题了。如果是这样,它会变得混乱。您要么需要散热器、强制通风,要么使用不同的部件。更高功率的开关通常是为外部开关元件设计的,因为功率晶体管用于散热的情况。切换器芯片通常不会。

我不想继续猜测,所以请返回有关您的具体情况的数字,我们可以从那里继续。

数据表的第一页上有效率与输出电流的关系图。对于 1.5 A 峰值电流,它看起来效率约为 91%。如果它以 91% 的效率提供 7.5 W 的功率,那么它本身将浪费 0.7 W。

线性稳压器在 1.5 A 时从 12 V 降到 5 V 会浪费10.5 W而提供7.5 W的功率,使其效率为 42%。

显然,切换器效率更高,浪费更少。不过,它们也往往更昂贵,更难使用。