スイッチング電源レギュレータの電力損失を計算していますか？

私はDC / DC電源の構築にまだ慣れていない（まだ大学生です）単純な線形電圧レギュレータを使用して基本的な電源を構築しました。最近、スイッチング電源の世界とそれらの効率の向上を発見しました（パーツ数の増加と引き換えに）。5Vで1.5Aのピーク電流を使用できるプロジェクトを構築していて、〜12Vのソースを使用しているので、これは便利です。線形電圧レギュレータは、私が少なくとも読んでいることから、高電流アプリケーションに適した選択ではなく、熱が問題になります。

TI TPS5420降圧スイッチング電圧コンバータを使用したいと考えています。パッケージ（8-SOIC）が多くの高電流リニアレギュレータよりもはるかに小さいことに気づき、熱と電力の消費について疑問を投げかけました。リニアレギュレータは、「高電流」（> 1Aですが、実際には入力電圧、出力電圧などの他の要因に依存します）で大きなヒートシンクと大きなパッケージを必要とする場合があります。

このチップの熱で消費される電力を計算する方法や、ICが熱すぎて触れられないことを心配する必要がある場合、誰かが私を助けてくれますか？このICは大型のリニアレギュレータよりも効率的ですが、それよりもはるかに小さく、サーマルパッドがないため、熱がどのように散逸するかが心配になります。それとも私は問題を考えすぎていますか？

あなたにとって、スイッチャーはリニアレギュレーターよりもアプリケーション（12V入力、5V 1.5A出力）の方がはるかに理にかなっています。リニアは7V * 1.5A = 10.5Wの熱を浪費するため、取り除くのは困難です。リニアレギュレータの場合、電流入力=電流出力+動作電流。スイッチャーの場合、電源入力=電源出力/効率。

私はあなたが言及するTIの部分を調べていません（リンクを提供していた場合はそうかもしれません）。スイッチングレギュレータには、内部スイッチを持つものと外部スイッチを駆動するものの2つの広いクラスがあります。このレギュレーターが第2の種類である場合、デバイスは電力を直接処理しないため、デバイスでの損失は問題になりません。

完全に統合されたソリューションである場合は、損失を検討する必要があります。この消費電力を出力電力と効率から計算できます。出力は5V * 1.5A = 7.5Wになります。たとえば、スイッチャーの効率が80％の場合、合計入力電力は7.5W / 0.8 = 9.4Wになります。出力電力と入力電力の差は加熱電力であり、この場合は1.9Wです。これは、リニアレギュレータの場合よりも優れていますが、ある程度の検討と計画を必要とするのに十分な熱です。

80％は、私が例として選んだ数にすぎません。データシートを注意深く見て、操作点でどの程度の効率が得られるかをよく理解する必要があります。優れたスイッチャーチップには、これに関する多くのグラフやその他の情報があります。

チップを加熱するワット数がわかったら、その熱仕様を調べて、ダイからケースまでの温度降下を確認します。データシートには、ワットあたりの℃が表示されます。これにワット損失を掛けると、ケースの外側よりもダイがどれだけ高温になるかがわかります。時々、ダイから周囲空気への熱抵抗を教えてくれます。これは通常、部品がヒートシンクでの使用を意図していない場合に当てはまります。いずれにせよ、あなたは、あなたが冷やしたり対処したりすることができるものよりも、どれだけ多くの温度がダイの温度よりも高くなるかを見つけます。

次に、最大ダイ温度を確認し、上記の温度降下値を差し引きます。それが少なくとも最悪の場合の気温より少し高くない場合は、問題があります。もしそうなら、それは乱雑になります。ヒートシンク、強制空気、または別の部品を使用する必要があります。パワートランジスタはヒートシンクすることを意図したケースで提供されるため、通常、高出力のスイッチャーは外部スイッチ要素用に設計されています。通常、スイッチャーチップにはありません。

私は推測を続けたくないので、あなたの特定の状況についての数字を返してください。そうすればそこから続けることができます。

データシートの最初のページに、効率と出力電流のグラフがあります。1.5 Aのピーク電流の場合、効率は約91％です。91％の効率で7.5 Wを供給している場合、それ自体から0.7 Wを浪費することになります。

1.5 Aで12 Vから5 Vに低下するリニアレギュレータは7.5 Wを供給しながら10.5 Wを浪費し、効率を42％にします。

明らかに、スイッチャーはより効率的で無駄が少ないです。しかし、それらはより高価で、問題なく使用するのがより困難になる傾向があります。