Para uma pequena diferença de Vin-Vout, vale a pena usar um LDO vs um regulador de buck?

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Eu quero descer de 5V a 3.3V a cerca de 250mA.

Na minha opinião, há duas opções a considerar:

  • Buck: mais espaço, maior custo
  • LDO: menos espaço, menor custo, mais difícil remover calor (?), Menos eficiente (?)

O que eu quero saber é que o LDO será mais eficiente e melhor para fazer esse trabalho? Eu ouvi coisas como soluções de 6V a 5V geralmente usam LDOs em vez de reguladores de fanfarrão, porque são mais eficientes, mas estou me perguntando se isso funciona para 5V a 3.3V?

buck ldo Thomas O
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Muitos projetos comuns de reguladores de comutação não se saem muito bem em termos de eficiência, pois sua tensão de saída diminui, porque eles tendem a ter uma perda de tensão fixa através de um diodo schottky, que se torna cada vez mais importante à medida que a tensão de saída se aproxima do diodo para frente. Voltagem. Apenas algo para olhar.

Respostas:

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A queda de 5 a 3,3 V a 250 mA significa ter que perder 0,425 Watt no LDO, você precisará de um dissipador de calor maciço para fazer esse trabalho.

Um LDO nunca será mais eficiente que um conversor buck, a menos que você precise de tão pouca corrente que a energia usada pelo próprio regulador se torne um problema.

Eu tenho uma PCB mal projetada agora, onde tentei fazer exatamente o que você está propondo transformar 5 V em 3,3V a 200 mA e mesmo tendo um avião de cobre grande como dissipador de calor, o LDO ainda atinge 80 graus C alguns segundos.

No momento, estou redesenhando minha fonte de alimentação para usar um conversor MC34063A em vez disso.

dren.dk
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.4W não é um dissipador de calor maciço. Dissipei 1W com um plano de terra sem problemas.
Kortuk
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Sim, bem, "dissipador de calor maciço" depende inteiramente de quão grande é o PCB, o meu não tinha espaço suficiente para um plano de terra completo, então eu perdi.
Dren.dk 6/11/10
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Lamento ouvir isso Dren.dk. Acho que nos damos bem com o que podemos. Você sempre pode precisar de hélio refrigerado para o dispositivo.
Kortuk
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Na saída de baixa tensão (por exemplo, 3V3), o diodo de roda livre em fontes como o MC34063A também pode ser uma causa significativa de ineficiência. Se livrar-se de 400mW em um LDO é uma tarefa "maciça", os 100mW no diodo também não podem ser desprezíveis.
Bom ponto, também existem toneladas de pegada extra necessárias para o 34063, por isso pode não acabar sendo a melhor solução possível, mas para o meu aplicativo não tenho espaço para o avião de cobre necessário para se livrar dos 425 mW , mas a área aberta pode conter o comutador e simplifica meu sistema para poder ir diretamente para 3,3V a partir da minha tensão de entrada, YMMV e tudo mais.
Dren.dk 9/11/10
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Muitos já deram uma opinião sobre a eficiência de energia. Gostaria apenas de mencionar algumas das razões pelas quais outras pessoas fazem isso.

  1. Imunidade a ruídos. Os reguladores buck / bost, mais amplamente [SMPS] [1], têm características de ruído muito ruins. Eles quase garantem harmônicos na frequência de comutação. Os LDOs não criam energia muito suave.

  2. Simplicidade, você está diminuindo apenas uma pequena tensão, mantenha o circuito limpo e os componentes contados baixos.

Essa imunidade a ruídos é normalmente uma das principais razões pelas quais vejo isso. Os LDOs não podem ser vencidos nesta nota; você paga energia para obter uma potência de saída limpa. A razão específica pela qual os LDOs são tão populares está relacionada ao fato de que você pode usar um buck / boost para obter sua voltagem um pouco acima da voltagem de operação do seu LDO. Eu já vi isso frequentemente em circuitos de 5V, eles aumentam a potência para 5,5V e depois o LDO para o trilho de 5V. Isso fornece energia de alta qualidade a ruídos muito baixos, sofrendo apenas uma perda de energia de 1/11, ainda obtendo cerca de 90% de eficiência de energia do LDO.

Portanto, dessa perspectiva, você sempre pode reduzir a tensão para 4V com um dólar e com LDO, mas eu o faria apenas com LDO e asseguro que você esteja conectado a um caminho térmico de baixa resistência para que o calor seja facilmente dissipado.

Kortuk
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Sim ... mas a maioria dos fanfarrões que eu já vi tem uma saída <5mVp-p, o que é muito bom, com certeza não é tão bom quanto um LDO, mas isso realmente importa?
Thomas O
Eu concordo com você sobre o fator simplicidade.
Thomas O
No momento, estamos lendo os livros da EMC. Sim, isso importa, e 5mVp-p pode ser o que você vê, mas já vi transientes terríveis. Você deve se lembrar que eles estão mudando rapidamente para obter alta eficiência. as emissões aumentarão normalmente com uma carga grande, especialmente com uma mudança rápida na carga, além de gerar emissões conduzidas significativas em sua linha de energia. Essas duas coisas podem matar um dispositivo quando ele é colocado na frente dos testes da FCC.
Kortuk
Além disso, observe que, à medida que você obtém transitórios de frequência mais alta, pode começar a ter muita dificuldade em medir os transitórios com um oscópio. Qualquer indutância pode e irá bloquear os transientes de alta frequência.
Kortuk
@ Kortuk nem sempre é verdade, dependendo da frequência do impulso. De fato, se o projeto for ruim (boost + LDO) terá resultados e custos muito piores. A maioria dos reguladores lineares não pode rejeitar corretamente reverter freqüências / conversor boost> 1MHz (PSRR)
user1797147
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Os LDOs não serão mais eficientes: (5 V - 3,3 V) * 250 mA = 0,425 W.

Já bastante para LDOs pequenas (SOT-23), pelo menos um DPAK é provavelmente necessário. O projeto (não a eficiência) poderia ser aprimorado com os resistores em série na entrada do LDO para retirar o calor do CI e dos resistores, mas verifique se a queda de tensão nos resistores R ser  × I max não fica grande demais para a corrente mais alta necessária. Em I max e na extremidade baixa da tensão de entrada disponível V in, min , você ainda precisa atender à tensão de entrada mínima do LDO, ou seja,

Saída V , max  + queda V , LDO, max  ≥ V in, min  - R ser  × I máx .

Às vezes, esse truque ajuda se você não pode dissipar todo o calor dentro do próprio pacote do LDO e deseja distribuí-lo por mais componentes. Além disso, os resistores em série na frente do LDO às vezes atuam como proteção contra curto-circuito de um homem pobre, uma vez que podem suportar toda a tensão de entrada por um tempo.

Tudo isso é barato e sujo, então sim: vale a pena usar um dinheirinho.

zebonauta
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Depende dos seus requisitos:

  • Para um circuito digital de alta eficiência: buck.
  • Para precisão, circuitos analógicos de baixo ruído: LDO!
smashtastic
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Eu disse, mas você o manteve curto e doce! +1!
Kortuk
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Não é bem verdade que um LDO nunca será mais eficiente, pois em algum momento as perdas de comutação e a corrente de alimentação do comutador superam os benefícios.

Ah, e o 34063A é um conversor péssimo para os comutadores - para 5 V a 3,3 V, não me surpreenderia se o benefício fosse mínimo. Existem conversores muito melhores para essa faixa de tensão.

mikeselectricstuff
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Para sinais digitais, use um conversor buck. Muitas vezes, você encontra uma solução menor que as soluções LDO, já que os indutores têm uma pegada bastante pequena e o número de componentes externos necessários é baixo.

Se você precisa de digital e analógico, deseja limpar o sinal usando um LDO. No seu exemplo, você pode usar conversores DC / DC duplos para obter tensão digital e analógica de um único chip. Por exemplo, você pode obter um chip que converte 5V em 3,3V digital e depois conectar essa saída para obter tensão analógica de 3,0V.

Pål-Kristian Engstad
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Eu acho que você tem um equívoco sobre o LDO.

LDO significa desistência ou quando você precisa de muito pouca diferença de Vin para Vout. O que você está tentando fazer não exige um LDO, um 7805, LM317 normal ou outra porcaria executará o mesmo (leitura ruim).

Você pode pensar na eficiência do regulador linear como Vout / Vin. Portanto, no seu exemplo, é claro que 3,3 / 5 = 66% é um número ruim. Isso significa que a qualquer momento, seu regulador aquecerá a atmosfera com o restante de 34%.

Mesmo com uma eficiência tão baixa, um linear pode funcionar muito bem, desde que a energia dissipada nele (ou seja, faça a diferença Pin e Pout) seja adequado para o pacote do regulador + o resfriamento natural ou o plano da placa de circuito impresso (leia a temperatura crescente do pacote a 50 graus) por exemplo). Isso pode ser facilmente calculado a partir de folhas de dados.

Mas se você estiver tentando converter 3 de 3,3, alcançará 90,9%, muito melhor (e mais barato) do que a maioria dos reguladores fanfarrões. Nesse caso, você precisará de um LDO (e um bom), uma vez que 300mV não pode ser manipulado pelo LM317.

Portanto, no seu caso, o investimento será muito melhor em termos de eficiência.

Felicidades,

user1797147
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Os conversores Buck costumam ter um desempenho ruim em correntes de "standby" de apenas alguns microAmps.

Na verdade, usei projetos alimentados por bateria combinando um conversor ldo e um conversor buck, onde o uC roda um ldo, e liga um circuito alimentado por conversor buck que consumiu ~ 300mA por alguns minutos por vez.

Lanting
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Bem, acho que conheço uma solução mais simples. Você pode usar o LM117 / LM317 IC para fazer seu trabalho e, como o limite atual é de 250 mA, essa deve ser a melhor opção e você não precisa se preocupar com o calor, pois estes podem ir até 1,5 A. O requisito aqui é que a tensão de entrada deve ser pelo menos 1,5 V maior que a tensão de saída.

Eu os usei mesmo sem dissipador de calor para correntes tão pequenas e elas vão perfeitamente bem. Aqui está a folha de dados, espero que isso ajude você, e o circuito não é tão complexo. Para um lado mais seguro, você pode descobrir se precisa do dissipador de calor ou não, usando a fórmula fornecida na folha de dados.

http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf

Zaxx
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LM317 em um pacote TO-220 - grande demais para o meu aplicativo. E os pacotes menores têm problemas com dissipação de calor. Obrigado por sua sugestão. O calor produzido em um regulador é uma função da dissipação de energia, mas não necessariamente da corrente de carga - um regulador que cai de 12V a 3,3V dissipará mais de um que cai de 5V a 3,3V e, portanto, fica mais quente.
Thomas O
No entanto, estou usando um LM317 nos protótipos da placa de ensaio para fazer a mesma coisa, mas esses não precisam ser pequenos.
Thomas O
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Apenas porque é classificado como 1.5A, não significa que não derreterá se você gastar muita energia nele. Um LM317 fica tão quente quanto qualquer LDO ou outro reg linear no mesmo pacote para a mesma queda de corrente e tensão.
mikeselectricstuff