Vin-Voutの差が小さい場合、LDOと降圧レギュレータを使用する価値はありますか?


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約250mAで5Vから3.3Vに降圧したい。

私が見る限り、考慮すべき2つのオプションがあります:

  • バック:より多くのスペース、より高いコスト
  • LDO:スペースの削減、コストの削減、熱の除去が困難(?)、効率の低下(?)

私が疑問に思っているのは、LDOがこの仕事をするのにより効率的でより良くなるということですか?6Vから5Vのソリューションのようなものは、通常より効率的であるため降圧レギュレータの代わりにLDOを使用すると聞きましたが、これが5Vから3.3Vで動作するかどうか疑問に思っていますか?


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一般的なスイッチングレギュレータの設計の多くは、出力電圧が低下するにつれて効率の点であまりうまくいきません。これは、出力電圧がダイオードに順方向に近づくにつれてますます重要になるショットキーダイオードによる固定電圧損失があるためです。電圧。気をつけてください。

回答:


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250 mAで5〜3.3 Vを落とすと、LDOで0.425ワットを失う必要があります。そのためには、大規模なヒートシンクが必要です。

レギュレータ自体が使用する電力が問題となるほど電流をほとんど必要としない限り、LDOが降圧コンバータよりも効率的になることはありません。

私は今、間違って設計されたPCBを持っています。そこでは、200mAで5Vを3.3Vに変えることを提案していることを正確に実行しようとしましたが、ヒートシンクとしてLDOがまだ80°C数秒。

現在、代わりにMC34063Aコンバーターを使用するように電源を再設計しています。


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.4Wは大規模なヒートシンクではありません。私は問題なくグランドプレーンで1Wを消費しました。
Kortuk

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ええ、まあ、「大規模なヒートシンク」はPCBの大きさに完全に依存しており、私のものは完全なグランドプレーンのための十分なスペースを持っていなかったので、私は失いました。
dren.dk

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そのDren.dkを聞いてすみません。私たちはできることでうまくいくと思います。デバイスには常に冷却ヘリウムが必要でした。
-Kortuk

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低電圧(3V3など)出力では、MC34063Aなどの電源のフリーホイールダイオードも非効率の大きな原因になります。LDOで400mWを取り除くことが「大規模な」タスクである場合、ダイオードの100mWも無視できない場合があります。

良い点は、34063にも多くの余分なフットプリントが必要なため、それが最良の解決策にならないかもしれませんが、私のアプリケーションでは、425 mWを取り除くために必要な銅プレーンのためのスペースがありません、しかし、オープンエリアはスイッチャーを保持することができ、それは私の入力電圧、YMMVなどから3.3Vに直接行くことができるように私のシステムを簡素化します。
dren.dk

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多くの人が既に電力効率について意見を述べていますが、他の人がこれを見ている理由をいくつか挙げたいと思います。

  1. ノイズ耐性。より広く[SMPS] [1]の降圧/昇圧レギュレータは、ノイズ特性が非常に劣っています。スイッチング周波数での高調波をほぼ保証します。LDOはそうではなく、非常にスムーズなパワーを生み出します。

  2. 簡単です。小さな電圧を落とすだけで、回路をきれいに保ち、部品点数を少なくします。

このノイズ耐性は通常、私がこれを見る主な理由の1つです。このノートではLDOに勝るものはありません。クリーンな出力電力を得るために電力を支払います。LDOが非常に人気がある特定の理由は、バック/ブーストを使用して、LDOの動作電圧をわずかに上回って電圧を得ることができるという事実に関連しています。私はこれを5V回路でよく見ました。彼らは電力を5.5Vに昇圧し、それから5VレールにLDOします。これにより、非常に低ノイズで高品質の電力が得られますが、1/11の電力損失しかなく、LDOから約90%の電力効率が得られます。

したがって、この観点から、降圧とLDOを使用して常に電圧を4Vに落とすことができますが、LDOを使用し、低抵抗の熱経路に接続して、熱が容易に放散されるようにします。


うん...しかし、私が見たほとんどのバックは<5mVp-pの出力を持っています、これは非常に良いです、それはLDOほど良くありませんが、それは本当に重要ですか?
トーマスO

ただし、単純さの要素については同意します。
トーマスO

話している間、私は現在EMCの本を読んでいます。はい、それは重要であり、5mVp-pはあなたが見るものかもしれませんが、私はひどい過渡現象を見ました。高効率を実現するために、それらはかなり迅速に切り替えられることを覚えておく必要があります。通常、大きな負荷、特に時間的に急速に変化する負荷ではエミッションが増加します。また、電力線に大きな伝導エミッションが発生します。これらの両方は、FCCテストの前に置かれたデバイスを殺す可能性があります。
Kortuk

また、より高い周波数のトランジェントを取得すると、oscopeでトランジェントを測定するのが非常に困難になる可能性があることに注意してください。インダクタンスは、高周波トランジェントをブロックすることができ、ブロックします。
-Kortuk

@Kortukこれは、ブースト周波数に応じて常に正しいとは限りません。実際、貧弱な設計(ブースト+ LDO)の場合、結果とコストが大幅に低下します。リニア・レギュレータのほとんどは適切にバック/ブーストコンバータの周波数を除去することはできません>の1MHz(PSRR)
user1797147

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LDOはこれ以上効率的ではありません:(5 V-3.3 V)* 250 mA = 0.425 W

小さい(SOT-23)LDOにはすでにかなり多くの場合、少なくともDPAKが必要である可能性があります。LDOの入力に直列抵抗を使用して設計から(効率ではなく)改善することで、ICから抵抗に熱を奪いますが、抵抗両端の電圧降下R ser  ×I maxが大きくなりすぎないようにしてください。必要な最高電流。I maxで、利用可能な入力電圧V in、minの下限で、LDOの最小入力電圧を満たす必要があります。

V うち、最大  +のVの低下、LDO、最大  ≥V で、分  - R SER  ×I maxの

このトリックは、LDO自体のパッケージ内のすべての熱を放散できず、それをより多くのコンポーネントに分散させたい場合に役立つことがあります。また、LDOの前にある直列抵抗は、しばらくの間完全な入力電圧を処理できるため、貧しい人の短絡保護として機能する場合があります。

これはすべて安くて汚いので、はい:お金を使う価値があるかもしれません。


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要件によって異なります。

  • 高効率デジタル回路の場合:降圧。
  • 高精度、低ノイズのアナログ回路の場合:LDO!

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私はそれを言ったが、あなたはそれを短くて甘いままにした!+1!
Kortuk

2

ある時点でスイッチャーのスイッチング損失と供給電流が利点を上回るため、LDOがより効率的になることはありません。

ああ、34063Aはスイッチャーのようにかなりお粗末なコンバーターです。5Vから3.3 Vの場合、利点が最小限であれば驚かないでしょう。この電圧範囲には、はるかに優れたコンバータがあります。


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デジタル信号の場合、降圧コンバーターを使用します。多くの場合、インダクタのフットプリントが非常に小さく、必要な外部コンポーネントの数が少ないため、LDOソリューションよりも小さいソリューションが見つかります。

デジタルとアナログの両方が必要な場合は、LDOを使用して信号をクリーンにする必要があります。この例では、デュアルDC / DC変換を使用して、単一チップからデジタル電圧とアナログ電圧の両方を取得できます。たとえば、5Vを3.3Vデジタルに変換するチップを入手し、その出力を接続して3.0Vアナログ電圧を取得できます。


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LDOについて誤解していると思います。

LDOは、低ドロップアウト、またはVinとVoutのわずかな違いが必要な場合を意味します。あなたがやろうとしていることは、LDO、通常の7805、LM317または他のがらくたを必要としません。

リニアレギュレータの効率はVout / Vinと考えることができます。したがって、この例では、3.3 / 5 = 66%が不十分な数値であることは明らかです。これは、いつでもレギュレーターが残りの34%で大気を加熱することを意味します。

効率が非常に低い場合でも、リニアで消費される電力(つまり、PinとPoutの差)がレギュレータのパッケージ+自然冷却またはPCBプレーン(50度での上昇するパッケージ温度を読み取る)に十分である限り、リニアは非常にうまく機能します例えば)。これは、データシートから簡単に計算できます。

しかし、3.3から3に変換しようとすると、ほとんどの降圧レギュレータよりもはるかに優れた(そして安価な)90.9%を達成します。この場合、LM317で300mVを処理できないため、LDO(および適切なLDO)が必要になります。

ですから、あなたの場合、効率の面で降圧ははるかに優れています。

乾杯、


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バックコンバータは、通常、わずか数マイクロアンペアの「スタンバイ」電流では性能が低下します。

私は実際に、電池駆動の設計を使用して、ldoと降圧コンバーターの両方を組み合わせ、uCがldoを実行し、一度に数分間で約300mAを消費する降圧コンバーター駆動回路をオンにしました。


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私はもっ​​と簡単な解決策を知っていると思います。LM117 / LM317 ICを使用して作業を行うことができます。現在の制限は250mAであるため、これが最良のオプションであり、熱を心配する必要はありません。ここでの要件は、入力電圧が出力電圧より少なくとも1.5V高いことです。

I have used these even without any heat sink for such small currents and they go perfectly fine. Here's the data sheet hope this helps you and the circuit is is not that complex. For a safer side you can find out if you need the heat sink or not by using the formula provided in the data sheet.

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


LM317 in a TO-220 package - too big for my application. And the smaller packages have issues with heat dissipation. Thanks for your suggestion. Heat produced in a regulator is a function of power dissipation, not necessarily load current, though - a regulator dropping 12V to 3.3V will dissipate more than one dropping 5V to 3.3V and hence get hotter.
Thomas O

I'm using an LM317 on my breadboard prototypes though, to do the same thing, but those don't have to be small.
Thomas O

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1.5Aと評価されているからといって、あまりにも多くの電力を落としても溶けないというわけではありません。LM317は、同じ電流および電圧降下に対して、同じパッケージ内のLDOまたは他の線形レジスタと同じくらい熱くなります。
-mikeselectricstuff
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