对于Vin-Vout的微小差异,是否值得使用LDO与降压稳压器?


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我想将250V左右的电压从5V降至3.3V。

据我所知,有两个选项可供考虑:

  • 降压:更多的空间,更高的成本
  • LDO:更少的空间,更低的成本,更难以散热(?),效率更低(?)

我想知道LDO在做这项工作时会更高效,更好吗?我听说6V至5V解决方案通常使用LDO代替降压稳压器,因为它们效率更高,但是我想知道这是否适用于5V至3.3V?


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许多常见的开关稳压器设计在其输出电压下降时在效率方面均表现不佳,因为它们倾向于通过肖特基二极管产生固定电压损耗,随着输出电压接近二极管正向,肖特基二极管变得越来越重要电压。只是要注意的事情。

Answers:


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在250 mA下将5 V降至3.3 V将意味着必须在LDO中损失0.425 W的功率,您将需要一个巨大的散热器来使其正常工作。

除非您需要的电流很小,否则LDO将永远不会比buck转换器具有更高的效率,以至于稳压器本身使用的功率成为问题。

我现在有一个设计错误的PCB,在这里我尝试完全按照您的建议将200 V的5 V电压转换为3.3 V,即使我有一个较大的铜平面作为散热片,LDO仍然达到80℃。几秒钟。

我目前正在重新设计电源,以代替使用MC34063A转换器。


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.4W不是巨大的散热器。我已经将1W的地平面损耗了,没有问题。
Kortuk

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是的,“大量散热片”完全取决于PCB的大小,我的地面没有足够的空间容纳完整的接地板,所以我输了。
dren.dk,2010年

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很抱歉听到那个Dren.dk。我想我们会尽力而为。您始终可能需要设备的冷冻氦气。
Kortuk

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在低电压(例如3V3)输出下,MC34063A等电源中的续流二极管也可能是效率低下的重要原因。如果在LDO中去除400mW是一项“艰巨的任务”,那么二极管中的100mW也不可能忽略不计。

好的一点是,34063还需要大量额外的占位空间,因此它可能最终不是最佳解决方案,但是对于我的应用程序,我没有足够的空间来摆脱425 mW的铜线飞机,但开放区域可以容纳切换器,这简化了我的系统,使其能够直接从输入电压,YMMV和所有其他电压转到3.3V。
dren.dk,2010年

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许多人已经对电源效率发表了意见,我只想提出一些我看到其他人这样做的原因。

  1. 抗噪声干扰。降压/ bost调节器[SMPS] [1]的噪声特性非常差。它们几乎保证了开关频率处的谐波。LDO不会,它们会产生非常平稳的功率。

  2. 简单起见,您只需要降低一个小电压,保持电路清洁,组件数量就少。

通常,这种抗干扰性是我看到此现象的主要原因之一。LDO无法在此注意事项上击败,您需要付费才能获得干净的输出功率。LDO如此受欢迎的特定原因与您可以使用降压/升压使电压刚好高于LDO的工作电压有关。我在5V电路中经常看到这种情况,它们将电源提升至5.5V,然后将其LDO提升至5V电源轨。这样可产生非常低噪声的高质量电源,而功率损耗仅为1/11,仍可从LDO获得约90%的电源效率。

因此,从这个角度来看,您总是可以通过降压将电压降至4V,然后对它进行LDO,但我只是对其进行LDO并确保将其连接至低电阻热路径,以使热量易于散发。


是的...但是我见过的大多数降压转换器的输出均小于5mVp-p,这非常好,确定它不如LDO好,但这真的重要吗?
Thomas O

我同意您的简洁性。
Thomas O

在我们交谈时,我目前正在阅读EMC书籍。是的,这确实很重要,您可能会看到5mVp-p,但我看到了可怕的瞬变。您必须记住,它们正在快速切换以实现高效率。通常,大负载会增加排放,特别是负载随时间快速变化时,还会在您的电源线上产生大量传导性排放。当设备置于FCC测试之前时,这两种情况都会杀死该设备。
科尔图克

另外,请注意,当您获得更高频率的瞬态信号时,您将很难用显微镜测量瞬态信号。任何电感都会并且会阻止高频瞬变。
Kortuk

@Kortuk并非总是如此,具体取决于提升频率。实际上,如果设计不当(升压+ LDO),结果和成本将大大降低。大多数线性稳压器不能正确地拒绝降压/升压转换器频率> 1MHz(PSRR)
user1797147

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LDO效率不会更高:(5 V-3.3 V)* 250 mA = 0.425 W.

较小的(SOT-23)LDO已经很多了,至少可能需要DPAK。可以通过在LDO的输入端使用串联电阻器来改善设计(而不是效率),以将热量从IC散发到电阻器中,但要确保电阻器两端的电压降R ser  ×I max不会太大所需的最大电流。在I max和可用输入电压V in,min的低端时,您仍然需要满足LDO的最小输入电压,即

V out,最大  + V 下降,LDO,最大  ≥V in,最小  -R ser  ×I max

如果您无法散发LDO自己的封装内的所有热量,并希望将其散布到更多的组件上,则此技巧有时会有所帮助。此外,LDO前面的串联电阻有时可以充当穷人的短路保护,因为它们可以处理一段时间的全部输入电压。

所有这些都是廉价且肮脏的,所以是的:可能值得花钱。


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这取决于您的要求:

  • 对于高效数字电路:降压。
  • 对于精密,低噪声的模拟电路:LDO!

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我说过了,但是你简短而甜美!+1!
Kortuk

2

LDO永远不会更高效,这是不对的,因为在某些时候,开关的开关损耗和电源电流将超过收益。

哦,34063A是一个非常糟糕的转换器,随着切换器的发展-从5 V到3.3 V,如果收益很小,也不会令我感到惊讶。在这个电压范围内有更好的转换器。


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对于数字信号,请使用降压转换器。通常情况下,您会发现一个比LDO解决方案小的解决方案,因为电感器的占地面积很小,所需的外部组件数量也很少。

如果同时需要数字和模拟,则需要使用LDO清除信号。在您的示例中,您可能使用双重DC / DC转换来从单个芯片中获得数字电压和模拟电压。例如,您可以获得将5V转换为3.3V数字的芯片,然后将其连接以获得3.0V模拟电压。


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我认为您对LDO有误解。

LDO意味着低压差或当您需要Vin与Vout的差异很小时。您要执行的操作不需要LDO,常规的7805,LM317或其他废话会执行相同的操作(读取效果不佳)。

您可以将线性稳压器的效率视为Vout / Vin,因此在您的示例中,很明显,3.3 / 5 = 66%是一个很差的数字。这意味着在任何时候,您的调节器都会加热其余34%的气氛。

即使效率很差,只要耗散的线性电源(即,使Pin和Pout的差值)足以满足稳压器的封装+自然冷却或PCB平面(读取50度时上升的封装温度),它就可以很好地工作。例如)。这可以很容易地从数据表中计算得出。

但是,如果您尝试从3.3转换3将会达到90.9%,比大多数降压稳压器好(且便宜)。在这种情况下,您将需要一个LDO(也是一个很好的LDO),因为LM317无法处理300mV。

因此,就您而言,降压在效率方面会更好。

干杯,


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降压转换器通常在只有几微安培的“待机”电流下性能较差。

我实际上已经使用了电池供电的设计,将ldo和buck转换器结合在一起,而uC在其中运行ldo,并打开buck转换器供电的电路,该电路一次消耗约300mA的电流。


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好吧,我想我知道一个更简单的解决方案。由于电流限制为250mA,因此您可以使用LM117 / LM317 IC来完成工作这应该是最佳选择,并且您不必担心发热量,因为这些可以达到1.5A。这里的要求是输入电压应至少比输出电压高1.5V。

即使在没有任何散热器的情况下,我也已经使用了这些小电流,它们运行得非常好。这是数据表,希望对您有所帮助,电路也不是那么复杂。为了安全起见,可以使用数据表中提供的公式来确定是否需要散热器。

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


LM317采用TO-220封装-对于我的应用来说太大了。而且,较小的封装存在散热问题。感谢您的建议。稳压器中产生的热量是功耗的函数,不一定是负载电流的函数-稳压器的电压下降12V至3.3V会耗散一个以上的电压,而电压下降5V至3.3V会变热。
Thomas O

我可以在面包板原型上使用LM317,以完成相同的操作,但不必太小。
Thomas O

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只是因为它的额定电流为1.5A,并不意味着如果您降低太多功率,它就不会熔化。对于相同的电流和电压降,LM317的温度将与同一封装中的任何LDO或其他线性稳压器一样高。
mikeselectricstuff
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