Làm thế nào để DCDC tiết kiệm năng lượng cho LDO?

Tôi đang sử dụng một mô-đun máy ảnh của ứng dụng tùy chỉnh của chúng tôi. Mô-đun máy ảnh bắt đầu tiêu thụ nhiều dòng điện hơn khi so sánh với bảng trước đó có tất cả các cài đặt, chipset và mô-đun tương tự.

Trong cuộc trò chuyện của chúng tôi với một kỹ sư hỗ trợ, chúng tôi đã nhận được câu trả lời này:

Nguồn cung cấp VCAMD trong bảng trước được điều khiển bởi DCDC 1.27V, trong bảng hiện tại, nó được điều khiển bởi LDO. Trong môi trường tối, DCDC sẽ tiết kiệm khoảng 14mA và trong môi trường sáng, DCDC sẽ tiết kiệm khoảng 25mA. Vì vậy, kết quả kiểm tra của cả hai là khác nhau.

Làm thế nào có thể sử dụng DCDC tiết kiệm năng lượng, mô-đun sẽ tiêu thụ năng lượng mà nó cần?

Không phải là DCDC ( Bộ điều chỉnh Buck ) tiết kiệm năng lượng, mà là LDO gây lãng phí năng lượng.

Trong thực tế, một bộ điều chỉnh buck chuyển đổi sự khác biệt điện áp thành dòng điện có sẵn hơn.
LDO chuyển đổi chênh lệch điện áp thành nhiệt và nhiệt là sản phẩm thải mà bạn không thực sự muốn.

Một LDO điều chỉnh, giả sử, 12V xuống còn 5V phải giảm 7V và tiêu tan năng lượng đó dưới dạng nhiệt. Bạn càng vẽ hiện tại càng nhiều nhiệt được tạo ra. Nếu bạn vẽ 1A qua ví dụ đó (5W) thì nó sẽ rút 1A từ nguồn điện (12W), do đó nó phải mất 7W năng lượng cho khí quyển.

Một bộ điều chỉnh buck hoàn hảo (chúng không tồn tại, nhưng để minh họa) đi từ 12V đến 5V, với đầu ra 1A (5W) sẽ rút ra 5W từ nguồn điện, ở mức 12 V sẽ là 417mA.

Tất nhiên, như tôi nói, các bộ điều chỉnh buck hoàn hảo không tồn tại và vẫn còn tổn thất, vì vậy nó thực sự sẽ rút thêm một chút từ nguồn - giống như có thể là 6W, hoặc 500mA. Vẫn còn ít hơn đáng kể so với LDO.

Có những mặt trái để điều chỉnh buck mặc dù:

• Những ồn ào . Chúng hoạt động bằng cách nhanh chóng bật và tắt nguồn, và điều đó làm cho lượng phát thải và bức xạ cao hơn.
• Họ khó đẻ hơn . Để giữ mức phát thải EMI thấp và khiến chúng vượt qua thử nghiệm tuân thủ, bố trí cẩn thận trên PCB phải được xem xét.
• Họ sử dụng nhiều thành phần hơn . Một LDO thường là một chip và một vài tụ điện. Bộ điều chỉnh Buck cũng cần (thông thường) ít nhất là một diode và một cuộn cảm.

Tất cả những gì thêm vào các bộ điều chỉnh buck đắt hơn LDO.

LDO là một thuật ngữ không liên quan ở đây - sự khác biệt chính là "Tuyến tính" so với "Chuyển đổi".
LDO có nghĩa là Vin-Vout có thể rất nhỏ nếu hiệu quả NHƯNG mong muốn bị chi phối bởi những gì Vin IS, chứ không phải là trường hợp xấu nhất.

Tôi sẽ sử dụng SMPS cho "Cấp nguồn chế độ chuyển đổi" và LPS cho Cấp nguồn tuyến tính.

Đối với IPS LPS
= Iout. Vout được thiết lập để phù hợp với tải.
So Power in = Vin x Iin = Vin x Iout
Power Out = Vout x Iout
So hiệu quả
= Power out / Power in
= (Vout / Iout) / (Vin / Iout)
Hiệu quả = Vout / Vin
Vì vậy, đối với Vout cố định, hiệu quả giảm tuyến tính khi Vin tăng

Đối với SMPS
PowerDef = Power_in x Z
Z là hiệu suất chuyển đổi và thay đổi theo loại bộ chuyển đổi, điện áp vào và ra và tỷ lệ, mức công suất của chúng và hơn thế nữa. Nhưng như một hướng dẫn: Bộ chuyển đổi xuống "buck" không bị cô lập có thể đạt được:

• 98% siêu không gian được xếp hạng không có chi phí cấm tối ưu hóa cực kỳ + may mắn

• 95% thực hành tốt nhất trong ngành, thiết kế và sản xuất cẩn thận, có thể trong phạm vi hạn chế

• 90% + Thiết kế tốt trong phần tốt nhất của phạm vi
• 80% - 90% Hầu hết các thiết kế trên nhiều phạm vi. Không thường ở tải rất cao hoặc rất thấp hoặc tỷ lệ điện áp cao
• <80% Điều kiện khắc nghiệt, hết pin, tải rất nhẹ hoặc nặng, v.v.

Theo nguyên tắc thông thường, hầu hết các SMPS sẽ cung cấp hiệu quả 85% đến 95% trong hầu hết các trường hợp.

Vì thế -

Một LPS hoạt động với Vin = 9V và Vout = 3,3V sẽ có hiệu quả 3,3 / 9 = 37%.
Ngoại trừ trong những trường hợp cực đoan, bất kỳ SMPS nào không thể làm tốt hơn nên được chôn ở ngã tư đường với một cổ phần trong trái tim của nó.

• Một hệ thống có thể sử dụng pin kiềm 9V
  PP3 danh nghĩa với Vnew khoảng 6 x 1,65V / cell = 9,9V (không lâu) và
  Vdead khoảng 6 x 0,9V 5,4V -
  vì vậy hiệu quả của bộ điều chỉnh tuyến tính 3V3 hoạt động từ điều này pin sẽ thay đổi lớn theo trạng thái sạc.

Một LPS hoạt động với Vin = 5V và Vout = 3.3V sẽ có hiệu suất 3,3 / 5 = 66%.
Hầu hết SMPS sẽ tốt hơn trừ những trường hợp cực đoan.

Một LPS sử dụng pin LiFePO4 hoạt động từ 3,5V xuống 3,1V và vận hành đèn LED ở 3.0V sẽ có hiệu suất từ ​​3 / 3,5 đến 3,1 / 3,5 = ~ = 86% đến 97% - tức là hiệu quả tăng khi Vin tiếp cận Vout.
Trong trường hợp này, hiệu suất trung bình sẽ vào khoảng 91% đến 94% trên hầu hết phạm vi pin.
Chỉ các bộ điều chỉnh buck SMPS tốt nhất mới có hiệu suất cao hơn và bộ điều chỉnh tuyến tính cũng có thể là một lựa chọn tốt ở đây.

• Lưu ý: Tôi đã thiết kế một loạt các sản phẩm vận hành một hoặc nhiều đèn LED trắng Vf thấp bằng cách sử dụng một ô LiFePO4 duy nhất - đoán xem tôi đã sử dụng loại bộ điều chỉnh nào :-).
  [Đèn LED được sử dụng được chọn cẩn thận để hoạt động từ 3V trở xuống trong mọi điều kiện hoạt động mong muốn. ]

Một bộ điều chỉnh được sử dụng trong các tình huống tải cần các electron có ít năng lượng (trên mỗi electron) hơn các bộ điều khiển bị đẩy ra khỏi nguồn. Một bộ điều chỉnh tuyến tính lấy các electron từ nguồn, lãng phí một số năng lượng từ mỗi nguồn, sau đó đưa chúng vào tải. Mỗi khi một electron xuất phát từ tải, một electron phải đến từ nguồn.

Một bộ điều chỉnh buck đi qua các electron thông qua một cuộn cảm có thể lấy năng lượng từ một số và cung cấp năng lượng cho những người khác. Ban đầu nó hoạt động giống như một bộ điều chỉnh tuyến tính - truyền các electron qua cuộn cảm (lấy ra một phần năng lượng của chúng) và sau đó tải - nhưng một khi cuộn cảm đã tích trữ một chút năng lượng, một công tắc sẽ ngắt kết nối nguồn và bắt đầu nạp vào các electron đang trở về từ tải. Những electron đó sẽ không có đủ năng lượng để điều khiển tải lại, nhưng vì cuộn cảm vừa mới tích trữ một số năng lượng, nên cuộn cảm có thể sử dụng năng lượng dự trữ của nó để tái tạo năng lượng cho các electron đó và gửi chúng trở lại qua tải.

Nếu một ví dụ bắt đầu bằng 10 volt và kết nối cuộn cảm với nguồn 1/3 thời gian và trở lại tải 2/3 thời gian, thì chỉ khoảng 1/3 dòng điện chạy qua tải sẽ phải đến từ nguồn. Vì một cuộn cảm sẽ thêm hoặc loại bỏ từ thông theo tỷ lệ với điện áp được áp dụng (trừ tổn thất), và từ thông tích hợp trung bình cần bằng 0, nghĩa là điện áp trung bình (trừ tổn thất) cần phải bằng không. Vì cuộn cảm sẽ được kết nối với tải gấp đôi so với khi được kết nối với nguồn cung cấp, điều đó có nghĩa là nó phải giảm gấp đôi điện áp khi được kết nối với nguồn cung cấp khi được kết nối với tải. Do đó, cuộn cảm sẽ giảm khoảng 6,7 volt khi được kết nối với nguồn cung cấp và tạo ra 3,3 khi được kết nối với tải.