¿Diferencia entre un 'DC DC Switching Regulator' y un 'Linear Regulator'?

La diferencia clave entre un 'regulador de CC de conmutación CC' y un 'regulador lineal' es la eficiencia. Con un regulador lineal, el voltaje de salida debe ser menor que (o igual a) el voltaje de entrada y la pérdida de potencia mínima posible es \ $ (V_ {in} - V_ {out}) \ cdot I_ {out} \ $ Esta pérdida de potencia causa calor y puede requerir que se sumerja para deshacerse del exceso de energía.

Sin embargo, un regulador de conmutación puede, en principio, producir voltajes más bajos que la entrada o más altos que la entrada, o iguales a la entrada. También son generalmente más eficientes y serán significativamente más eficientes si hay una gran diferencia entre la entrada y la salida o si la corriente de carga es grande. El lado negativo es que tienen un control más complicado.

Hay varios diferentes, pero los más populares son el convertidor Buck, el convertidor Boost y el impulso Buck.

El convertidor Buck solo puede producir voltajes de salida que son menores que la entrada y el circuito básico es el siguiente.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El convertidor Buck usa un inductor para almacenar energía cuando el interruptor está en la corriente de rampa en el inductor y entra en el condensador. Cuando abre el interruptor, esta corriente todavía quiere que fluya, por lo que circula a través del diodo inicialmente y la corriente decae. La corriente puede continuar circulando en el diodo hasta que se encienda nuevamente el interruptor CCM (modo de conducción continua) o se permita que caiga a cero DCM (modo de conducción discontinua). El propósito del condensador es suavizar la corriente del inductor para proporcionar un suministro de CC. Debido a que solo hay voltajes muy pequeños en el interruptor y la pérdida de energía del diodo se mantiene al mínimo.

Se utiliza un convertidor Boost cuando necesitamos más voltaje de salida que entrada y su circuito básico es el siguiente.

^{simular este circuito}

El convertidor Boost también utiliza un inductor para almacenar energía y un condensador para suavizar la corriente. Cuando el interruptor está encendido, la corriente se acumula en el inductor y cuando el interruptor se abre, esta corriente tiene que ir al capacitor de salida que carga la salida por encima del voltaje de entrada. Esto también se puede usar en CCM o DCM dependiendo de si se permite que la corriente disminuya a cero o no.

El Buck-boost es capaz de operar en modo Buck o Boost y su circuito básico es.

^{simular este circuito}

En la práctica, los conmutadores para cualquiera de estos convertidores se implementan utilizando transistores y hay muchos IC de control disponibles para ayudarlo a controlar los tiempos exactos de conmutación.

Estos no son los únicos tipos y hay muchos otros. ¿Cuál es el mejor para ti? Si alguna vez necesita más voltaje de salida que entrada, un conmutador es la única manera de hacerlo. Si su salida es siempre menor que su entrada, un regulador lineal puede estar bien si sus requisitos de potencia son lo suficientemente pequeños pero a mayores potencias, querría un conmutador.

Creo que le resultará difícil (si no imposible) encontrar una única solución de tipo IC para esta tarea.

Probablemente usaría un regulador de seguimiento de modo conmutado seguido de una etapa de salida lineal; este enfoque se puede encontrar en esta revista (desplácese hacia abajo a la página 12).

Aunque esa configuración particular no cumple con sus requisitos específicos, se podrían cumplir con esta técnica, pero eso requiere un gran esfuerzo en el diseño, y no solo en la elección de las piezas adecuadas.

No conozco tu nivel de habilidad, por lo que es imposible para mí comentar sobre lo difícil que sería para ti (si eliges ir por ese camino).

El regulador lineal se disipará mucho más cuando el voltaje de entrada y el voltaje de salida tengan una diferencia significativa o si su carga es alta.

Por ejemplo, si su voltaje de entrada es 9V y su salida deseada es 5V con una carga de 1A, entonces un regulador lineal se disipará:

$$ P_ {d} = (V_ {in} -V_ {out}) \ times I_ {load} $$ $$ P_ {d} = (9V-5V) \ veces 1A = 4W $$

Esto significa calor y, por lo general, un regulador lineal general necesita un disipador de calor adicional para enfrentarlo.

El segundo problema es la eficiencia, que en este caso sería:

$$ \ eta = \ frac {P_ {out}} {P_ {in}} $$ $$ \ eta = \ frac {5V \ veces 1A} {9V \ veces 1A} = 55.56 \% $$

Esto no es muy bueno, casi desperdicia la mitad de la energía. Pero en ciertas circunstancias, los reguladores lineales son mucho más preferibles.

Normalmente se usa un regulador lineal cuando \ $ I_ {load} \ $ es bajo o si \ $ V_ {in} - V_ {out} \ $ es bajo. Por lo general, solo requieren una entrada y un condensador de filtro de salida, por lo que la lista de materiales es bastante pequeña.

Por otro lado, los reguladores de conmutación de CC / CC tienen aproximadamente un 80% de eficiencia en promedio. Hay models . La mayoría de los modelos pueden manejar grandes diferencias de salida de entrada sin disipador de calor, pero los reguladores de conmutación requieren más componentes externos como inductores, condensadores de filtro y diodos.

Ahora, dado su voltaje de entrada de 50V con un voltaje de salida de 1-50V deseado con cargas de hasta 10A, tanto \ $ V_ {in} - V_ {out} \ $ y \ $ I_ {load} \ $ son altos, así que Definitivamente necesitarías un gran disipador de calor y perderías mucha energía. En este caso, se recomienda un regulador de conmutación.

Necesitará al menos 500W de capacidad de entrada para poder obtener 10A a 50V.

Trabajar de 10A a 20A está pidiendo un regulador de conmutación en la era moderna. Puede haber algunos problemas de ruido, costo o complejidad que lo harían menos beneficioso, pero los disipadores de calor en cualquier diseño lineal que deba descargar 49V a 10A deberían costar más que cualquier regulador de conmutación de 20A 1V a 50V DC / DC.

A menos que necesite múltiplos, ahorrará tiempo, dinero y frustración si ubica una pieza lista para usar.