5V 5A riel controlado por un microcontrolador de 3.3v - ¿conmutación dual o mosfet de potencia?

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Creo que esta es una situación común, así que espero que una respuesta ayude más que a mí. Tengo una MCU de bajo consumo de 3.3v que controlará una ejecución de LED de 5v 5A. Cuando los LED estén apagados, el sistema pasará al modo de suspensión de baja potencia, sin embargo, los LED tienen una corriente de reposo relativamente alta que tendré que desconectar. He reducido mi configuración de administración de energía a dos opciones con diferentes compromisos que se enumeran a continuación, pero me encantaría saber qué sería mejor, si me equivoco sobre algo o si me falta alguna otra solución. .

Todo se alimentará con un suministro de 9.6v-12v.

Opción 1) el riel 3.3v es su propio regulador de conmutación y el riel 5v también es su propio regulador de conmutación dedicado con una clasificación superior a los 5A requeridos. Ambas líneas se alimentarán directamente desde el suministro de 12v y la MCU en la línea de 3.3v controlará el pin de habilitación del regulador de 5V, lo que le permite girar la línea de 5v y cortar la corriente inactiva del LED.

  • Pros : lo más eficiente tanto en 5v como en 3.3v y solo tengo que preocuparme por la disipación de calor en el registro de 5v.
  • Contras : la opción más compleja con la mayoría de los componentes, lo que significa que lo más probable es que sea la más cara y con dos reguladores de conmutación, si alguna vez necesitara certificados de EMC, podría ser complicado. También en las bajas cargas del modo de reposo en el riel de 3.3 v, mi registro de conmutación no tiene la máxima eficiencia.

Opción 2) la línea de 5v sigue siendo un regulador de conmutación con clasificación de 5A, pero ahora la línea de 3.3v es solo un LDO aguas abajo del riel de 5v. La MCU en el riel 3.3v ahora no podría apagar el pin de habilitación en el riel 5v, así que tendría que usar un mosfet de potencia entre el regulador 5v y mi tira de 5A led para eliminar la corriente de reposo.

  • Pros : diseño más simple y un poco más económico que la sustitución de la conmutación de 3.3v con la LDO, además de que recupero algo de espacio en la PCB

  • Contras : he estado investigando los mosfets de poder y me preocupa la disipación del calor si estoy conduciendo cerca de 5v 5A. Tampoco estoy seguro de lo que haría el LDO apagado del regulador de conmutación de 5v para mi eficiencia energética general en comparación con un reg de conmutación de 5v y 3,3v en la opción 1, esta opción me permite apagar la corriente de reposo, pero luego devuelva ese ahorro de energía enviando energía al micro desde un registro de 5v a un LDO de 3.3v.

Tal como lo veo, tengo una compensación entre complejidad y costo en comparación con la simplicidad y los posibles problemas de calor. Además de eso, debo considerar el espacio de PCB y los posibles problemas de EMC con dos reguladores de conmutación.

Gracias por cualquier entrada.

    
pregunta dm4747

2 respuestas

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Deberá comparar el consumo de corriente del regulador de 5V con una carga ligera en comparación con el regulador de conmutación (o incluso lineal) más pequeño de 3.3V. Lo más probable es que dibujará un poco más actual. Esta es su compensación para hacer. Recuerde que cuando la letra grande indica un 86% o la eficiencia que sea el punto de operación de rendimiento más alto . La eficiencia irá a cero a una corriente de salida cero y puede ser peor que incluso un regulador lineal a corrientes de salida relativamente altas (menos de ~ 50 mA en algunos casos para algo con capacidad de salida de varios amperios).

De todos modos, va a necesitar una regulación de conmutación de alta corriente, así que no me preocuparía demasiado por las diferencias de EMC. El 5A será donde los problemas (si los hay) tenderán a surgir.

Probablemente necesitará un interruptor de lado alto para el 5V / 5A si no puede controlar el regulador directamente. Esto se hace de manera más simple con un transistor de cambio de nivel (de 3.3V a 5V) más un MOSFET de potencia. Algo como un Diodo DMP2006UFG-7 tiene un máximo de 5.5m \ $ \ Omega \ $ Rds (encendido) con una unidad de 4.5V estar bien para un transistor de paso de lado alto. Eso es menos de 150mW de disipación. Por supuesto, si puede usar la línea de control del regulador directamente y cumplir con sus especificaciones, vale la pena evitar las piezas adicionales. Si el regulador acepta una entrada compatible con TTL, el 3.3V puede ser capaz de controlarlo directamente (lea la hoja de datos cuidadosamente en este punto).

También podría usar un MOSFET en la entrada del regulador de 5V que eliminaría cualquier corriente de apagado que pudiera tener, pero, por supuesto, el micro tendría que tener un suministro independiente.

Si su microcontrolador consume menos de 10 mA, puede encontrar un regulador lineal de la tensión de alimentación, una buena solución, simple y confiable, aunque algunos reguladores de conmutación utilizan técnicas especiales para obtener una eficiencia razonable incluso con corrientes de salida muy bajas. Una vez más, una compensación a realizar. Si su micro dibuja uA en modo inactivo la mayor parte del tiempo, un regulador de conmutación no será de ninguna ayuda, y cuando los LED de 25W enciendan un regulador lineal no habrá mucha diferencia, incluso si el micro dibuja decenas de mA .

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Siempre que tenga la idea correcta de lo que quieres:

Como espero que el microC te tome solo una corriente muy pequeña de su suministro de 3.3 V, usar una LDO y alimentarla desde la línea de 5 V puede ser una buena solución.

Entonces necesitas un MOSFET para apagar los LED. Un error común es pensar que el MOSFET disipará 5 V x 5 A = 25 W, ¡esto es INCORRECTO! ¡Los 25 W irán a los LEDs! El voltaje a través del MOSFET será inferior a 100 mV (suponiendo un diseño adecuado), por lo que la disipación de potencia será inferior a 0,5 W. Y cuando el MOSFET está APAGADO, no hay corriente, por lo que no hay disipación de energía en absoluto :-)

Pero, ¿qué sucede si suministra el microC 3.3 V directamente desde 9.6 - 12V, y luego enciende / apaga el regulador de 5V con el pin de habilitación como en su opción 1? ¿Tal vez necesitará algún circuito de cambio de nivel ya que el microC está funcionando a 3.3 V y el regulador a 5 V? Esto depende de la implementación del regulador de 5V.

    
respondido por el Bimpelrekkie

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