Eligiendo el regulador de potencia adecuado para los diseños alimentados por batería

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He encontrado este problema varias veces en mis proyectos de hobby, pero estoy harto de hacer una suposición educada.

A menudo realizo proyectos de microcontroladores y, a menudo, deseo que estén alimentados por una celda lipo de 3.7 V cargada por un cable de microesb estándar. Esto significa que el voltaje de entrada puede variar de 3.0V a 5.0V y quiero un voltaje de salida de 3.3V. Con miles de reguladores de voltaje que pueden ajustarse a esos requisitos, ¿cómo los elige?

Puedo preguntar sobre cada proyecto específico para obtener los reguladores correctos, pero prefiero tener el conocimiento que necesito para encontrar los reguladores adecuados por mi cuenta. Agregaré ediciones a medida que encuentre más respuestas.

Edit1 :

Regulador de conmutación: esta es la única opción si necesita aumentar la tensión. Son los más eficientes y producen menos calor que los LDO, pero producen ruido que no se puede utilizar con aplicaciones de RF, como bluetooth y wifi, y son generalmente más caros. Si desea utilizar esto con RF, necesitará un filtrado adecuado.

LDO: los LDO son baratos y se prefieren para aplicaciones de RF porque los LDO no producen interferencia de EMI. Por lo general, tienen poca eficiencia, pero la eficiencia depende de la relación entre la entrada y el voltaje de salida. Cuanto más cerca estén los dos, más eficiente será la salida. En aplicaciones de alta corriente, pueden producir mucho calor, por lo que puede requerirse un enfriamiento adecuado.

Bomba de carga: un subconjunto de reguladores de conmutación que no requieren un inductor externo. En general, tienen una eficiencia inferior a la de los reguladores de conmutación basados en inductores, pero son mejores que los LDO. También pueden producir solo cantidades relativamente pequeñas de corriente. Deben usarse cuando necesite una mayor eficiencia que un LDO pero esté limitado en el espacio de la placa.

Híbrido: hay algunas empresas que fabrican reguladores híbridos de conmutación / ldo. Estos proporcionan la eficiencia de un regulador de conmutación con la salida silenciosa de un LDO. La desventaja es que hay mucha vista de ellos y no tienen una corriente de salida alta en la mayoría de los casos. Estos todavía producen calor como un LDO.

Corriente de reposo: en las aplicaciones que funcionan con baterías, debe preocuparse por la cantidad de corriente que utiliza el regulador para funcionar. Cuanta más energía consuma, menos energía de la batería le quedará a su dispositivo. Los LDO generalmente tienen una corriente de reposo mucho más pequeña que los reguladores de conmutación, pero dado que los reguladores de conmutación tienen la capacidad de aumentar el voltaje cuando el voltaje de entrada cae por debajo del voltaje de salida deseado, el cual dependerá de los requisitos de voltaje de sus dispositivos.

    
pregunta Nate

3 respuestas

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Los proyectos alimentados por batería (particularmente aquellos con eventos periódicos separados un poco entre sí) generalmente se benefician del uso de un regulador lineal.

En cuanto a sus requisitos (LiPo 4.2V a Vo + voltaje de deserción), un regulador lineal será (en promedio 3.7V batería, salida regulada 3.0V) 81% de eficiencia, que es similar a la solución SMPS de todos modos.

Un dispositivo de modo conmutado usa mucha energía (en términos relativos) solo para encenderse; en general, es más eficiente cuando se utiliza una corriente de carga relativamente grande.

Lo que debe considerar cuidadosamente es \ $ I_q \ $ para el regulador; esta es la cantidad de corriente que consume simplemente para alimentar los circuitos internos.

El regulador con el \ $ I_q \ $ más bajo que puede manejar los voltajes de entrada y salida y la corriente requerida suele ser el mejor, pero el aumento de la temperatura es algo que debe considerarse: los dispositivos pequeños no pueden disipar mucho calor (simplemente no hay embalaje físico para permitirlo).

Como la mayoría de los microcontroladores modernos y muchas interfaces funcionarán bastante bien a 3.0V o incluso a 2.7V, debería considerar usar eso como el voltaje regulado. Si realmente desea Vo = 3.3V para Vin 3.0V < > 4.2 V necesitarías un impulso o algún arreglo similar. Me quedaría con un simple regulador LDO y bajaría el voltaje regulado.

Tenga en cuenta que los reguladores diseñados para grandes corrientes de carga (no es el caso habitual de los proyectos que funcionan con baterías) normalmente tendrán un \ $ I_q \ $

relativamente alto

La parte más sorprendente que he visto en \ $ I_q \ $: TPS783xx

Compare eso con un dólar SMPS que tiene un \ $ I_q \ $ relativamente bajo (para un dispositivo SMPS).

Hay otras consideraciones, pero la disipación de potencia sin carga del regulador debe mantenerse al mínimo.

Por cierto, un Li + / LiPo se puede descargar de forma segura (según mi experiencia) a aproximadamente 2.7V

    
respondido por el Peter Smith
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No se recomienda drenar una lipo por debajo de 3.0V.

vea: enlace

Si te mantuvieras por encima de 3,3 V, solo podrías usar un regulador lineal si no te importa demasiado la eficiencia. De lo contrario, si realmente quiere ir tan bajo como 3.0V o ser más eficiente, tiene que usar un convertidor buck / boost. Normalmente tienen una eficiencia muy alta de alrededor del 90%.

El siguiente pdf tiene un ejemplo de diseño en la página 10/11: Uout = 3.3V Uin_min = 2.6V Uin_max = 5.5V Imax = 2A enlace

Si utiliza el filtro adecuado, la fuente de alimentación conmutada no debería ser un problema para su módulo Bluetooth (¿o tiene otros circuitos de RF en su placa?)

    
respondido por el Frode Akselsen
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Sí, es posible que las fuentes de alimentación de conmutación generen ruido, pero a niveles de potencia bajos, filtrar la salida no es tan difícil. Estoy utilizando fuentes de alimentación de conmutación en una aplicación de radio de baja potencia y estoy teniendo muy buenos resultados. Con solo un filtro RLC en la salida del regulador, no veo ningún problema de interferencia de RF.

Los reguladores mantienen los voltajes de salida mientras solo dibujan micro amperios de corriente inactiva cuando la placa se pone en suspensión.

Los reguladores funcionan con entradas de 1.8V a 5.0V y pueden cambiar automáticamente entre el modo de reducción y el modo de subida haciendo que se utilicen 2.2V y 3.3V en mi placa.

Los suministros que estoy usando son de instrumentos de Texas. Vaya a www.ti.com. Tienen una herramienta de diseño de fuente de alimentación llamada web-bench que diseñará soluciones de fuente de alimentación para usted en cuestión de minutos.

    
respondido por el user4574

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