스텝 다운 레귤레이터 전환에 대해 질문이 있습니다. (이전 질문에서 언급했듯이, 제가 전문가가 아니라는 사실을 고려해보십시오. 학생 인 것처럼 자유롭게 답변 / 대화하십시오.)
실습 적으로 이 IC 를 기반으로 한 스위칭 강압 레귤레이터의 예입니다. (여러 회로에서 많이 사용되고 일반적으로 사용되는 것을 보았습니다) :
200mA의 전력 소비로 12V가 필요한 장치에 공급해야합니다. Ok : 벅 컨버터 회로를 사용합니다. 예를 들어 Vin으로서 총 용량이 2000mAh 인 배터리 팩에서 30V의 전압을 제공 할 것입니다. 그러면 벅 컨버터의 Vout을 12V로 설정합니다.하지만 더 적은 수를 사용하려면 배터리의 경우 20V 이하의 Vin으로도 사용할 수 있습니다. lm2596 IC의 경우 Vin은 Vout보다 적어도 1.5V 이상이어야한다고 읽었습니다.
생각했습니다. : 30V (배터리 팩에서)를 12V로 줄이면 18V의 차이가 배터리에서 더 높은 전력 소비의 원인 일 수 있습니까? 맞습니까? 예 : 선형 레귤레이터 (스위칭 레귤레이터와 다름)의 효율이 나쁘다는 것을 알고 있습니다. 전력의 일부가 열로 손실되기 때문입니다.하지만 스위칭 레귤레이터는 어떻습니까? 며칠 전에 Google 검색을 통해 5V 사용이 필요한 사람을 읽었습니다. 벅 컨버터 : 누군가 그에게 12V의 Vin을 사용하는 대신 18V의 Vin에서 5V를 얻는 것이 더 낫다고 말했습니다.
그래서 다시 제 예를 고려해 보겠습니다. 스위칭 레귤레이터를 사용할 때 동일한 Vout을 얻기 위해 더 높은 Vin에서 시작하는 것이 더 낫습니까? 그 이유는 무엇입니까?
스위칭 레귤레이터의 차트도보고 싶습니다.
답변
TI에는 WEBENCH 라는 도구가있어 많은 차트와 계산을 만들 수 있습니다. 다음은 pdf 의 매개 변수와 함께 출력 된 것입니다.
효율성에 대해 강조하겠습니다. 시뮬레이션 결과 Vin이 20V 일 때이 IC가 더 나은 효율을 보이지만이 차이는 그다지 크지 않습니다.
중요한 것은 Vin만이 아닙니다. 공급 된 전류를 200mA에서 3A로 변경하면 다른 효율 차트가 표시됩니다. 이 경우 Vin = 30V가 더 나은 선택입니다.
보통 이와 같은 도구를 사용할 수없는 경우 데이터 시트에 유사한 차트가 있습니다.
200mA 만 필요하면 가능한 변환기를 선택해야합니다. 최대 전류가 3A가 아닌 300mA라고 가정하면 최대 전류에 가까울수록 효율이 더 좋습니다. 최대 300mA를 구동 할 수있는 또 다른 컨버터, LMR14203 “의 효율 차트 :
다시 30V에서 최악입니다. ,하지만 약 88 % 인 반면 LM2596에서는 79 %로 상당한 차이가 있습니다. 20V에서는 90 % 이상으로 꽤 좋습니다.
Answer
최대 효율을 달성하려면 손실 위치를 이해해야합니다. 존재할 수 있으며 사용 가능한 조치.
원칙이 모든 곳에 적용되므로 좀 더 일반적인 회로를 사용할 것입니다. 일부 회로는 특정 애플리케이션에서 효율성을 극대화하기 위해 일부 매개 변수를 자유롭게 변경할 수있는 기능을 제공하고 다른 회로는 그렇지 않습니다.
이를 보여주기 위해 다음은 전력 경로를 적절하게 노출하는 회로입니다.
1 차 고전류 경로를 빨간색으로 강조 표시했습니다. Q1, Q2 / Q3, L1 및 D2 및 전류 감지 저항. 게이트 드라이브는 애플리케이션에 따라 상당한 전류를 가질 수 있습니다.
Q1의 손실은 주로 저항성 및 용량 성이며, Q2 / Q3의 경우 저항성이고 인덕터의 저항성입니다. 이 방식에는 분명히 약간의 전력을 소비하는 전류 감지 저항이 있습니다.
(항상 그렇듯이) 트레이드 오프가 있습니다.
메인 스위치 (Q1)의 경우 저항성 손실은 다음과 같습니다. \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ 여기서 \ $ \ delta \ $는 \ $ R_ds (on) \ $ <의 온도 의존성입니다. / p>
메인 스위치의 정전 용량 손실은 다음과 같습니다. \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
따라서 저항 손실은 낮을수록 증가합니다. Vout과 Vin이 서로 접근함에 따라 더 긴 시간 동안 메인 스위치가 켜져 있기 때문에 합리적인 듀티 사이클.
이를 주파수에 정비례하는 용량 성 용어와 대조하십시오. (k는 게이트 구동 전류의 역과 관련된 상수입니다.)
실제로 교차 지점이 있습니다. 낮은 Vin에서 낮은 스위치 저항이 바람직하지만 높은 입력 전압에서 낮은 총 게이트 전하가 바람직 할 수 있습니다.
스위칭 주파수를 증가시켜 인덕터 크기 (권선과 DC 저항을 최소화)를 최소화 할 수 있지만, 이것은 Q1의 용량 손실을 증가시킬 것입니다.
2 분기와 3 분기의 손실은 전적으로 \ $ R_ds (on) \ $로 인한 것입니다. 특히
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in-V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
이것은 낮은 듀티 사이클 (높은 Vin)에서 손실이 증가 함을 보여줍니다.
그래서 우리는 메인 스위치의 경우 낮은 듀티 사이클 (높은 Vin)과 같지만 동기식 스위치의 경우 낮은 Vin (낮은 듀티 사이클)을 선호합니다. 즉, 저항에 대한 MOSFET 측면에서 최근 몇 년 동안 엄청난 발전이 이루어졌습니다. 예를 들어 IRF6718L2 참조-매우 인상적인 \ $ 1m \ Omega \ $ at 4.5V \ $ V_gs \ $
참고 D1 및 D2-다른 손실을 최소화하기 위해 적절한 전류에서 최소 순방향 전압에 맞게 크기를 조정해야합니다.
이것은 엄청난 주제입니다. (반드시 충분한주의를 끌지는 않습니다.) 그러나 적절한주의를 기울이면 주어진 애플리케이션에 대한 최적의 효율성을 얻을 수 있습니다.
답변
@BenceKaulics의 효율성에 대한 대답은 좋지만 “제가보기에 원래의 질문에 실제로 대답하지 않습니다.
제가 읽은 질문에는 벅 컨버터가 있습니다. 12V @ 200ma 소비자, 레귤레이터에 대한 입력 전류는 입력 전압에 따라 달라 집니까?
스위칭 레귤레이터는 대략 전력
, 더 적은 전력 필요 규제 기관 및 기타 손실에 의해 표시되며 효율성 로 표시됩니다.
대상 장치는 2.4 와트를 소비합니다. (12 x 0.2). 따라서 스위칭 레귤레이터는 2.4 와트 이상의 전력을 소비합니다. 입력이 30 볼트이면 0.08 암페어 (2.4 / 30)보다 약간 더 많이 소모됩니다. 반면에 20 볼트 입력에서는 0.12 암페어 (2.4 / 20)보다 약간 더 많이 소비합니다. 이 두 수치는 모두 2.4 와트를 나타냅니다.
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