LDO vs regulador de conmutación

Actualmente tenemos una PCB que necesita alimentar un módem y un microcontrolador. El PCB se alimenta a través de una batería (rango de 12V - 30V). El módem y el microcontrolador tienen líneas eléctricas separadas. El microcontrolador + periférico consume alrededor de 200 mA, mientras que el módem puede consumir alrededor de 300 mA (con picos de 2 A durante las ráfagas de transmisión).

Durante la fase de diseño, era obvio que un regulador de conmutación reductor sería la solución preferida, ya que un LDO necesitaría disipar demasiado calor. Sin embargo, para una revisión inicial, la PCB se diseñó de tal manera que teníamos la opción de usar

(La razón es que el LDO era mucho más barato de diseñar / fabricar) y que el módem solo se usaba un par de veces al día durante períodos de tiempo realmente cortos (enviando alrededor de 5 x 1kb por día).

La razón es que no estaba claro cuál sería el costo de un diseño de regulador de conmutación decente.

Probamos con ambos y, de hecho, descubrimos que el LDO necesita refrigeración cuando se usa mucho. Obviamente, usar el dólar PTN78000WAH no es posible desde una perspectiva de precios (14 euros).

Nos preguntamos cuál sería el aumento en comparación con el LDO LM317 si tuviéramos que optar por un regulador de conmutación. Nuestro diseñador de PCB no es claro al respecto, afirma que el diseño de un regulador de conmutación es muy complicado, requiere investigación adicional y una prueba de concepto que debemos pagar sin tener idea de cuál será el impacto en el costo final.

Solo queremos saber cuál sería el impacto en el precio si optamos por un regulador de conmutación en la PCB.

El diseño de referencia del módem proponía lo siguiente:

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Ya tenemos el fusible, los diodos, las tapas y la perla de ferrita en nuestro PCB. Lo único que no tenemos es el L101 (un inductor/estrangulador), ya que actualmente se encuentra en la placa de conexión de Texas Instruments.

¿Es tan fácil como mirar el precio de los 2 componentes principales?

¿Y concluir que por unos 3 EUR (a diferencia de los 0,3 EUR actuales) podríamos poner un circuito regulador de conmutación en nuestra PCB? O todavía hay algo más que me estoy perdiendo. ¿Y existen otras alternativas para los 2 componentes anteriores que podrían ser adecuadas para nuestro caso de uso (alimentación de un módem SIM900, entrada de 12-30 V, corriente de 2 A durante las ráfagas de transmisión, operaciones normales de 300 mA)?

LM2596 está algo anticuado. Por el mismo precio, TPS54340 funcionará mejor. Tiene una frecuencia de conmutación más alta, lo que significa un inductor y un condensador más pequeños. También tiene una buena eficiencia de carga ligera.
Gracias por el comentario y el consejo... ¿es seguro asumir que el chip regulador de conmutación real + el inductor será el mayor costo en el circuito de conmutación completo? ¿Y es el LM2596 / TPS54340 el rango de precio esperado para un chip regulador de conmutación? También noté que alguien mencionó el MC34063ADG que es aproximadamente 1/10 del costo de los chips mencionados anteriormente.
MC34063 es muy barato, pero para esta aplicación tiene poca potencia. Dispone de interruptor bipolar con tensión de saturación de 1 V , corriente máxima solamente 1.5 A y no viene en un paquete térmicamente mejorado. Además, debido a su baja frecuencia ( 100 k H z ) necesita un gran inductor con una gran inductancia.
Hay miles de reguladores de conmutación diferentes que puede usar que son mejores que el 2596. Damos servicio a los televisores LG y parece que les gusta una compañía llamada Monolithic Power. He recuperado muchos de sus reguladores de conmutación de tableros muertos y les he dado un buen uso en mis propios proyectos. MP1423 es uno que me viene a la mente. Pequeño IC indestructible. 3A a plena carga y ni siquiera calienta. Tuve problemas para obtener el 100 % de rendimiento de 2596. El MP1423 acaba de funcionar.
¿Qué rango de voltaje de CC hay en la entrada del regulador LDO y cuánta corriente requiere para pasar la carga más pesada?
No mencionó el voltaje de salida, de todos modos, para este caso, LDO no es factible (30-5) * 0.2 = 5W. Por lo tanto, el regulador de conmutación es la única opción... Los reguladores de conmutación eran complejos hace tantos años... Ahora hay muchas calculadoras de diseño y hay mucha ayuda disponible de proveedores como TI. Para estos requisitos transitorios para MODEM, existen reguladores específicos destinados a estas aplicaciones... busque en Google reguladores para aplicaciones gsm/gps...

Respuestas (3)

El diseño del regulador de conmutación es realmente complicado, e incluso requiere un diseño de PCB adecuado gracias a las altas frecuencias y EMI involucradas. Pero de ninguna manera es imposible cuando se construye alrededor de un controlador IC y se siguen las recomendaciones de su hoja de datos.

Pero tenga en cuenta que por aproximadamente los mismos 3 euros, podría comprar un módulo regulador de conmutación listo para usar en su propio pequeño PCB de eBay.

Y ni siquiera necesita necesariamente un circuito regulador de conmutación capaz de 2A o más, si esos picos son lo suficientemente cortos. Podría reducir a, digamos, 8 V y poner eso en un capacitor suficientemente grande, y regularlo aún más a 5 V usando un regulador lineal. Los picos de 2A harían que el voltaje del capacitor baje, pero si no cae demasiado (gracias a un capacitor grande), la salida permanecerá estable en 5V.

Estoy de acuerdo con la respuesta de Rennex y quiero agregar algo.

Usar LM317 u otro regulador lineal en su caso es una muy mala idea. Perderá mucha energía preciosa de la batería en el regulador lineal.

A 200 mA ("funcionamiento normal"), al pasar de 24 V a 5 V, el regulador desperdiciará:

P = Yo * U = 0.2A * (24V-5V) = 3.8W

Está funcionando con una batería de automóvil que se carga constantemente cuando necesita suministrar energía a la placa. Pero está claro que un regulador de conmutación es mucho más eficiente. Era solo una medida basada en costos.

su diseño tendrá una pérdida de potencia mucho mayor que el LDO.

  1. el circuito zener está incompleto, necesita una resistencia en serie con la fuente (intente buscar en Google) para limitar la corriente que obtendrá el zener. P = VI, si su fuente tiene 20 V y su zener es de 5 V, entonces el voltaje recortado de 15 V simplemente disipará el calor a través del cable. Digamos que el cable tiene 1 ohm y el voltaje a través de él es de 15 V, luego obtienes 15 vatios de potencia a través del cable, lo que significa que tienes 15 A de corriente y luego la potencia a través del zener es Pz = 5 * 15 = 75 vatios. verifique el regulador shunt o zener en serie en google para ver el circuito.

  2. ¿Por qué tiene la fuente pwm externa que no sea su IC? lo que significa que tendrá 2 IC, el regulador de conmutación se puede hacer y generalmente se hace con solo 1 IC. el otro IC solo consumirá energía y también necesita el regulador zener para ese IC, por lo que es bastante inconveniente.

  3. Por último, su circuito para regular el voltaje está mal, pero no muy mal. Quiero decir, si su IC puede tomar la corriente de conmutación 2A, entonces está bien. pero por lo general, incluirá un transistor bjt o mosfet como interruptor porque el IC tenderá a romperse si pasa demasiada corriente a través de él. así que básicamente usará circuitos integrados para PWM y voltaje de retroalimentación solamente.

Errm, (1) no hay Zener en el circuito: lo que está en la entrada es un TVS, que es un dispositivo de supresión de picos de alto voltaje. (2) No hay una fuente PWM externa en ese circuito; hay una entrada de encendido/apagado para apagar la alimentación si es necesario. (3) El circuito LM2596 que se muestra está conectado exactamente como debe estar y es capaz de suministrar una carga de 3A.
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