Понижающий преобразователь против линейного регулятора напряжения

Линейные стабилизаторы напряжения — лучшие for простота и чистая мощность, а while понижающие преобразователи — лучшие for эффективные и энергоемкие системы.

В этом видео автор на практике сравнивает понижающий преобразователь с линейным стабилизатором напряжения LM7805. Вот противостояние преобразователя постоянного тока и линейного стабилизатора напряжения.

Если вы хотите понизить более высокое напряжение постоянного тока до более низкого, у вас есть два основных варианта:

• Линейный регулятор напряжения: простой, дешевый, тихий, простой в использовании, но не очень эффективный и тратит много энергии в виде тепла.

• Понижающий преобразователь: более сложный и немного более шумный, но очень эффективный (часто 90%+), тратит меньше энергии и лучше for высокая мощность или батарея приложения.

Проще говоря:

Используйте линейный регулятор, если:

• Разница в мощности (Vin минус Vout) невелика.
• Шум и пульсация должны быть крайне низкими.
• Простота и стоимость важнее эффективности.

Используйте понижающий преобразователь, если:

• Efficiency и низкая температура важны.
• Вам нужен сильный ток или большие падения напряжения.
• Вы используете устройства с батарейным питанием или устройства высокой мощности.

Давайте углубимся.

Что такое линейный регулятор напряжения?

линейный стабилизатор напряжения — это самый простой способ получить стабильно низкое напряжение из более высокого напряжения питания. Он действует как управляемый резистор, который сбрасывает дополнительное напряжение и поддерживает стабильный выходной сигнал.

Поскольку он работает как управляемый резистор, лишняя энергия сжигается в виде тепла. Это означает, что if вы понижаете напряжение с 12 В до 5 В при токе 1 А, а лишние 7 В при токе 1 А тратятся в виде тепла.

Плюсы линейных регуляторов

Минусы линейных регуляторов

• Очень низкий КПД при большом падении напряжения

• Выделяет много тепла

• Не идеальны for системы с батарейным питанием или сильноточные системы

• Только понижающий (понижающий) режим — повышение или повышающее понижение невозможно

Что такое понижающий преобразователь?

понижающий преобразователь – это тип источника питания с режимом switch (SMPS), в котором используется высокочастотный переключающий транзистор, катушка индуктивности и конденсатор для эффективного понижения напряжения постоянного тока. Вместо того, чтобы сжигать избыточное напряжение в виде тепла, он «срезает» напряжение и использует накопление энергии для обеспечения эффективной мощности.

Мощностью понижающего преобразователя является то, что он преобразует энергию, а не рассеивает ее, поэтому он может достигать очень высокого КПД (часто выше 90 процентов).

Плюсы понижающих преобразователей

• Высокая эффективность (меньше нагрева, дольше срок службы батареи)

• Подходит для for высоких токовых нагрузок

• Может обрабатывать большие разницы между входным и выходным напряжениями

• Экономит энергию и снижает потери напряжения

Минусы понижающих преобразователей

• Более сложный дизайн и макет

• Требуется больше компонентов (индуктор, переключающие элементы, конденсаторы)

<ли>

Создает шум переключения и пульсации (можно фильтровать, но все равно выше линейного)

Ключевое отличие: Efficiency и тепло

Efficiency является основным различием между ними:

• КПД линейного регулятора составляет примерно (Vout / Vin). Если снизить напряжение с 12 В до 5 В, максимальный теоретический КПД составит около 41 процента, а большая часть остального — это тепло.

• Понижающие преобразователи используют запасенную энергию в катушках индуктивности и переключающих транзисторах и часто могут достигать КПД от 80 до более 90 процентов в реальных схемах.

На самом деле линейный стабилизатор может нагреваться под нагрузкой, while понижающий преобразователь остается холодным и тратит гораздо меньше энергии.

Шум и пульсация: какой из них чище?

Еще одно большое отличие — качество вывода:

• Линейные стабилизаторы обеспечивают очень чистый выходной сигнал с низким уровнем шума с минимальными пульсациями напряжения и EMI (электромагнитными помехами). Это делает их отличными for аудиосхемами, радиочастотными модулями и прецизионными аналоговыми системами.

• Понижающие преобразователи switch на высокой частоте. Это означает, что они генерируют пульсации и шум переключения, который может повлиять на чувствительные схемы if, которые не фильтруются должным образом.

Поэтому чистота сигнала if имеет решающее значение, а эффективность вас не особо заботит, линейный регулятор может быть лучшим выбором.

Размер, сложность и стоимость

• Линейные регуляторы небольшие, дешевые и требуют мало внешних компонентов. Типичному LDO (стабилизатору с малым падением напряжения) требуется всего пара конденсаторов.

• Понижающие преобразователи требуют дросселя, переключающего транзистора, диодов или синхронных МОП-транзисторов, а также фильтрующих компонентов. Это делает их больше и сложнее, а иногда и немного дороже при небольших объемах.

Однако общая стоимость системы понижающего преобразователя может быть ниже, чем у линейного стабилизатора, если учесть необходимость управления теплом с помощью радиаторов и охлаждения в сильноточных приложениях.

Типичные случаи использования

Вот реальные примеры того, где каждый из них лучше:

Лучшее использование for линейных регуляторов

• Цепи малой мощности, где эффективность не имеет решающего значения

• Чувствительные к шуму аналоговые и радиочастотные системы

• Простой дизайн и небольшое пространство PCB

• Опорные напряжения и сенсорные модули, где пульсация имеет значение

Лучшее использование for понижающих преобразователей

• Устройства с батарейным питанием, эффективность которых продлевает срок службы

• Высокоточные нагрузки, такие как контроллеры двигателей, драйверы LED

• Системы с большой разницей входного и выходного напряжения

• Источники питания for микроконтроллеры и одноплатные компьютеры, для которых важен нагрев

Простая сравнительная таблица

Заключительная рекомендация

• Выберите понижающий преобразователь, если вам нужна эффективность, большой ток и низкий уровень нагрева.

• Выберите линейный регулятор, если вам нужны простота, низкий уровень шума и низкая стоимость for меньшие нагрузки.

В большинстве современных источников питания предпочтительны понижающие преобразователи, поскольку они тратят гораздо меньше энергии и снижают тепловую нагрузку. Однако линейные регуляторы по-прежнему занимают важное место в чувствительных к шуму конструкциях и простых схемах.

В видео:

• Почему & когда следует использовать конвертеры Buck?
• Преимущества линейных стабилизаторов напряжения
• Недостатки линейных стабилизаторов напряжения
• Как использовать линейный стабилизатор напряжения?
• Где используется понижающий преобразователь?
• Availability понижающих преобразователей.
• Номенклатура регуляторов напряжения,
• Как использовать понижающие преобразователи?
• Сравнение их использования.
• Тестирование обоих под нагрузками for длительное время.
• Недостатки понижающих преобразователей

Что вы узнаете из сравнения:

• Линейный стабилизатор напряжения (78xx) потребляет гораздо больше напряжения по сравнению с понижающим преобразователем.
• Линейный преобразователь напряжения сильно нагревается, рассеивая дополнительный ток.
• Он выключается после нагрева и снова включается.
• Он потребляет гораздо больше энергии по сравнению с понижающим преобразователем.
• Понижающий преобразователь может обеспечивать переменный выходной сигнал (путем изменения потенциометра), тогда как линейный стабилизатор напряжения привязан только к одному выходу.

В видео 2 ошибки:

1. 5:02–5:08 – правильные расчеты должны быть следующими: (12 В – 5 В) x 0,42 А = 2,94 Вт.
2. 5:17–5:23 – правильные расчеты должны быть следующими: (12 В – 5 В) x 0,22 А = 1,54 Вт.

Любезность: ElectronFun.com