एक माइक्रोकंट्रोलर, एसएमपीएस बनाम रैखिक नियामक को बिजली देने का सबसे अच्छा तरीका

Question

मैं अपने इलेक्ट्रॉनिक्स को पावर देने के लिए 12V एडॉप्टर और 2S 7.4V ली-आयन बैटरी का उपयोग कर रहा हूं, और मैं इसके साथ अपने एमसीयू को भी पावर देना चाहूंगा। एडॉप्टर और बैटरी के बीच स्विच करने के लिए मैं TI से BQ24133 का उपयोग कर रहा हूं ।

मैं एक STM32L4 MCU और कुछ अन्य घटकों का उपयोग करूँगा जो एक कस्टम पीसीबी पर 3.3V का उपयोग करते हैं। 3V3 पर एक साथ सब कुछ पूर्ण ऑपरेशन मोड में 150 mA तक का उपयोग करता है।

मैं सबसे अच्छा / सबसे सस्ता समाधान खोज रहा हूं।

1. MCU को शक्ति देने के लिए हिरन कनवर्टर बनाम रेखीय लीनियर रेगुलेटर का उपयोग करने में क्या अंतर है?

2. क्या एक रैखिक नियामक (छोटे पैकेज) एक बुरा विचार होगा क्योंकि यह बहुत गर्म करेगा क्योंकि वोल्टेज में बड़ा अंतर है (12-3.3 = 8.7, 8.7 * 0.15 = 1.3W)?

3. क्या एमसीयू के सामान्य संचालन पर स्विचिंग की आवृत्ति, या आउटपुट वोल्टेज रिपल (शोर) एक बड़ा प्रभाव होगा?

4. निष्कर्ष, 6V और 12V के बीच इनपुट वोल्टेज के साथ इसे पावर करने का सबसे अच्छा तरीका क्या है?

धैर्य और आपके जवाब के लिए धन्यवाद।

आपके सभी उत्तर के लिए धन्यवाद। आप सभी बहुत मददगार थे। अब तक मैंने अपनी परियोजनाओं के लिए रैखिक का उपयोग किया था, लेकिन मुझे लगता है कि अब मैं हिरन जा सकता हूं। यदि आप मेरे द्वारा पूछे गए कारण का पालन करना चाहते हैं, और देखें कि मैं क्या बना रहा हूं, तो इस लिंक का अनुसरण करें

Comments

इसी तरह के विन्यास (केवल 9V एडेप्टर) के साथ एक परियोजना के लिए मैं TO252-3 में TLE42744DV33 के साथ गया। चूंकि आपके पास उच्च वोल्टेज अंतर है और स्पष्ट रूप से जटिल बीएमएस से डरते नहीं हैं, इसलिए मैं आउटपुट पर पर्याप्त फ़िल्टरिंग के साथ हिरन कनवर्टर का उपयोग करने का सुझाव दूंगा और कहीं और डिकॉप्लिंग करूंगा।

— मेपल

मेरे पास ऐसा विचार नहीं है कि यह एक स्टैंडअलोन उत्तर होने के लिए पर्याप्त रूप से भरा हुआ है, लेकिन मुझे आश्चर्य है कि इसमें मौजूद अच्छे मौजूदा उत्तरों में से कोई भी नहीं है। यदि आप वास्तव में एक रेखीय नियामक चाहते हैं, लेकिन एक पैकेज में बिजली अपव्यय को संभाल नहीं सकते हैं, तो श्रृंखला में कई पर विचार करें। उदाहरण के लिए, अपने 12v को 3.3v से नीचे लाने के लिए, आप 9v नियामक का उपयोग कर सकते हैं, इसके बाद 5v और 3.3v के बाद। यह अधिक भौतिक स्थान लेता है लेकिन कई आईसी के बीच बिजली अपव्यय को विभाजित करता है।

— द्विजुम

Answer 1

1) बक कनवर्टर है:

• एक रैखिक नियामक की तुलना में अधिक महंगा है
• पीसीबी पर आम तौर पर अधिक कमरा लेता है
• आम तौर पर डिज़ाइन करना अधिक कठिन होता है (कभी-कभी, बस थोड़ा सा, कभी-कभी और अधिक तरीके से)
• अधिक शोर है (शोर की मात्रा बहुत सारे कारकों पर निर्भर करती है, हालांकि)

लेकिन यह वास्तव में बहुत अधिक बिजली कुशल है, खासकर अगर इनपुट वोल्टेज बनाम आउटपुट वोल्टेज में एक बड़ा अंतर है, जो यहां आपका मामला है। हिरन इनपुट की तुलना में लगभग उतनी ही बिजली का उत्पादन करेगा (क्षमताएँ आम तौर पर ~ 80-90% होती हैं), जबकि रैखिक नियामक इनपुट के रूप में उतना ही वर्तमान लेगा जितना उसे आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है (जिसका अर्थ है कि दक्षता Vout / Vin है , आपके मामले में ~ 27-44%, जो बहुत खराब है)।

2) हां, यह वास्तव में एकमात्र कारण है कि रैखिक नियामक एक बुरा विकल्प हो सकता है: प्रभावकारिता (और नष्ट गर्मी की आपकी गणना ठीक है)। अब, बहुत अधिक बिजली फैलने से दो बड़ी समस्याएं पैदा होती हैं:

• आपको संभवतः एक हीटसिंक की आवश्यकता होगी (रैखिक नियामक के डेटाशीट की जांच करें: 1W से अधिक की किसी भी चीज़ पर, आपको TO-220 पैकेज में भी सावधानी से जांचने की आवश्यकता है। छोटे पैकेजों का उपयोग करते समय, यह अक्सर संभव नहीं होता है)। तो यह "नियामकों पर अधिक कमरा" की उपेक्षा करता है जो कि रुपये नियामकों की असुविधाजनक है।

• यदि आप बैटरी चलाते हैं, तो इसका मतलब बहुत कम रनटाइम है। कभी-कभी, आप इसे बर्दाश्त नहीं कर सकते (गणना करें)।

3) सबसे अधिक संभावना नहीं है, अगर आप स्टेप डाउन करने के लिए मानक एकीकृत समाधान का उपयोग करते हैं। वे आईसी चिप्स को शक्ति प्रदान करने के लिए बने हैं , और आपके द्वारा चुने गए स्टेप-डाउन कंट्रोलर / नियामक के डेटाशीट / एप्लिकेशन नोट आपको शोर की मात्रा के बारे में कुछ जानकारी देंगे। लेकिन डिजिटल ऑपरेशन के लिए, आपूर्ति शोर आमतौर पर एक समस्या का ज्यादा हिस्सा नहीं है।

4) इनपुट / आउटपुट वोल्टेज में भारी अंतर को देखते हुए, आपको वर्तमान की आवश्यकता है, और इस तथ्य को आप आंशिक रूप से बैटरी पर चलाएंगे, यह एक हिरन के लिए जाने के लिए एक तार्किक विकल्प लगता है। लेकिन आपको खुद से वह सब जांचना होगा। हो सकता है कि आपके मामले में आपके संलग्नक में एक विशाल TO-220 विघटित 1.3W होना स्वीकार्य हो, और जिस रनटाइम की आपको आवश्यकता है वह उच्च नहीं है।

यदि आप हिरन के लिए जाते हैं, तो यहां मैं सुझाव दे सकता हूं:

• एक समाधान एक पूर्ण मॉड्यूल के लिए जाना है। फिर आपको कुछ भी डिज़ाइन करने की आवश्यकता नहीं है। मूसर / डाइजेकी की जांच करें, उनके पास डीसी-डीसी कन्वर्टर्स हैं जो आप अपने पीसीबी को एक रैखिक नियामक की तरह मिला सकते हैं। यदि आप एक aliexpress / eBay तरह के आदमी हैं, तो आप शायद वहाँ भी सस्ते सामान के बहुत सारे मिल जाएगा।
• आप अपना खुद का डिजाइन कर सकते हैं (डरावना, मुझे पता है ... वाह, एक प्रारंभ करनेवाला!)। इस मामले में मैं जो सुझाव दे सकता हूं वह विभिन्न निर्माताओं द्वारा प्रदान किए गए उपकरणों पर एक नज़र रखना है (उदाहरण के लिए TI वेबनेक, लेकिन रैखिक तकनीक में एक भी है ...)। आप बस अपनी आवश्यकताओं (इनपुट / आउटपुट वोल्टेज, करंट, ...) के साथ उन्हें आपूर्ति करते हैं और यह बहुत सारे संभावित डिजाइनों को बाहर निकालता है (आप देखेंगे कि उनमें से कुछ वास्तव में बहुत सरल हैं) उनकी सूची से अलग-अलग चिप्स के साथ। सभी निष्क्रिय घटक मान आपके लिए पहले से ही गणना किए जाते हैं, और वे आपको प्रारंभ करने वाले के लिए भाग संख्या आदि का सुझाव भी देते हैं ... इसलिए आपको बस अपने बोर्ड को डिजाइन करने के लिए प्रलेखन से अनुशंसित पीसीबी लेआउट की जांच करनी होगी, भागों को खरीदना होगा, मिलाप, और यह काम करना चाहिए।

Comments

यह बहुत अच्छा जवाब है! मुझे विशेष रूप से यह पसंद है कि एसएमपीएस कन्वर्टर्स को अक्सर अधिक घटकों की आवश्यकता कैसे होती है -> यह एक अधिक जटिल डिजाइन है।

— मोर्टेन जेन्सेन

+1 @MortenJensen मैं आपसे पूरी तरह सहमत हूँ।

— लांग फाम

मुझे लगता है कि यह ध्यान देने योग्य है कि रुपये अल्ट्रा-लो पावर पर चूसते हैं। इसलिए यदि एमसीयू ज्यादातर समय सोता है और केवल संक्षिप्त फटने के लिए जागता है, तो रैखिक वास्तव में कम बिजली बर्बाद कर सकता है। दोहरी विनियमन भी एक विकल्प है, लेकिन उन सभी में ओएफसी सबसे कठिन है।

— Agent_L

@Agent_L आप जो कहते हैं वह वास्तव में विचार करने के लिए महत्वपूर्ण है, और यह औसत हिरन चिप्स के लिए सही है। हालांकि, मोबाइल के आगमन के साथ, अब आप आसानी से हिरन चिप्स पा सकते हैं जो कि हल्के लोड पर भी रैखिक नियामकों को मात देते हैं। यदि आप "micropower buck" खोजते हैं, तो आपको "micropower रैखिक नियामक" की तुलना में अधिक चीजें मिलेंगी, और datasheets को देखकर, आप देखेंगे कि उनके पास वास्तव में कम द्विध्रुवीय धारा है (रुपये उन मोड में काम कर सकते हैं जहां यह सबसे अधिक सो रहा है) समय, एक रेखीय reg कुछ नहीं कर सकता)। हालांकि, मैं मानता हूं कि यह सामान्य हिरन के लिए सही नहीं है, आपको विशेष रूप से उन लोगों के लिए देखना होगा।

— को SE

@ जो धन्यवाद। लेकिन चिंता मत करो, यह निश्चित रूप से सिर्फ इसलिए है क्योंकि आप " व्यापक -अपने-आपके चेहरे के स्वरूपण और सूचियों" तकनीक के मेरे व्यापक उपयोग से मूर्ख हैं । आप जल्द ही यह भी मास्टर करेंगे।

— मंद

Answer 2

1) एसएमपीएस ऊर्जा को परिवर्तित करने में अधिक प्रभावी है, लेकिन स्विचिंग के कारण अधिक शोर है। रैखिक नियामक इनपुट और आउटपुट वोल्टेज में अंतर के लिए आनुपातिक शक्ति बर्बाद करता है, लेकिन कम शोर के साथ काम करता है।

2) इस पर निर्भर करता है कि आप 1.3W को भंग कर सकते हैं या नहीं - केवल डिजाइनर (आप) यह जान सकते हैं। 1.3W एक छोटे आईसी के लिए बहुत अधिक शक्ति हो सकती है, इसलिए आपको हीट-सिंक की आवश्यकता हो सकती है।

3) विभिन्न स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी विभिन्न फ़्रीक्वेंसी-बैंड पर शोर करते हैं। केवल डिजाइनर (आप) जान सकते हैं कि क्या समस्या होगी। आपको इनपुट एमसीएल की मात्रा काफी कम है यह सुनिश्चित करने के लिए विशिष्ट एमसीयू के लिए एक संदर्भ डिजाइन का पालन करना चाहिए।

4) इस बात पर निर्भर करता है कि विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए व्यापार-नापसंद कैसे किया जाता है। एक उद्देश्य दूसरे से बेहतर नहीं हो सकता। यह इंजीनियरिंग में लगभग हमेशा एक व्यापार है।

Answer 3

1. रुपये कनवर्टर बनाम रैखिक रैखिक नियामक का उपयोग करने में क्या अंतर है

बहुत न्यूनतर स्पष्टीकरण:

एसएमपीएस

एक SMPS (स्विच मोड पावर सप्लाई, जैसे बक) मूल रूप से दिए गए संदर्भ में आउटपुट वोल्टेज की तुलना करता है। यदि आउटपुट वोल्टेज संदर्भ से ऊपर है, तो नियामक मूल रूप से इनपुट और आउटपुट के बीच कनेक्शन काट देता है। यदि आउटपुट वोल्टेज संदर्भ के नीचे है, तो इनपुट और आउटपुट जुड़े हुए हैं। आउटपुट कैपेसिटी और इंडक्शन का उपयोग आउटपुट साइड पर ऊर्जा को स्टोर करने और आउटपुट वोल्टेज को स्मूथ करने के लिए किया जाता है।

लाभ : दक्षता और इसलिए बिजली अपव्यय (-> गर्मी) क्योंकि स्विच या तो बंद हैं (कोई वर्तमान नहीं -> कोई शक्ति अपव्यय) या खुला (सबसे कम प्रतिरोध राज्य -> ​​न्यूनतम शक्ति अपव्यय)।

डाउनसाइड्स : अतिरिक्त भाग (आमतौर पर वोल्टेज डिवाइडर, इंडक्शन, कैपेसिटेंस और शायद शोर सप्रेसन के लिए फेराइट बीड) और बढ़ी हुई कीमत (डिवाइस खुद और अतिरिक्त पार्ट्स)।

रैखिक

एक SMPS के विपरीत एक रैखिक नियामक स्विच (ऑन / ऑफ) के रूप में एक ट्रांजिस्टर का उपयोग नहीं करता है, लेकिन रैखिक मोड में (ऑन और ऑफ के बीच कोई भी राज्य की अनुमति है)। यह शक्ति अपव्यय को बढ़ाता है, जैसा कि आप ट्रांजिस्टर को एक विनियमित अवरोधक के रूप में कल्पना कर सकते हैं जिसे विन-वाउट के वोल्टेज ड्रॉप के लिए समायोजित किया जा रहा है।

लाभ : सस्ता; आसान; कम / कोई शोर नहीं स्विचिंग के कारण, केवल एक समाई डाउनसाइड की आवश्यकता हो सकती है : दक्षता, विशेष रूप से उच्च भार पर;

2. क्या लीनियर रेगुलेटर (छोटे पैकेज) एक बुरा विचार होगा क्योंकि यह बहुत गर्म करेगा क्योंकि वोल्टेज में बड़ा अंतर है (12-3.3 = 8.7, 8.7 * 0.15 = 1.3W)?

मैं इसका जवाब हां में दूंगा। यदि आप यहाँ एक नज़र रखते हैं और अध्याय 6.4 पर दिए गए मानों पर विचार करते हैं। उदाहरण के लिए इस डेटाशीट में आप देखेंगे कि थर्मल प्रतिरोध आसानी से 100 ° C / W (मतलब: 1W शक्ति अपव्यय के लिए 100 ° C का समशीतोष्ण वृद्धि) हो जाता है। मुझे लगता है कि यह एक छोटे से मामले में काम नहीं करेगा, यहां तक ​​कि एक (छोटे, क्योंकि छोटे पैकेज) गर्मी सिंक और आपके पीसीबी पर बहुत सारे तांबे के क्षेत्र को ठंडा करने के लिए निर्धारित किया जाता है (इसलिए आप छोटे पैकेज से लाभ नहीं उठा पाएंगे। )।

अंगूठे के एक नियम के रूप में, मैं आमतौर पर एक रैखिक नियामक का उपयोग करता हूं अगर मुझे या तो बहुत कम धाराओं (अधिकतम में कुछ एमएए), बहुत छोटे वोल्टेज ड्रॉप (1..2 वी) और / या एडीसी या अन्य एनालॉग के लिए सुपर क्लीन सप्लाई वोल्टेज की आवश्यकता होती है भागों। ज्यादातर मामलों में मैं SMPS का उपयोग करना पसंद करता हूं। इन्हें अधिक भागों की आवश्यकता होती है (अधिक कैप, रेसिस्टर्स, इंडक्शन) इसलिए इसका अधिक महंगा और 'जटिल' समाधान है।

3. क्या स्विचिंग की आवृत्ति, या आउटपुट वोल्टेज रिपल (शोर) MCU के सामान्य संचालन पर एक बड़ा प्रभाव होगा?

यदि आप डिवाइस डेटा शीट के आधार पर एक SMPS डिज़ाइन करते हैं तो आमतौर पर अपेक्षित तरंग शोर के लिए गणना की जाती है। ये आमतौर पर आउटपुट वोल्टेज के 1% के भीतर होते हैं जो डिजिटल सिस्टम के लिए कोई समस्या नहीं है। मैंने एक एक्सेल शीट ओटी हेल्प डाइमेंशन कैप आदि बनाई है, लेकिन मुझे नहीं पता कि यहाँ अटैचमेंट कैसे जोड़ा जाता है ...

इसके अलावा आप शायद MCU के प्रत्येक सप्लाई इनपुट में 10..100nF की कैप जोड़ना चाहते हैं और कैप से लेकर MCU तक के निशान को पावर पिन्स द्वारा देखे गए रिपल को कम करने के लिए रखना चाहते हैं।

4. निष्कर्ष, 6V और 12V के बीच इनपुट वोल्टेज के साथ इसे पावर करने का सबसे अच्छा तरीका क्या है?

जैसा कि आपको एक बड़े वोल्टेज कदम की आवश्यकता है, कुछ एमए से अधिक नहीं और शोर के संबंध में किसी विशेष आवश्यकताओं का उल्लेख नहीं किया है (एनालॉग सामान के लिए) मैं एक एसएमपीएस के साथ जाऊंगा।

Answer 4

कोई सबसे अच्छा तरीका नहीं है! सब कुछ एक सौदा है।

आम तौर पर, स्विच-मोड पावर सुपरिअल्स में लीनियर पॉवर सुपरफ़ोलियो की तुलना में बेहतर दक्षता होती है। हालांकि, वे अपने काउंटर भाग की तुलना में बहुत अधिक शोर करते हैं। यह सटीक सर्किट्री के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।

स्विच-मोड पावर सुपरिहल्स के लिए पोस्ट-रेगुलेशन के रूप में रैखिक नियामक का उपयोग करना अच्छा है, क्योंकि यह 2 कारकों को संतुष्ट करता है: दक्षता, कम शोर। लेकिन, फिर से, सब कुछ एक सौदा है! यह अधिक बीओएम लागत और अधिक बोर्ड स्थान का परिचय देता है!

1. अंतर क्या है ...

वे अपने कार्य सिद्धांत से अलग हैं। कृपया Google का उपयोग करें!

2. रैखिक नियामक होगा ...

हो सकता है, यह आपके डिजाइन पर निर्भर करता हो।

3. ...

आमतौर पर अगर बिजली की आपूर्ति पिन को डिकूप्ट किया गया है तो नहीं। यह एनालॉग सामान (ADC, DAC, ...) के साथ एक समस्या हो सकती है

4. ...

मैं इसका जवाब नहीं दे सकता।

Answer 5

बक कन्वर्टर्स स्विचिंग के कारण अधिक शोर और महंगे हैं और बाहरी घटक जैसे कि प्रारंभ करनेवाला (आप आमतौर पर इसे आईसी में एकीकृत नहीं कर सकते हैं, लेकिन अन्य बाह्य उपकरणों को छोटी धाराओं के लिए एकीकृत किया जा सकता है)। शोर आमतौर पर डिजिटल सर्किट (जो आपूर्ति रेल में अपना खुद का शोर उत्पन्न करता है) के लिए कोई समस्या नहीं है, लेकिन एनालॉग के लिए बहुत अधिक हो सकता है। आपको जितनी शक्ति की आवश्यकता है, उसके आधार पर, एक एसएमपीएस भी छोटा हो सकता है क्योंकि उच्च दक्षता का मतलब होगा कम विघटित शक्ति (प्रारंभ करनेवाला हीट से छोटा हो सकता है)।

रैखिक कन्वर्टर्स आमतौर पर सस्ते होते हैं और कम शक्तियों के लिए यह छोटा भी हो सकता है यदि कुछ बाहरी घटकों का उपयोग किया जाता है, लेकिन बड़ी शक्तियों के लिए एक हीट सिंक की आवश्यकता हो सकती है।

एक रोकनेवाला और जेनर का उपयोग करने का विकल्प भी है, लेकिन यह आमतौर पर भी नहीं माना जाता है क्योंकि जेनर बिजली की खपत करेगा भले ही एमसीयू (उदाहरण के लिए नींद / स्टैंडबाय के दौरान) नहीं होगा, लेकिन यह एक व्यवहार्य विकल्प हो सकता है अगर आप वर्तमान ड्रा अपेक्षाकृत स्थिर हैं।

बिजली की आपूर्ति का चयन एक व्यापार है: आपको अपने बजट, आकार और शोर को संतुलित करना होगा। चूंकि आप संभवतः 12 वी से 3.3 वी तक छोड़ रहे हैं, इसलिए आपकी थर्मल आवश्यकताएं आमतौर पर हावी होंगी, जो आमतौर पर हिरन कनवर्टर का संकेत देगी। हालांकि, यदि आपका एप्लिकेशन ADC का भारी उपयोग करता है, जब तक कि आपके पास बाहरी वोल्टेज संदर्भ नहीं हो सकता है, तो बड़े आकार के लिए भी, रैखिक कनवर्टर का उपयोग करना फायदेमंद हो सकता है। फिर, यदि आपका बजट अनुमति देता है, तो आप दोनों का उपयोग भी कर सकते हैं : आप 12 / 7.4V से 5 या 4 V तक ड्रॉप करने के लिए एक हिरन कनवर्टर का उपयोग कर सकते हैं, और फिर 3.3 V पर जाने के लिए एक रैखिक का उपयोग कर सकते हैं। यह एक छोटे से ड्रॉप में अनुमति देगा रैखिक नियामक, संभवतः थर्मल मुद्दों से बच रहा है।

Answer 6

SMPS आपको MCU की आंतरिक शक्ति का अधिक महंगा समाधान प्रदान करेगा।
रैखिक नियामकों के बजाय कम शोर वाले DAC में प्रतिध्वनित होते हैं और अधिक स्थिर संगणना में स्विच करते हैं।
स्विचिंग बिजली की आपूर्ति तेजी से एमसीयू स्विचिंग कंप्यूटर्स की भरपाई करेगी। इसके बजाय आप कोशिश करते हैं कि रैखिक नियामक समान DAC गुणवत्ता प्रदान कर सकते हैं लेकिन उच्च अवसरों की कीमत पर आपका MCU हैंगअप होगा।

एक निष्कर्ष के बारे में: रैखिक नियामकों को अक्सर एमसीयू के साथ प्लग किया जाता है जो हैंग वॉचडॉग पर रीसेट प्रदान करते हैं।
स्विच करना अधिक महंगा है लेकिन मांगें प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए प्रासंगिक हैं।
आप पहले से ही एक एसएमपीएस मॉड्यूल खरीदना पसंद कर सकते हैं जो आसानी से किसी भी जरूरत के अनुकूल हो।

Comments

कृपया अपना व्याकरण और स्वरूपण ठीक करें। क्या आप पहले वाक्य के बारे में निश्चित हैं, जिसे मैं मुश्किल से समझ सकता हूं?

— लॉन्ग फाम

मेरा मानना ​​है कि एमसीयू को बस कुछ डिकूपिंग कैप की जरूरत है।

— लॉन्ग फाम