Wie spart DCDC Strom über ein LDO?

Ich verwende ein Kameramodul unserer benutzerdefinierten Anwendung. Das Kameramodul verbrauchte mehr Strom als eine vorherige Karte mit denselben Einstellungen, Chipsätzen und Modulen.

In unserem Gespräch mit einem Support-Ingenieur haben wir folgende Antwort erhalten:

Die VCAMD-Stromversorgung auf der vorherigen Karte wird von einem 1,27-V-Gleichstrom betrieben, auf der aktuellen Karte wird sie von LDO angesteuert. In einer dunklen Umgebung spart DCDC etwa 14 mA und in einer hellen Umgebung spart DCDC etwa 25 mA. Die Testergebnisse beider sind also unterschiedlich.

Wie kann bei Verwendung eines DCDC Strom gespart werden, das Modul würde den Strom verbrauchen, den es benötigt?

Es ist nicht so, dass ein DCDC ( Buck Regulator ) Strom spart, sondern dass ein LDO Strom verschwendet .

Tatsächlich wandelt ein Buck-Regler die Spannungsdifferenz in mehr verfügbaren Strom um.
Ein LDO wandelt die Spannungsdifferenz in Wärme um, und Wärme ist ein Abfallprodukt, das Sie nicht wirklich wollen.

Ein LDO, das beispielsweise 12 V auf 5 V regelt, muss 7 V abfallen lassen und diese Leistung als Wärme abführen. Je mehr Strom Sie ziehen, desto mehr Wärme wird erzeugt. Wenn Sie 1A durch dieses Beispiel ziehen (5 W), zieht es wiederum 1 A aus der Stromquelle (12 W), sodass 7 W Leistung an die Atmosphäre verloren gehen müssen.

Ein perfekter (sie existieren nicht, aber zur Veranschaulichung) Buck-Regler mit einer Leistung von 12 V bis 5 V und einer Leistung von 1 A (5 W) würde wiederum 5 W von der Stromquelle beziehen, was bei 12 V 417 mA betragen würde.

Natürlich, wie ich schon sagte, gibt es keine perfekten Buck-Regler und es gibt immer noch Verluste, so dass es tatsächlich etwas mehr aus der Quelle ziehen würde - eher wie 6 W oder 500 mA. Immer noch deutlich weniger als ein LDO.

Es gibt jedoch Nachteile, die Regulierungsbehörden zu bocken:

• Die sind laut . Sie arbeiten durch schnelles Ein- und Ausschalten der Stromversorgung, was zu höheren Strahlungs- und Leitungsemissionen führt.
• Sie sind schwerer auszulegen . Um die EMI-Emissionen niedrig zu halten und die Konformitätstests zu bestehen, muss ein sorgfältiges Layout auf der Leiterplatte berücksichtigt werden.
• Sie verwenden mehr Komponenten . Ein LDO besteht normalerweise aus einem Chip und mehreren Kondensatoren. Buck-Regler benötigen (normalerweise) auch mindestens eine Diode und einen Induktor.

All dies führt dazu, dass Buck-Regulierungsbehörden teurer sind als LDOs.

LDO ist hier ein irrelevanter Begriff - die Hauptunterschiede sind "linear" gegenüber "geschaltet".
LDO bedeutet, dass Vin-Vout auf Wunsch sehr klein sein kann, ABER die Effizienz hängt davon ab, was Vin ist und nicht davon, was der schlimmste Fall sein kann.

Ich werde SMPS für "Switched Mode Power Supply" und LPS für Linear Power Supply verwenden.

Für ein LPS
Iin = Iout. Vout ist auf die Last eingestellt.
Also Power In = Vin x Iin = Vin x Iout
Power Out = Vout x Iout
Also Effizienz
= Power Out / Power In
= (Vout / Iout) / (Vin / Iout)
Effizienz = Vout / Vin
Also, für einen festen Vout, Effizienz fällt linear, wenn Vin steigt

Für ein SMPS ist
Power_out = Power_in x Z
Z die Umwandlungseffizienz und variiert je nach Wandlertyp, ein- und ausgehenden Spannungen und deren Verhältnis, Leistungspegeln und mehr. Aber als Richtlinie: Ein nicht isolierter "Buck" -Abwärtswandler kann Folgendes erreichen:

• 98% Super Space bewertet keine Kosten außer ultra optimiert + Glück

• 95% Best Practice der Branche, sorgfältige Konstruktion und Herstellung, wahrscheinlich über einen begrenzten Bereich

• 90% + Gutes Design im besten Teil des Sortiments
• 80% - 90% Die meisten Designs in weiten Bereichen. Nicht normalerweise bei sehr hohen oder sehr niedrigen Lasten oder hohen Spannungsverhältnissen
• <80% Extreme Bedingungen, Batterieende, sehr leichte oder schwere Last usw.

Als Faustregel gilt, dass die meisten SMPS in den meisten Fällen einen Wirkungsgrad von 85% bis 95% bieten.

Damit -

Ein LPS, das mit Vin = 9 V und Vout = 3,3 V arbeitet, ist mit 3,3 / 9 = 37% effizient.
Außer in extremen Fällen sollte jedes SMPS, das es nicht besser machen kann, an einem Scheideweg mit einem Einsatz im Herzen begraben werden.

• Ein System kann eine nominelle 9-V-PP3-
  Alkalibatterie mit einer Vnew von etwa 6 x 1,65 V / Zelle = 9,9 V (nicht lange) und einer
  Vdead von etwa 6 x 0,9 V (5,4 V) verwenden -
  also der Wirkungsgrad eines 3V3-Linearreglers, der damit arbeitet Der Akku variiert stark mit dem Ladezustand.

Ein LPS, das mit Vin = 5 V und Vout = 3,3 V arbeitet, ist mit 3,3 / 5 = 66% effizient.
Die meisten SMPS sind besser, außer in extremen Fällen.

Ein LPS mit einem LiFePO4-Akku, der von 3,5 V bis 3,1 V und einer LED mit 3,0 V betrieben wird, hat einen Wirkungsgrad von 3 / 3,5 bis 3,1 / 3,5 = ~ = 86% bis 97% - dh der Wirkungsgrad steigt, wenn sich Vin Vout nähert.
In diesem Fall liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad über einen Großteil des Batteriebereichs bei 91% bis 94%.
Nur die besten SMPS-Buck-Regler hätten höhere Wirkungsgrade, und ein linearer Regler könnte hier durchaus eine gute Wahl sein.

• Hinweis: Ich habe eine Reihe von Produkten entwickelt, die eine oder mehrere weiße LEDs mit niedriger Vf mit einer einzelnen LiFePO4-Zelle betreiben - raten Sie mal, welche Art von Regler ich verwendet habe :-).
  [Die verwendeten LEDs werden sorgfältig ausgewählt, um unter allen gewünschten Betriebsbedingungen mit 3 V oder weniger zu arbeiten. ]]

Ein Regler wird in Situationen verwendet, in denen die Last Elektronen mit weniger Energie (pro Elektron) benötigt als die von der Quelle ausgestoßenen. Ein linearer Regler entnimmt der Quelle Elektronen, verschwendet jeweils etwas Energie und speist sie dann der Last zu. Jedes Mal, wenn ein Elektron von der Last kommt, muss ein Elektron von der Quelle kommen.

Ein Buck-Regler leitet Elektronen durch einen Induktor, der einigen Energie entziehen und anderen Energie geben kann. Es verhält sich zunächst wie ein linearer Regler - es leitet Elektronen durch den Induktor (der einen Teil seiner Energie verbraucht) und dann durch die Last -, aber sobald der Induktor etwas Energie gespeichert hat, trennt ein Schalter die Quelle und beginnt mit der Einspeisung Elektronen, die von der Last zurückkehren. Diese Elektronen haben nicht genug Energie, um die Last wieder anzutreiben, aber da der Induktor gerade etwas Energie gespeichert hat, kann der Induktor seine gespeicherte Energie verwenden, um diese Elektronen wieder zu aktivieren und sie durch die Last zurückzusenden.

Wenn man zB mit 10 Volt beginnt und den Induktor 1/3 der Zeit mit der Quelle und 2/3 der Zeit mit der Lastrückführung verbindet, muss nur etwa 1/3 des durch die Last fließenden Stroms kommen von der Quelle. Da ein Induktor einen Fluss mit einer Rate addiert oder entfernt, die proportional zur angelegten Spannung (minus Verluste) ist, und der durchschnittliche integrierte Fluss Null sein muss, bedeutet dies, dass die durchschnittliche Spannung (minus Verluste) Null sein muss. Da der Induktor doppelt so stark an die Last angeschlossen ist wie an die Stromversorgung, bedeutet dies, dass er beim Anschluss an die Stromversorgung doppelt so viel Spannung abfallen muss wie beim Anschluss an die Last. Somit fällt der Induktor bei Anschluss an die Versorgung um etwa 6,7 ​​Volt ab und erzeugt bei Anschluss an die Last 3,3 Volt.