LDO vs. Schaltregler

Wir haben derzeit eine Platine, die ein Modem und einen Mikrocontroller mit Strom versorgen muss. Die Stromversorgung der Platine erfolgt über eine Batterie (Bereich 12 V - 30 V). Das Modem und der Mikrocontroller haben getrennte Stromleitungen. Der Mikrocontroller + Peripheriegeräte verbrauchen etwa 200 mA, während das Modem etwa 300 mA verbrauchen kann (mit Spitzen von 2 A während Übertragungsstößen).

Während der Designphase war klar, dass ein Abwärtsschaltregler die bevorzugte Lösung wäre, da ein LDO zu viel Wärme abführen müsste. Für eine erste Überarbeitung wurde die Platine jedoch so gestaltet, dass wir die Möglichkeit hatten, beides zu verwenden

(Der Grund dafür war, dass der LDO viel billiger zu entwerfen / herzustellen war) und dass das Modem nur ein paar Mal pro Tag für wirklich kurze Zeiträume verwendet wurde (Senden von etwa 5 x 1 kb pro Tag).

Der Grund dafür war, dass unklar war, was ein anständiges Schaltreglerdesign kosten würde.

Wir haben mit beiden getestet und tatsächlich festgestellt, dass der LDO bei starker Beanspruchung gekühlt werden muss. Offensichtlich ist die Verwendung des PTN78000WAH-Bucks aus preislicher Sicht (14 Euro) nicht möglich.

Wir fragen uns, was der Anstieg im Vergleich zum LM317 LDO wäre, wenn wir uns für einen Schaltregler entscheiden würden. Unser PCB-Designer ist sich darüber nicht im Klaren und erklärt, dass das Design eines Schaltreglers sehr kompliziert ist, zusätzliche Forschung und einen Machbarkeitsnachweis erfordert, den wir bezahlen müssen, ohne eine Vorstellung davon zu haben, wie sich dies auf die Endkosten auswirken wird.

Wir wollen nur wissen, wie sich die Preisgestaltung auswirkt, wenn wir uns für einen Schaltregler auf der Leiterplatte entscheiden.

Das Referenzdesign des Modems schlug Folgendes vor:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wir haben bereits die Sicherung, Dioden, Kappen, Ferritperle auf unserer Platine. Das einzige, was wir nicht haben, ist der L101 (ein Induktor / eine Drossel), da sich dieser derzeit auf dem Breakout-Board von Texas Instruments befindet.

Ist es so einfach, sich den Preis der 2 Kernkomponenten anzusehen:

Und schließen Sie daraus, dass wir für etwa 3 EUR (im Gegensatz zu den derzeitigen 0,3 EUR) in der Lage wären, eine Schaltreglerschaltung auf unsere Leiterplatte zu setzen? Oder fehlt mir noch etwas anderes. Und gibt es andere Alternativen für die beiden oben genannten Komponenten, die für unseren Anwendungsfall geeignet sein könnten (Versorgung eines SIM900-Modems, 12-30-V-Eingang, 2-A-Strom während Übertragungsstößen, 300-mA-Normalbetrieb)?

LM2596 ist etwas veraltet. Für den gleichen Preis wird TPS54340 besser funktionieren. Es hat eine höhere Schaltfrequenz, was kleinere Induktivitäten und Kondensatoren bedeutet. Außerdem hat es einen guten Lichtlastwirkungsgrad.
Danke für den Kommentar und den Tipp ... kann man davon ausgehen, dass der eigentliche Schaltreglerchip + die Induktivität die größten Kosten im gesamten Schaltkreis darstellen? Und ist der LM2596 / TPS54340 die erwartete Preisspanne für einen Schaltregler-Chip? Mir ist auch aufgefallen, dass jemand den MC34063ADG erwähnt hat, der etwa 1/10 der Kosten der oben genannten Chips ausmacht.
MC34063 ist spottbillig, aber für diese Anwendung zu schwach. Es hat einen bipolaren Schalter mit einer Sättigungsspannung von 1 v , nur maximaler Strom 1.5 A und wird nicht in einem thermisch verbesserten Paket geliefert. Außerdem wegen seiner niedrigen Frequenz ( 100 k H z ) benötigt es einen großen Induktor mit großer Induktivität.
Es gibt Tausende von verschiedenen Schaltreglern, die Sie verwenden können, die besser sind als der 2596. Wir warten LG-Fernseher und sie scheinen eine Firma namens Monolithic Power zu mögen. Ich habe viele ihrer Schaltregler von toten Platinen geborgen und in meinen eigenen Projekten sinnvoll eingesetzt. MP1423 ist einer, der mir in den Sinn kommt. Unzerstörbarer kleiner IC. 3A Volllast und heizt nicht einmal auf. Ich hatte Probleme damit, 100 % Leistung von 2596 zu bekommen. Der MP1423 hat einfach funktioniert.
Welcher DC-Spannungsbereich liegt am Eingang des LDO-Reglers und wie viel Strom wird benötigt, um die schwerste Last weiterzugeben?
Sie haben die Ausgangsspannung nicht erwähnt, jedenfalls ist LDO für diesen Fall nicht machbar (30-5) * 0,2 = 5 W. Schaltregler sind also nur eine Option ... Schaltregler waren vor so vielen Jahren komplex ... Jetzt gibt es viele Designrechner und viel Hilfe von Anbietern wie TI. Für diese transienten Anforderungen für MODEMs gibt es spezielle Regler, die auf diese Anwendungen ausgerichtet sind. Suchen Sie bei Google nach Reglern für GSM/GPS-Anwendungen.....

Antworten (3)

Das Design von Schaltreglern ist in der Tat kompliziert und erfordert dank der hohen Frequenzen und der damit verbundenen EMI sogar ein ordnungsgemäßes PCB-Layout. Aber es ist keineswegs unmöglich, wenn man es um einen Controller-IC aufbaut und den Empfehlungen des Datenblatts folgt.

Aber bedenken Sie, dass Sie für ungefähr die gleichen 3 Euro ein fertiges Schaltreglermodul auf einer eigenen kleinen Platine bei eBay kaufen können.

Und Sie brauchen nicht unbedingt eine Schaltreglerschaltung mit einer Kapazität von 2 A oder mehr, wenn diese Spitzen kurz genug sind. Sie könnten auf beispielsweise 8 V herunterfahren und diese in einen entsprechend großen Kondensator stecken und mit einem Linearregler weiter auf 5 V regeln. Die 2A-Spitzen würden dazu führen, dass die Kondensatorspannung abfällt, aber wenn sie nicht zu stark abfällt (dank eines großen Kondensators), bleibt der Ausgang bei konstanten 5 V.

Ich stimme der Antwort von Rennex zu und möchte etwas hinzufügen.

Die Verwendung von LM317 oder einem anderen Linearregler in Ihrem Fall ist eine sehr schlechte Idee. Sie verlieren viel wertvolle Batterieenergie am Linearregler.

Bei 200mA ("Normalbetrieb"), bei Abfall von 24V auf 5V, verschwendet der Regler:

P = I * U = 0,2 A * (24 V-5 V) = 3,8 W

Es wird von einer Autobatterie betrieben, die ständig aufgeladen wird, wenn sie das Board mit Strom versorgen muss. Aber es ist klar, dass ein Schaltregler viel effizienter ist. Es war nur eine kostenbasierte Maßnahme.

Ihr Design hat einen viel höheren Leistungsverlust als der LDO.

  1. Die Zenerschaltung ist unvollständig, Sie benötigen einen Vorwiderstand mit der Quelle (versuchen Sie zu googeln), um den Strom zu begrenzen, den der Zener erhält. P = VI, wenn Ihre Quelle 20 V und Ihr Zener 5 V hat, dann wird die 15 V getrimmte Spannung nur Wärme durch den Draht abführen. Angenommen, der Draht hat 1 Ohm und die Spannung darüber beträgt 15 V. Dann erhalten Sie 15 Watt Leistung durch den Draht, was bedeutet, dass Sie 15 A Strom haben, dann beträgt die Leistung durch den Zener Pz = 5 * 15 = 75 Watt. Überprüfen Sie den Shunt- oder Serien-Zenerregler auf Google, um die Schaltung zu sehen.

  2. Warum haben Sie die externe PWM-Quelle außer Ihrem IC? Das heißt, Sie haben 2 IC, Schaltregler können und normalerweise mit nur 1 IC ausgeführt werden. Der andere IC verbraucht nur Strom, außerdem benötigen Sie den Zenerregler auch für diesen IC, daher ist dies ziemlich unpraktisch.

  3. Schließlich ist Ihre Schaltung zur Spannungsregelung falsch, aber nicht sehr falsch. Ich meine, wenn Ihr IC den 2A-Schaltstrom aufnehmen kann, ist es in Ordnung. Normalerweise werden Sie jedoch einen Transistor BJT oder Mosfet als Schalter einbauen, da der IC dazu neigt, zu brechen, wenn zu viel Strom durch ihn fließt. Grundsätzlich verwenden Sie ICs nur für PWM und Rückkopplungsspannung.

Errm, (1) es gibt keinen Zener in der Schaltung - das Ding am Eingang ist ein TVS, das ein Gerät zur Unterdrückung von Hochspannungsspitzen ist. (2) Es gibt keine externe PWM-Quelle in dieser Schaltung - es gibt einen Ein-/Aus-Eingang zum Ausschalten der Stromversorgung, falls erforderlich. (3) Die gezeigte LM2596-Schaltung ist genau so verdrahtet, wie sie sein sollte, und kann eine 3A-Last liefern.
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