마이크로 컨트롤러, SMPS 및 선형 레귤레이터에 전원을 공급하는 가장 좋은 방법

12V 어댑터와 2S 7.4V 리튬 이온 배터리를 사용하여 전자 장치에 전원을 공급하고 있으며 MCU에 전원을 공급하고 싶습니다. 어댑터와 배터리 간을 전환하려면 TI 의 BQ24133 을 사용하고 있습니다.

STM32L4 MCU 및 맞춤형 PCB에서 3.3V를 사용하는 다른 구성 요소를 사용합니다. 3V3의 모든 기능은 전체 작동 모드에서 최대 150mA를 사용합니다.

가장 좋은 / 가장 저렴한 솔루션을 찾고 있습니다.

1. 벅 컨버터와 선형 선형 레귤레이터를 사용하여 MCU에 전원을 공급하는 것의 차이점은 무엇입니까?

2. 선형 레귤레이터 (소형 패키지)는 전압에 큰 차이 (12-3.3 = 8.7, 8.7 * 0.15 = 1.3W)가 있기 때문에 가열 될 수 있기 때문에 나쁜 생각입니까?

3. 스위칭 주파수 또는 출력 전압 리플 (노이즈)이 MCU의 정상적인 작동에 큰 영향을 미칩니 까?

4. 결론적으로 6V와 12V 사이의 입력 전압으로 전원을 공급하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?

인내심과 답변에 감사드립니다.

모든 답변에 감사드립니다. 당신은 모두 매우 도움이되었습니다. 지금까지는 프로젝트에 선형을 사용했지만 지금은 내가 갈 수 있다고 생각합니다. 내가 요청한 이유를 추적하고 내가 만들고있는 것을 보려면이 링크를 클릭하십시오.

1) 벅 컨버터는 :

• 선형 레귤레이터보다 비싸다
• 일반적으로 PCB에서 더 많은 공간을 차지합니다
• 일반적으로 디자인하기가 더 어렵습니다 (때로는 조금 더, 때로는 더 많은 방법으로)
• 더 시끄 럽습니다 (소음의 양은 많은 요인에 따라 다릅니다)

그러나 특히 입력 전압과 출력 전압 사이에 큰 차이가있는 경우 실제로 훨씬 더 효율적입니다. 벅은 입력에서 얻는 것과 거의 동일한 전력을 출력하지만 (효율은 ~ 80-90 % 임) 선형 레귤레이터는 공급하는 데 필요한만큼의 전류를 소비합니다 (효율은 Vout / Vin , 귀하의 경우 ~ 27-44 %와 같은 것으로, 이는 매우 나쁩니다).

2) 그렇습니다. 이것이 선형 레귤레이터가 나쁜 선택이 될 수있는 유일한 이유입니다. 이제 많은 전력이 소비되면 두 가지 큰 문제가 발생합니다.

• 아마도 방열판이 필요할 것입니다 (선형 레귤레이터의 데이터 시트를 확인하십시오 : 1W 이상에서는 TO-220 패키지에서도 신중하게 확인해야합니다. 작은 패키지를 사용할 때는 종종 불가능합니다). 따라서 이것은 벅 레귤레이터의 불편한 "PCB의 더 많은 공간"을 무시합니다.

• 배터리를 사용하면 런타임이 훨씬 줄어 듭니다. 때때로, 당신은 그것을 감당할 수 없습니다 (계산을하십시오).

3) 표준 통합 솔루션을 사용하여 스텝 다운을 수행하는 경우에는 그렇지 않습니다. 사람들은되어 만들어진 IC 칩에 전원을 공급하고, 당신이 선택하는 것이다 스텝 다운 컨트롤러 / 레귤레이터의 데이터 시트 / 애플리케이션 노트는 당신이 얻을 것이다 노이즈의 양에 대한 정보를 제공해야합니다. 그러나 디지털 작동의 경우 공급 잡음은 일반적으로 그다지 큰 문제가 아닙니다.

4) 입력 / 출력 전압, 필요한 전류 및 배터리로 부분적으로 작동한다는 사실의 큰 차이를 고려할 때, 벅을 선택하는 것이 논리적 인 선택 인 것 같습니다. 그러나 모든 것을 직접 확인해야합니다. 어쩌면 귀하의 경우 인클로저에 거대한 TO-220 소비 1.3W를 갖는 것이 허용되며 필요한 런타임이 그다지 높지 않습니다.

당신이 돈을 간다면, 여기 내가 제안 할 수있는 것이 있습니다 :

• 한 가지 해결책은 완전한 모듈을 찾는 것입니다. 그런 다음 아무 것도 디자인 할 필요가 없습니다. mouser / digikey를 확인하면 선형 레귤레이터처럼 PCB에 납땜 할 수있는 DC-DC 컨버터가 있습니다. 당신이 aliexpress / ebay 종류의 사람이라면 아마도 거기에서 값싼 것들을 많이 찾을 것입니다.
• 당신은 당신 자신의 것을 디자인 할 수 있습니다 (무서운, 알고 있습니다 ... 와우, 인덕터!). 이 경우에 제안 할 수있는 것은 다양한 제조업체가 제공하는 도구를 살펴 보는 것입니다 (예 : TI webench, 그러나 Linear 기술에는 하나가 있습니다 ...). 요구 사항 (입력 / 출력 전압, 전류 등)을 제공하면 카탈로그의 다른 칩으로 가능한 많은 디자인 (실제로는 매우 간단 함)을 뱉어냅니다. 모든 수동 구성 요소 값은 이미 계산되어 있으며 인덕터 등의 부품 번호를 제안하기도합니다. 따라서 문서에서 권장 PCB 레이아웃을 확인하여 보드를 설계하고 부품을 구입하고 납땜하고, 작동해야합니다.

1) SMPS는 에너지 변환에 더 효과적이지만 스위칭으로 인해 잡음이 더 심합니다. 선형 레귤레이터는 입력 및 출력 전압의 차이에 비례하여 전력을 낭비하지만 저잡음으로 작동합니다.

2) 1.3W를 소멸시킬 수 있는지 여부에 따라 다르지만 설계자 만 알 수 있습니다. 소형 IC의 경우 1.3W가 많은 전력을 소비 할 수 있으므로 방열판이 필요할 수 있습니다.

3) 다른 스위칭 주파수는 다른 주파수 대역에서 노이즈를 발생시킵니다. 그것이 문제가 될지 디자이너 (귀하)만이 알 수 있습니다. 입력 전압 리플이 허용 가능하게 낮도록 특정 MCU에 대한 참조 설계를 따라야합니다.

4) 특정 응용에 대한 트레이드 오프의 가중치에 따라 다릅니다. 하나는 다른 것보다 객관적으로 나을 수 없습니다. 거의 항상 엔지니어링의 절충안입니다.

1. 벅 컨버터와 선형 선형 레귤레이터의 차이점은 무엇입니까?

매우 최소한의 설명 :

SMPS

SMPS (스위치 모드 전원 공급 장치, 예 : 벅)는 기본적으로 출력 전압을 주어진 기준과 비교합니다. 출력 전압이 기준을 초과하면 레귤레이터는 기본적으로 입력과 출력 간의 연결을 차단합니다. 출력 전압이 기준보다 낮 으면 입력과 출력이 연결됩니다. 출력 커패시턴스 및 인덕턴스는 출력 측에 에너지를 저장하고 출력 전압을 부드럽게하기 위해 사용됩니다.

장점 : 스위치가 닫히거나 (전류 없음-> 전력 소모 없음) 열림 (가장 낮은 저항 상태-> 최소 전력 소모)되기 때문에 효율성 및 전력 소모 (-> 열).

단점 : 추가 부품 (일반적으로 전압 디바이더, 인덕턴스, 커패시턴스 및 잡음 억제를위한 페라이트 비드) 및 가격 인상 (장치 자체 및 추가 부품).

선의

SMPS와 달리 선형 레귤레이터는 트랜지스터를 스위치로 사용하지 않고 (켜기 / 끄기) 선형 모드입니다 (켜기 및 끄기 사이의 상태도 허용됨). Vin-Vout의 전압 강하에 대해 조정되는 조정 저항으로 트랜지스터를 상상할 수 있기 때문에 전력 소비가 증가합니다.

장점 : 저렴한; 쉬운; 스위칭이 없어 잡음이 적거나 없음. 정전 용량 단점 만 필요할 수 있음 : 특히 고부하에서의 효율;

2. 선형 레귤레이터 (작은 패키지)는 전압에 큰 차이 (12-3.3 = 8.7, 8.7 * 0.15 = 1.3W)가 있기 때문에 가열 될 수 있기 때문에 나쁜 생각입니까?

나는 이것으로 대답 할 것입니다. 당신이보고있는 경우 여기 와 예에서 제 6.4 장에있는 것과 같은 값을 고려 ,이 데이터 시트 는 열 저항은 쉽게 이상 100가는 것을 볼 수 있습니다 ° (의미 : 1W의 전력 소모에 대한 100 ° C의 temperatue 상승) C / W를. 작은 크기의 방열판과 PCB의 많은 구리 영역이 냉각을 위해 결정된 경우에도 작은 경우 에이 기능이 작동하지 않는다고 생각하므로 작은 패키지의 이점을 전혀 누릴 수 없습니다 ).

일반적으로 ADC 또는 기타 아날로그에 대해 매우 낮은 전류 (최대 몇 mA), 매우 작은 전압 강하 (1..2V) 및 / 또는 매우 깨끗한 공급 전압이 필요한 경우 일반적으로 선형 레귤레이터를 사용합니다. 부속. 대부분의 경우 SMPS를 선호합니다. 이들은 일반적으로 더 많은 부품 (더 많은 캡, 저항, 인덕턴스)을 필요로하기 때문에 더 비싸고 '복잡한'솔루션입니다.

3. 스위칭 주파수 또는 출력 전압 리플 (노이즈)이 MCU의 정상 작동에 큰 영향을 미칩니 까?

장치 데이터 시트를 기반으로 SMPS를 설계하는 경우 일반적으로 예상 리플 노이즈에 대한 계산이 제공됩니다. 이들은 일반적으로 출력 전압의 1 % 이내이며 디지털 시스템에는 문제가되지 않습니다. 치수 캡 등의 Excel 시트를 만들었지 만 여기에 첨부 파일을 추가하는 방법을 모르겠습니다 ...

또한 MCU의 각 공급 입력에 10..100nF 캡을 추가하고 전원 핀에서 보이는 리플을 최소화하기 위해 캡에서 MCU 로의 트레이스를 짧게 유지하려고합니다.

4. 결론적으로 6V와 12V 사이의 입력 전압으로 전원을 공급하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?

큰 전압 단계가 필요하기 때문에 몇 mA 이상이며 노이즈 (아날로그 물건의 경우)에 관한 특별한 요구 사항은 언급하지 않았습니다.

가장 좋은 방법은 없습니다! 모든 것이 흥정입니다.

일반적으로 스위치 모드 전원 공급 장치는 선형 전원 공급 장치보다 효율이 높습니다. 그러나 그것들은 상대 부분보다 훨씬 시끄 럽습니다. 이는 정밀 회로에 중요 할 수 있습니다.

스위치 모드 전력에 대한 포스트 레귤레이션으로 선형 레귤레이터를 사용하면 효율, 저소음의 두 가지 요소를 충족시키는 것이 좋습니다. 그러나 다시, 모든 것이 흥정입니다! 이것은 더 많은 BOM 비용과 더 많은 보드 공간을 소개합니다!

1. 차이점은 무엇입니까 ...

그들은 작동 원리와 다릅니다. 구글을 사용하십시오!

2. 선형 레귤레이터는 ...

아마도 디자인에 따라 다를 수 있습니다.

3. ...

전원 공급 장치 핀이 분리 된 경우 일반적으로 아니요. 아날로그 관련 문제 (ADC, DAC 등)에 문제가있을 수 있습니다.

4. ...

나는 이것에 대답 할 수 없다.

벅 컨버터는 인덕터와 같은 스위칭 및 외부 구성 요소로 인해 잡음이 많고 비용이 많이 듭니다 (일반적으로 IC에 통합 할 수는 없지만 더 작은 전류를 위해 다른 외부 장치가 통합 될 수 있음). 노이즈는 일반적으로 디지털 회로 (공급 레일에서 자체 노이즈를 생성)에는 문제가되지 않지만 아날로그에는 너무 많을 수 있습니다. 필요한 전력량에 따라 SMPS는 더 작을 수 있습니다. 높은 효율은 전력 소비가 적다는 것을 의미하기 때문입니다 (인덕터가 방열판보다 작을 수 있음).

선형 변환기는 일반적으로 저렴하고 더 낮은 전력의 경우 외부 부품이 거의 사용되지 않으면 더 작을 수 있지만 더 큰 전력을 위해서는 방열판이 필요할 수 있습니다.

저항과 제너를 사용하는 옵션도 있지만 MCU가 (예를 들어 슬립 / 대기 동안)하지 않더라도 제너가 전력을 소비하기 때문에 일반적으로 고려되지 않지만, 다음과 같은 경우에는 실행 가능한 옵션이 될 수 있습니다. 현재 드로우는 비교적 일정합니다.

전원 공급 장치의 선택은 트레이드 오프입니다. 예산, 크기 및 소음의 균형을 유지해야합니다. 12V에서 3.3V로 떨어질 수 있으므로 일반적으로 열 요구 사항이 지배적이며, 이는 일반적으로 벅 컨버터를 나타냅니다. 그러나 애플리케이션이 ADC를 많이 사용하는 경우 외부 전압 레퍼런스가 없으면 큰 크기의 경우에도 선형 변환기를 사용하는 것이 유리할 수 있습니다. 예산이 허용하는 그런 다음, 당신은 또한 사용할 수 있습니다 둘 : 당신의 작은 방울을 수 3.3 V.이로 이동 선형을 사용하여 다음 5 또는 4 V 12 / 7.4V에서 드롭 벅 컨버터를 사용하고 있습니다 상기 선형 레귤레이터는, 아마도 열 문제를 회피.

SMPS는 MCU 내부 전력에 대해 더 비싼 솔루션을 제공합니다.
선형 레귤레이터는 노이즈가 적은 DAC 및 스위칭 DAC에서 더 안정적인 계산으로 다시 나타납니다.
스위칭 전원 공급 장치는 빠른 MCU 스위칭 계산을 보상합니다. 대신 선형 레귤레이터를 사용하면 DAC 품질이 동일하지만 MCU가 끊어 질 가능성이 높아집니다.

결론과 관련하여 : 선형 레귤레이터는 종종 MCU에 연결되어 정지시 워치 독을 재설정합니다.
스위칭 비용은 훨씬 비싸지 만 각 응용 프로그램과 관련이 있습니다.
모든 요구에 쉽게 적용 할 수있는 SMPS 모듈을 구입하는 것을 선호 할 수 있습니다.