Los 10 mejores módulos reguladores de conmutación

Los módulos reguladores de conmutación son ahora una característica esencial de una amplia gama de dispositivos electrónicos, ofreciendo un método más eficiente de convertir el voltaje de un nivel a otro almacenando y liberando energía. La clave del éxito es encontrar un gran regulador de voltaje que ofrezca el mejor rendimiento para satisfacer las necesidades de su circuito.

Un gran regulador de voltaje es un regulador eficiente que mantiene al mínimo el rizado de salida. Sin embargo, elegir el regulador adecuado puede ser un desafío ya que la calificación de eficiencia en la lista de componentes de un proveedor no te cuenta toda la historia.

La eficiencia depende inherentemente del voltaje de entrada y la corriente de salida, lo que variará para cada aplicación. Algunos reguladores parecen ofrecer un rendimiento hiper-eficiente. Sin embargo, al estudiar la letra pequeña se revela que esta calificación solo se aplica a la carga máxima, y la eficiencia es significativamente peor bajo cargas ligeras. Esta discrepancia es la razón por la cual es esencial conocer el rendimiento del regulador bajo condiciones que coincidan con los parámetros operativos de su aplicación.

El Desafío de la Calificación de Rendimiento

Puede ver un excelente ejemplo del desafío de encontrar un regulador con la mejor calificación para sus necesidades con el Monolithic Power Systems MEZD71202A-G. Este componente es un módulo de potencia reductor de entrada de 6.5 a 24V de marco abierto con 2A de corriente de salida continua y 5.0V de tensión de salida. El proveedor afirma que proporciona hasta un 92% de eficiencia máxima.

El desafío para el diseñador es que la hoja de datos presenta un gráfico de eficiencia pero solo muestra la curva de eficiencia sobre una carga del 60% con una entrada de 12V. Sin embargo, si está utilizando este regulador con un microcontrolador en un circuito con demanda ocasional de alta corriente, raramente verá este nivel de eficiencia. La eficiencia promedio disminuye al 27% con cargas por debajo de 20mA. Se sitúa alrededor del 36% para cargas por debajo de 70mA, que son cargas típicas para la operación de la mayoría de los microcontroladores, incluidos los potentes dispositivos ARM-Cortex.

El problema es que esta falta de datos comprensivos se aplica a todos los fabricantes.

Calificación del Modelo de Regulador

La mejor manera de encontrar el regulador de voltaje perfecto para tu circuito es comparar el rendimiento real de los módulos reguladores de voltaje disponibles frente a los requisitos específicos de tu diseño de circuito. Aquí es donde este artículo te ayudará, mostrándote cómo funcionan estos componentes una vez que están fuera de su empaque y conectados en el laboratorio. También revelará las 10 mejores opciones basadas en eficiencia y ruido.

Los hallazgos reportados son el resultado de pruebas a módulos reguladores de voltaje realizadas durante ocho meses, generando casi 40 millones de puntos de datos. Estas pruebas se centraron en reguladores conmutados diseñados para reemplazar reguladores lineales de baja caída de 5V o 3.3V.

Los resultados provienen de probar 40 reguladores de voltaje diferentes este año, la mayoría con una carga nominal entre 500 mA y 2A. Todos los datos de las pruebas están disponibles en línea en partplayground.com para explorar y usar para sacar conclusiones.

Resumen de Resultados

Una excelente manera de obtener una visión general de las diferencias entre marcas es comparar las mediciones tomadas para resultados comparativos. Los gráficos de eficiencia promedio con el área mín/máx indicando los límites de su eficiencia proporcionan una gran indicación relativa del rendimiento de la marca.

Eficiencia del Regulador Conmutado por Marca

La siguiente imagen muestra los resultados de las mediciones de eficiencia de reguladores por marca con una carga de 1A. Visualizar los resultados de mediciones de este tipo hace que sea sencillo identificar tendencias en los datos. En este ejemplo, las tendencias visibles parecen indicar que algunas marcas tienen un rendimiento promedio mejor que otras. Sin embargo, el diablo está en los detalles, así que ten en cuenta que el tamaño de las muestras de cada marca es diferente, por lo que deberías ejercer precaución antes de sacar conclusiones.

Sin embargo, este gráfico sí nos muestra que, más allá de aproximadamente 300mA de carga, los reguladores de toda la gama de fabricantes tienden a alcanzar una calificación de eficiencia razonablemente estable. Esta información nos dice que la mayoría de las marcas tendrán un rendimiento decente por encima de una carga de 300mA cuando se trata de reguladores en el rango de carga de 500mA a 2A.

Los datos muestran una amplia gama de diferentes calificaciones de eficiencia al observar la eficiencia de los reguladores con cargas por debajo de 100mA, yendo desde un bajo 15% hasta un impresionante 99%. El gráfico a continuación amplía esta sección de los resultados para hacer las diferencias más fáciles de interpretar.

El gráfico muestra que si estás buscando un regulador de voltaje conmutado para usar en una aplicación con carga predominantemente baja, te conviene realizar pruebas representativas en los candidatos potenciales en lugar de confiar en la información de las hojas de datos. Alternativamente, puedes ahorrar algo de tiempo y esfuerzo y mirar los datos recopilados en las pruebas para este artículo y que se han hecho públicamente disponibles en partplayground.com.

La variación en la eficiencia mostrada en el gráfico anterior también podría deberse a que algunos reguladores de voltaje tienen un rango de voltaje de entrada más amplio que otros, lo que causa que ciertas marcas en el gráfico muestren una eficiencia pobre. Puedes hacer ajustes para esto mirando el siguiente gráfico, que muestra la eficiencia en todos los reguladores basada en la relación entre el voltaje de entrada y salida. Dado que el conjunto de datos incluye reguladores con una amplia gama de voltajes de salida, presentar los datos basados en la relación tiene más sentido.

La mayoría de los reguladores probados tenían una relación de voltaje de entrada a salida de menos de 6. Por lo tanto, más allá de esta relación, menos reguladores contribuyeron al conjunto de datos. Sin embargo, basado en los datos disponibles, el voltaje de entrada influye significativamente en la eficiencia del regulador, especialmente bajo cargas ligeras.

Niveles de Ruido de los Reguladores Conmutados por Marca

Otra consideración importante al seleccionar un regulador de voltaje conmutado es el nivel de ruido en el voltaje de salida. Los artefactos de ondulación procedentes de la lógica de conmutación pueden crear problemas en algunos diseños de circuitos, y siempre es más fácil y práctico elegir un regulador con niveles de ruido bajos que añadir componentes adicionales a tu circuito para reducir los niveles de ruido si son demasiado altos.

El siguiente gráfico compara el rendimiento de ruido por marca, con la misma advertencia que las comparaciones de eficiencia: los diferentes tamaños de muestra para cada marca pueden afectar los resultados de tendencia.

Estos resultados indicativos sí muestran que, curiosamente, algunos de los reguladores más eficientes también producen los niveles de ruido más bajos. Por lo tanto, estos dos factores juntos indican la calidad general del rendimiento del regulador.

Los resultados de medir los niveles de ruido para diferentes voltajes de entrada también muestran que los niveles de ruido de salida permanecen relativamente consistentes para cada regulador, siendo la causa de la variación más significativa en los niveles de ruido de salida los cambios de carga.

Puntuación del Regulador de Voltaje Conmutado

Determiné los 10 mejores reguladores de voltaje conmutados asignando a cada regulador una puntuación basada en el rendimiento medido. La puntuación tomó en cuenta la eficiencia máxima y promedio, con la eficiencia absoluta y los niveles de ruido en los puntos de carga de 20mA y 70mA. La base de las puntuaciones fue el rendimiento de cada regulador probado en cada métrica en relación con el rendimiento de todos los demás reguladores en el conjunto de datos.

El esquema de puntuación se derivó de manera que los reguladores que tuvieron el mejor rendimiento en todas las cargas y produjeron los niveles de ruido más bajos obtuvieran la puntuación más alta. Era imperativo asegurar que un regulador que tuviera un rendimiento excepcional en un punto de prueba pero mal en otros puntos de prueba no sesgara los resultados con una puntuación artificialmente alta.

Es importante también señalar que la puntuación se basa puramente en el rendimiento, por lo que factores como el costo, el voltaje de salida y la calificación de corriente de salida no influyen en las clasificaciones.

Así que, veamos ahora la lista de los diez mejores reguladores de voltaje conmutados que fueron probados y puntuados.

Clasificación de Reguladores de Voltaje Conmutados

1. En el primer lugar se encuentra el GAPTEC Electronic LMO78_05-1.0, que a primera vista de la información del producto disponible puede no parecer extraordinario debido a su hoja de datos minimalista. Los resultados de las pruebas muestran que este regulador presume de una máxima eficiencia impresionante del 99.3% y una sólida eficiencia promedio del 82.2%, con un respetable bajo ruido promedio de 5.54mV. Bajo cargas ligeras de 70mA y 20mA, mantiene su fuerte rendimiento, con eficiencias del 77.5% y 77.7%, respectivamente. Demuestra una excelente respuesta a cambios de carga pero tarda algo de tiempo en arrancar, lo que podría descalificarlo para algunas aplicaciones.
2. En el segundo lugar se encuentra el GAPTEC Electronic LCB78_05-0.5. Este regulador también carece de información suficiente en su hoja de datos, contando solo con un gráfico de eficiencia versus voltaje de entrada a carga completa y un gráfico de ruido. A pesar de esto, iguala la máxima eficiencia del modelo top del 99.3% pero se queda un poco corto con una eficiencia promedio del 81.2%. Mantiene un ruido promedio decentemente bajo de 5.19mV, aumentando ligeramente a 5.34mV bajo una carga de 20mA.
3. Ocupando el tercer lugar está el Traco Power TSR 2-2433. Increíblemente, la hoja de datos de este componente no incluye ningún gráfico, ocultando su potencial. Este regulador de 3.3V 2A ofrece una eficiencia máxima del 95.5% y una eficiencia promedio del 81%, todo mientras mantiene el ruido al mínimo con un promedio de apenas 3.79mV.
4. El siguiente en el cuarto lugar es el CUI VX7803-500. Este regulador de 3.3V 0.5A ofrece una alta eficiencia máxima del 98.8% y una eficiencia promedio del 76.8%. Aunque mantiene un nivel de ruido moderado de 4.38mV, el ruido promedio aumenta a 6.82mV para cargas menores a 20mA.
5. En quinto lugar está el XP Power VR05S05. Este regulador de 5V 0.5A logra alcanzar una alta eficiencia del 95.2% y un promedio del 80.5% mientras mantiene un nivel de ruido razonablemente bueno de 4.85mV en cargas altas. Los niveles de ruido sí aumentan en cargas más bajas, pero la eficiencia se mantiene dentro de un rango cómodo.
6. En sexto lugar está el Traco Power TSR 1.5-2433E. Este regulador de 3.3V 1.5A tiene buenos resultados, con una eficiencia general del 94.6% y un promedio razonable del 77.9%. Con una operación de bajo rizado de voltaje que presenta un nivel promedio de ruido de 3.27mV a través de su carga completa, sí muestra una ligera caída de eficiencia a cargas más bajas pero sigue siendo una opción sólida.
7. En séptimo lugar está el CUI VXO7803-1000. Este regulador de 3.3V 1A tiene una eficiencia máxima sólida del 94.7% y una eficiencia promedio relativamente buena del 77.8%. Sin embargo, tiene niveles de ruido más altos que sus compañeros del top 10, con un promedio de 6.23 mV.
8. En octavo lugar está el Recom Power R-78C5.0-1.0. Su eficiencia máxima alcanza el 94.2%, y ofrece una eficiencia promedio del 77.5%. Este regulador de 5V 1A tiene una baja cifra de ruido de 3.73mV a carga completa. Sin embargo, la eficiencia sí disminuye más notablemente a cargas más bajas, llegando a un promedio de solo el 60.4% para cargas menores a 20mA, que es la más baja de los reguladores en esta lista de los 10 mejores.
9. En noveno lugar está el GAPTEC Electronic LME78_05-1.0. Este regulador de 5V 1A tiene una eficiencia máxima del 93.4% y una eficiencia promedio del 78.4%. Los niveles de ruido son un poco más altos, con un promedio de 6.1mV, pero se desempeña razonablemente bien bajo condiciones de carga más baja.
10. Finalmente, en décimo lugar, tenemos el GAPTEC Electronic LMO78_05-0.5. Este módulo de 5V 0.5A logra una impresionante eficiencia máxima del 94.7% y un promedio del 78.1%. A pesar del nivel de ruido ligeramente superior a 6.31mV, es un regulador competente bajo cargas menores, aunque la eficiencia disminuye al 65.5% para cargas inferiores a 20mA.

Fuera de los diez primeros pero dignos de mención honorífica están los reguladores producidos por Würth Elektronik. Estos componentes tienen el estándar más alto de hojas de datos para todos los reguladores examinados aquí, razón por la cual a menudo elijo usarlos. El mejor regulador de Würth Elektronik ocupó el duodécimo lugar bajo el método de puntuación utilizado para este ranking, aunque si el soporte del producto y la calidad de las hojas de datos hubieran sido factores, habrían obtenido una puntuación mucho más alta. 

Conclusión

Elegir el regulador de voltaje conmutado más adecuado para tu diseño de circuito no debería ser difícil. Supongamos que conoces los parámetros clave como los voltajes de entrada y salida, la corriente de salida a través del rango de carga y los niveles máximos aceptables de ruido. En ese caso, deberías poder elegir uno basándote en factores como la eficiencia, el costo y el empaquetado.

Una de las principales conclusiones de este ejercicio ha sido la falta de datos de rendimiento claros, fiables y completos en las hojas de datos de los módulos de reguladores de voltaje probados. Sin acceso a los parámetros clave de rendimiento, existe la posibilidad de que te pierdas las mejores opciones.

El objetivo del ejercicio ha sido producir un conjunto de información de datos de rendimiento del mundo real para ayudarte a seleccionar el mejor regulador para tus proyectos de diseño, con todos los millones de puntos de datos disponibles en partplayground.com si deseas realizar tu propio análisis o clasificación. Mantén los ojos abiertos para más análisis de componentes del mundo real próximamente. No olvides ver el video acompañante para aprender más sobre las pruebas y los resultados.

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