Les 10 meilleurs modules de régulateurs à découpage

Les modules de régulateurs de commutation sont désormais une caractéristique essentielle d'une large gamme d'appareils électroniques, offrant une méthode plus efficace de conversion de tension d'un niveau à un autre en stockant et en libérant de l'énergie. La clé du succès est de trouver un excellent régulateur de tension qui offre les meilleures performances pour répondre aux besoins de votre circuit.

Un excellent régulateur de tension est un régulateur efficace qui maintient le bruit de sortie au minimum. Cependant, choisir le régulateur approprié peut être difficile car le taux d'efficacité indiqué dans la liste des composants d'un fournisseur ne raconte pas toute l'histoire.

L'efficacité dépend intrinsèquement de la tension d'entrée et du courant de sortie, qui varieront pour chaque application. Certains régulateurs semblent offrir des performances hyper-efficaces. Cependant, l'étude des petits caractères révèle que cette évaluation ne s'applique qu'à la charge maximale, et l'efficacité est considérablement moindre sous de faibles charges. Cette divergence est la raison pour laquelle il est essentiel de connaître la performance du régulateur dans des conditions correspondant aux paramètres de fonctionnement de votre application.

Le Défi de l'Évaluation de la Performance

Vous pouvez voir un excellent exemple du défi de trouver un régulateur avec la meilleure note pour vos besoins avec le Monolithic Power Systems MEZD71202A-G. Ce composant est un module d'alimentation à découpage de cadre ouvert, de 6,5 à 24V en entrée avec un courant de sortie continu de 2A et une tension de sortie de 5,0V. Le fournisseur affirme qu'il offre jusqu'à 92% d'efficacité maximale.

Le défi pour le concepteur est que la fiche technique présente un graphique d'efficacité mais ne montre la courbe d'efficacité que sur une charge supérieure à 60% avec une entrée de 12V. Cependant, si vous utilisez ce régulateur avec un microcontrôleur dans un circuit avec une demande de courant élevé occasionnelle, vous verrez rarement ce niveau d'efficacité. L'efficacité moyenne chute à 27% avec des charges inférieures à 20mA. Elle se situe autour de 36% pour des charges inférieures à 70mA, qui sont des charges typiques pour le fonctionnement de la plupart des microcontrôleurs, y compris les puissants dispositifs ARM-Cortex.

Le problème est que ce manque de données exhaustives s'applique à tous les fabricants.

Évaluation du Modèle de Régulateur

La meilleure façon de trouver le régulateur de tension parfait pour votre circuit est de comparer les performances réelles des modules de régulateur de tension disponibles par rapport aux exigences spécifiques de votre conception de circuit. C'est là que cet article va vous aider, en vous montrant comment ces composants fonctionnent une fois qu'ils sont sortis de leur emballage et connectés en laboratoire. Il révélera également les 10 meilleurs choix basés sur l'efficacité et le bruit.

Les résultats présentés sont le fruit de tests de modules de régulateur de tension réalisés sur huit mois, générant près de 40 millions de points de données. Ces tests se sont concentrés sur les régulateurs à découpage conçus pour remplacer les régulateurs linéaires à faible chute de tension de 5V ou 3.3V.

Les résultats proviennent de tests sur 40 régulateurs de tension différents cette année, la plupart avec une charge nominale entre 500 mA et 2A. Toutes les données de test sont disponibles en ligne sur partplayground.com pour explorer et utiliser pour tirer des conclusions.

Aperçu des Résultats

Une excellente manière d'obtenir un aperçu des différences entre les marques est de comparer les mesures prises pour des résultats comparatifs. Les graphiques de l'efficacité moyenne avec la zone min/max indiquant les limites de leur efficacité fournissent une excellente indication relative de la performance des marques.

Efficiacité des Régulateurs à Découpage par Marque

L'image suivante montre les résultats des mesures de l'efficacité des régulateurs par marque à une charge de 1A. La visualisation des résultats de mesures de ce type rend simple l'identification des tendances dans les données. Dans cet exemple, les tendances visibles semblent indiquer que certaines marques performent en moyenne mieux que d'autres. Cependant, le diable se cache dans les détails, gardez donc à l'esprit que la taille des échantillons pour chaque marque est différente, vous devriez donc faire preuve de prudence avant de tirer des conclusions.

Toutefois, ce graphique nous montre qu'au-delà d'environ 300mA de charge, les régulateurs de toute la gamme des fabricants tendent à atteindre un taux d'efficacité raisonnablement stable. Cette information nous indique que la plupart des marques se comporteront correctement au-dessus d'une charge de 300mA lorsqu'il s'agit de régulateurs dans la plage de charge de 500mA à 2A.

Les données montrent une vaste gamme de différents taux d'efficacité lors de l'examen de l'efficacité des régulateurs avec des charges inférieures à 100mA, allant d'un faible 15% à un impressionnant 99%. Le graphique ci-dessous développe cette section des résultats pour rendre les différences plus faciles à interpréter.

Le graphique montre que si vous recherchez un régulateur de tension à découpage à utiliser dans une application avec une charge principalement faible, il est préférable de réaliser des tests représentatifs sur les candidats potentiels plutôt que de se fier aux informations de la fiche technique. Alternativement, vous pouvez économiser du temps et de l'effort en consultant les données collectées lors des tests pour cet article et rendues publiques sur partplayground.com.

La variation de l'efficacité montrée dans le graphique ci-dessus pourrait également être due au fait que certains régulateurs de tension ont une plage de tension d'entrée plus large que d'autres, amenant certaines marques sur le graphique à afficher une faible efficacité. Vous pouvez prendre cela en compte en consultant le graphique suivant, qui montre l'efficacité de tous les régulateurs en fonction du rapport entre la tension d'entrée et de sortie. Comme l'ensemble de données inclut des régulateurs avec une large gamme de tensions de sortie, présenter les données en fonction du rapport est le plus logique.

La plupart des régulateurs testés avaient un rapport de tension d'entrée à sortie de moins de 6. Par conséquent, au-delà de ce rapport, moins de régulateurs ont contribué à l'ensemble de données. Cependant, d'après les données disponibles, la tension d'entrée influence considérablement l'efficacité du régulateur, surtout sous de faibles charges.

Niveaux de bruit des régulateurs à découpage par marque

Un autre critère important dans le choix d'un régulateur de tension à découpage est le niveau de bruit sur la tension de sortie. Les artefacts de ripple provenant de la logique de commutation peuvent créer des problèmes dans certains designs de circuits, et il est toujours plus facile et plus pratique de choisir un régulateur avec des niveaux de bruit faibles plutôt que d'ajouter des composants supplémentaires à votre circuit pour réduire les niveaux de bruit s'ils sont trop élevés.

Le graphique suivant compare les performances en termes de bruit par marque, avec la même mise en garde que pour les comparaisons d'efficacité : les différentes tailles d'échantillons pour chaque marque peuvent affecter les résultats des tendances.

Ces résultats indicatifs montrent que, de manière intéressante, certains des régulateurs les plus efficaces produisent également les niveaux de bruit les plus faibles. Par conséquent, ces deux facteurs ensemble indiquent la qualité globale de performance du régulateur.

Les résultats de la mesure des niveaux de bruit pour différentes tensions d'entrée montrent également que les niveaux de bruit de sortie restent relativement constants pour chaque régulateur, la cause de la variation la plus significative des niveaux de bruit de sortie étant les changements de charge.

Évaluation des Régulateurs de Tension à Découpage

J'ai déterminé les 10 meilleurs régulateurs de tension commutés en attribuant à chaque régulateur un score basé sur la performance mesurée. La notation a pris en compte l'efficacité maximale et moyenne, avec l'efficacité absolue et les niveaux de bruit aux points de charge de 20mA et 70mA. La base des scores était la performance de chaque régulateur testé dans chaque métrique par rapport à la performance de tous les autres régulateurs dans l'ensemble de données.

J'ai dérivé le schéma de notation de sorte que les régulateurs qui ont performé le mieux sur toutes les charges et produit les niveaux de bruit les plus bas obtiendraient le score le plus élevé. Il était impératif de s'assurer qu'un régulateur qui se comportait exceptionnellement bien à un point de test mais mal à d'autres points de test ne faussait pas les résultats avec un score artificiellement élevé.

Il est également important de noter que la notation est basée purement sur la performance, donc des facteurs tels que le coût, la tension de sortie et le courant de sortie nominal n'influencent pas le classement.

Alors, regardons maintenant la liste des dix meilleurs régulateurs de tension commutés qui ont été testés et notés.

Classement des Régulateurs de Tension Commutés

1. En tête de liste se trouve le GAPTEC Electronic LMO78_05-1.0, qui peut ne pas sembler extraordinaire à première vue des informations disponibles sur le produit en raison de sa fiche technique minimaliste. Les résultats des tests montrent que ce régulateur affiche une efficacité maximale impressionnante de 99,3 % et une efficacité moyenne solide de 82,2 %, avec un bruit moyen respect respectable de 5,54mV. Sous des charges légères de 70mA et 20mA, il maintient sa forte performance, avec des efficacités de 77,5 % et 77,7 %, respectivement. Il démontre une excellente réponse aux variations de charge mais prend un certain temps pour démarrer, ce qui pourrait le disqualifier pour certaines applications.
2. En deuxième position se trouve le GAPTEC Electronic LCB78_05-0.5. Ce régulateur manque également d'informations suffisantes sur sa fiche technique, avec seulement un graphique de l'efficacité par rapport à la tension d'entrée à pleine charge et un graphique du bruit. Malgré cela, il égale l'efficacité maximale du modèle de tête de 99,3 % mais tombe juste un peu court avec une efficacité moyenne de 81,2 %. Il maintient un bruit moyen décent à 5,19mV, augmentant légèrement à 5,34mV sous une charge de 20mA.
3. Occupant la troisième place, nous avons le Traco Power TSR 2-2433. Incroyablement, la fiche technique de ce composant n'inclut aucun graphique, cachant ainsi son potentiel. Ce régulateur de 3,3V 2A offre une efficacité maximale de 95,5% et une efficacité moyenne de 81%, tout en maintenant le bruit à un minimum avec une moyenne de seulement 3,79mV.
4. En quatrième position se trouve le CUI VX7803-500. Ce régulateur de 3,3V 0,5A délivre une efficacité maximale élevée de 98,8% et une efficacité moyenne de 76,8%. Bien qu'il maintienne un niveau de bruit modéré à 4,38mV, le bruit moyen augmente à 6,82mV pour des charges inférieures à 20mA.
5. En cinquième place, nous avons le XP Power VR05S05. Ce régulateur de 5V 0,5A parvient à atteindre une efficacité élevée de 95,2% et une moyenne de 80,5% tout en maintenant un niveau de bruit raisonnablement bon de 4,85mV à des charges élevées. Les niveaux de bruit augmentent à des charges plus faibles, mais l'efficacité reste dans une plage confortable.
6. En sixième position se trouve le Traco Power TSR 1.5-2433E. Ce régulateur de 3,3V 1,5A obtient de bons résultats, avec une efficacité globale de 94,6% et une moyenne raisonnable de 77,9%. Fonctionnant avec un faible bruit de tension, affichant un niveau de bruit moyen de 3,27mV sur sa pleine charge, il présente une légère baisse d'efficacité à faibles charges mais reste un choix solide.
7. En septième place, nous avons le CUI VXO7803-1000. Ce régulateur de 3,3V 1A présente une efficacité maximale solide de 94,7% et une efficacité moyenne relativement bonne de 77,8%. Cependant, il affiche des niveaux de bruit supérieurs à ceux de ses pairs du top 10, avec une moyenne de 6,23 mV.
8. En huitième position se trouve le Recom Power R-78C5.0-1.0. Son efficacité maximale atteint 94,2%, et il offre une efficacité moyenne de 77,5%. Ce régulateur de 5V 1A a un faible niveau de bruit de 3,73mV à pleine charge. Cependant, l'efficacité chute de manière plus notable à faibles charges, avec une moyenne de seulement 60,4% pour des charges inférieures à 20mA, ce qui est le plus bas parmi les régulateurs de cette liste des 10 premiers.
9. En neuvième position, nous trouvons le régulateur GAPTEC Electronic LME78_05-1.0. Ce régulateur de 5V 1A a une efficacité maximale de 93,4 % et une efficacité moyenne de 78,4 %. Les niveaux de bruit sont un peu plus élevés, avec une moyenne de 6,1mV, mais il fonctionne raisonnablement bien sous des charges plus faibles.
10. Enfin, en dixième position, nous avons le GAPTEC Electronic LMO78_05-0.5. Ce module de 5V 0.5A atteint une efficacité maximale impressionnante de 94,7 % et une moyenne de 78,1 %. Malgré un niveau de bruit légèrement supérieur à 6,31mV, c'est un régulateur compétent sous des charges plus faibles, bien que l'efficacité tombe à 65,5 % pour des charges inférieures à 20mA.

En dehors du top dix mais méritant une mention honorable, se trouvent les régulateurs produits par Würth Elektronik. Ces composants ont le plus haut standard de fiches techniques parmi tous les régulateurs examinés ici, c'est pourquoi je choisis souvent de les utiliser. Le meilleur régulateur Würth Elektronik a obtenu la douzième place selon la méthode de notation utilisée pour ce classement, bien que si le support produit et la qualité des fiches techniques avaient été des facteurs, ils auraient obtenu un score bien plus élevé. 

Conclusion

Choisir le meilleur régulateur de tension à découpage pour votre conception de circuit ne devrait pas être difficile. Supposons que vous connaissiez les paramètres clés tels que les tensions d'entrée et de sortie, le courant de sortie sur toute la plage de charge, et les niveaux de bruit maximum acceptables. Dans ce cas, vous devriez être en mesure de choisir en fonction de facteurs tels que l'efficacité, le coût et le conditionnement.

L'un des principaux enseignements de cet exercice a été le manque de données de performance claires, fiables et complètes dans les fiches techniques des modules de régulateur de tension testés. Sans accès aux paramètres de performance clés, il y a des chances que vous passiez à côté des meilleures options.

L'objectif de l'exercice a été de produire un ensemble d'informations sur les performances réelles pour vous aider à sélectionner le meilleur régulateur pour vos projets de conception, avec des millions de points de données disponibles sur partplayground.com si vous souhaitez effectuer votre propre analyse ou classement. Gardez les yeux ouverts pour plus de vidéos d'analyse de composants dans le monde réel bientôt. N'oubliez pas de regarder la vidéo d'accompagnement pour en savoir plus sur les tests et les résultats.

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