I 10 migliori moduli regolatori di commutazione

I moduli regolatori di commutazione sono ora una caratteristica essenziale di una vasta gamma di dispositivi elettronici, offrendo un metodo più efficiente per convertire la tensione da un livello all'altro attraverso l'accumulo e il rilascio di energia. La chiave del successo sta nel trovare un ottimo regolatore di tensione che offra le migliori prestazioni per soddisfare le esigenze del tuo circuito.

Un ottimo regolatore di tensione è un regolatore efficiente che mantiene al minimo l'ondulazione in uscita. Tuttavia, scegliere il regolatore adatto può essere difficile poiché la valutazione dell'efficienza in un elenco di componenti di un fornitore non racconta tutta la storia.

L'efficienza dipende intrinsecamente dalla tensione di ingresso e dalla corrente di uscita, che varieranno per ogni applicazione. Alcuni regolatori sembrano offrire prestazioni iper-efficienti. Tuttavia, studiando il piccolo carattere si scopre che questa valutazione si applica solo al massimo carico, e l'efficienza è significativamente peggiore sotto carichi leggeri. Questa discrepanza è il motivo per cui è essenziale conoscere le prestazioni del regolatore in condizioni che corrispondono ai parametri operativi della tua applicazione.

La Sfida della Valutazione delle Prestazioni

Puoi vedere un eccellente esempio della sfida nel trovare un regolatore con il miglior rating per le tue esigenze con il Monolithic Power Systems MEZD71202A-G. Questo componente è un modulo di alimentazione step-down con telaio aperto, con ingresso da 6,5 a 24V, corrente di uscita continua di 2A e tensione di uscita di 5,0V. Il fornitore afferma che offre fino al 92% di efficienza massima.

La sfida per il progettista è che il datasheet presenta un grafico dell'efficienza ma mostra solo la curva di efficienza oltre il 60% di carico con un ingresso di 12V. Tuttavia, se utilizzi questo regolatore con un microcontrollore in un circuito con richieste occasionali di alta corrente, raramente vedrai questo livello di efficienza. L'efficienza media scende al 27% con carichi inferiori a 20mA. Si attesta intorno al 36% per carichi inferiori a 70mA, che sono i carichi tipici per il funzionamento della maggior parte dei microcontrollori, inclusi i potenti dispositivi ARM-Cortex.

Il problema è che questa mancanza di dati comprensivi si applica a tutti i produttori.

Valutazione Modello Regolatore

Il modo migliore per trovare il regolatore di tensione perfetto per il tuo circuito è confrontare le prestazioni reali dei moduli regolatori di tensione disponibili rispetto ai requisiti specifici del tuo progetto di circuito. Questo è dove questo articolo ti sarà d'aiuto, mostrandoti come questi componenti funzionano una volta che sono fuori dalla loro confezione e collegati in laboratorio. Rivelerà anche le prime 10 scelte basate sull'efficienza e sul rumore.

I risultati riportati sono il frutto di test sui moduli regolatori di tensione effettuati nell'arco di otto mesi, generando quasi 40 milioni di punti dati. Questi test si sono concentrati sui regolatori di commutazione progettati per sostituire i regolatori lineari a bassa caduta da 5V o 3.3V.

I risultati provengono dal test di 40 diversi regolatori di tensione quest'anno, la maggior parte con un carico nominale tra 500 mA e 2A. Tutti i dati dei test sono disponibili online su partplayground.com per esplorare e utilizzare per trarre conclusioni.

Panoramica dei Risultati

Un ottimo modo per ottenere una panoramica delle differenze tra i marchi è confrontare le misurazioni prese per risultati comparativi. I grafici dell'efficienza media con l'area min/max che indica i limiti della loro efficienza forniscono un'ottima indicazione relativa delle prestazioni del marchio.

Efficienza del Regolatore di Commutazione per Marchio

L'immagine seguente mostra i risultati delle misurazioni dell'efficienza dei regolatori per marca con un carico di 1A. Visualizzare i risultati di misurazioni di questo tipo rende semplice individuare le tendenze nei dati. In questo esempio, le tendenze visibili sembrano indicare che alcune marche si comportano in media meglio di altre. Tuttavia, il diavolo è nei dettagli, quindi tieni presente che le dimensioni dei campioni per ogni marca sono diverse, quindi dovresti esercitare cautela prima di trarre conclusioni.

Tuttavia, questo grafico ci mostra che oltre circa 300mA di carico, i regolatori di un'ampia gamma di produttori tendono a raggiungere una valutazione di efficienza ragionevolmente stabile. Questa informazione ci dice che la maggior parte delle marche si comporterà decentemente sopra un carico di 300mA quando si tratta di regolatori nel range di carico da 500mA a 2A.

I dati mostrano un'ampia gamma di diverse valutazioni di efficienza quando si guarda all'efficienza dei regolatori con carichi inferiori a 100mA, andando da un misero 15% a un impressionante 99%. Il grafico sottostante espande questa sezione dei risultati per rendere le differenze più facili da interpretare.

Il grafico mostra che se stai cercando un regolatore di tensione commutato da utilizzare in un'applicazione con un carico prevalentemente basso, è meglio effettuare test rappresentativi sui potenziali candidati piuttosto che fare affidamento sulle informazioni del datasheet. In alternativa, puoi risparmiare tempo e sforzo e guardare i dati raccolti nei test per questo articolo e resi pubblicamente disponibili su partplayground.com.

La variazione di efficienza mostrata nel grafico sopra potrebbe anche essere dovuta al fatto che alcuni regolatori di tensione hanno un intervallo di tensione di ingresso più ampio rispetto ad altri, causando l'esposizione di certi marchi sul grafico a un'efficienza scadente. Puoi tenere conto di ciò guardando il grafico seguente, che mostra l'efficienza di tutti i regolatori in base al rapporto tra tensione di ingresso e tensione di uscita. Poiché il dataset include regolatori con un'ampia gamma di tensioni di uscita, presentare i dati in base al rapporto è la scelta più logica.

La maggior parte dei regolatori testati aveva un rapporto di tensione di ingresso-uscita inferiore a 6. Pertanto, oltre questo rapporto, meno regolatori hanno contribuito al dataset. Tuttavia, in base ai dati disponibili, la tensione di ingresso influisce significativamente sull'efficienza del regolatore, specialmente sotto carichi leggeri.

Livelli di Rumore dei Regolatori Commutati per Marca

Un'altra considerazione importante nella selezione di un regolatore di tensione commutato è il livello di rumore sulla tensione di uscita. Le artefazioni di ripple provenienti dalla logica di commutazione possono creare problemi in alcuni progetti di circuito, ed è sempre più facile e pratico scegliere un regolatore con livelli di rumore bassi piuttosto che aggiungere componenti aggiuntivi al tuo circuito per ridurre i livelli di rumore se sono troppo alti.

Il seguente grafico confronta le prestazioni in termini di rumore per marca, con la stessa avvertenza dei confronti sull'efficienza: le diverse dimensioni dei campioni per ogni marca possono influenzare i risultati delle tendenze.

Questi risultati indicativi mostrano che, curiosamente, alcuni dei regolatori più efficienti producono anche i livelli di rumore più bassi. Pertanto, questi due fattori insieme indicano la qualità complessiva delle prestazioni del regolatore.

I risultati della misurazione dei livelli di rumore per diverse tensioni di ingresso mostrano anche che i livelli di rumore in uscita rimangono relativamente consistenti per ogni regolatore, essendo la causa della variazione più significativa nei livelli di rumore in uscita i cambiamenti di carico.

Valutazione del Regolatore di Tensione Commutato

Ho determinato i primi 10 regolatori di tensione commutati assegnando a ciascun regolatore un punteggio basato sulla prestazione misurata. La valutazione ha preso in considerazione l'efficienza massima e media, con l'efficienza assoluta e i livelli di rumore ai punti di carico di 20mA e 70mA. La base dei punteggi era la prestazione di ogni regolatore testato in ogni metrica rispetto alla prestazione di tutti gli altri regolatori nel dataset.

Ho derivato lo schema di punteggio in modo tale che i regolatori che hanno ottenuto le migliori prestazioni su tutti i carichi e hanno prodotto i livelli di rumore più bassi ottenessero il punteggio più alto. Era imperativo assicurarsi che un regolatore che si comportava eccezionalmente bene in un punto di test ma male in altri punti di test non distorcesse i risultati con un punteggio artificialmente alto.

È anche importante notare che la valutazione si basa puramente sulla prestazione, quindi fattori come il costo, la tensione di uscita e la valutazione della corrente di uscita non influenzano le classifiche.

Ora, vediamo la lista dei primi dieci regolatori di tensione commutati che sono stati testati e valutati.

Classifica dei Regolatori di Tensione Commutati

1. In testa alla classifica troviamo il GAPTEC Electronic LMO78_05-1.0, che a prima vista delle informazioni disponibili sul prodotto potrebbe non sembrare eccezionale a causa del suo datasheet minimalista. I risultati dei test mostrano che questo regolatore vanta un'impressionante efficienza massima del 99,3% e un'efficienza media solida dell'82,2%, con un rispettabile basso rumore medio di 5,54mV. Con carichi leggeri di 70mA e 20mA, mantiene le sue ottime prestazioni, con efficienze rispettivamente del 77,5% e del 77,7%. Dimostra un'eccellente risposta ai cambi di carico ma impiega un po' di tempo ad avviarsi, il che potrebbe escluderlo da alcune applicazioni.
2. Al secondo posto troviamo il GAPTEC Electronic LCB78_05-0.5. Anche questo regolatore soffre della mancanza di informazioni sufficienti nel datasheet, disponendo solo di un grafico dell'efficienza rispetto alla tensione di ingresso a pieno carico e di un grafico del rumore. Nonostante ciò, eguaglia l'efficienza massima del modello di punta del 99,3% ma si ferma di poco sotto con un'efficienza media dell'81,2%. Mantiene un decente basso rumore medio a 5,19mV, che aumenta leggermente a 5,34mV sotto un carico di 20mA.
3. Al terzo posto troviamo il Traco Power TSR 2-2433. Incredibilmente, il datasheet di questo componente non include alcun grafico, nascondendo il suo potenziale. Questo regolatore da 3.3V 2A offre un'efficienza massima del 95.5% e un'efficienza media dell'81%, mantenendo al contempo il rumore al minimo con una media di soli 3.79mV.
4. Al quarto posto c'è il CUI VX7803-500. Questo regolatore da 3.3V 0.5A fornisce un'alta efficienza massima del 98.8% e un'efficienza media del 76.8%. Mentre mantiene un livello di rumore moderato a 4.38mV, il rumore medio aumenta a 6.82mV per carichi inferiori a 20mA.
5. Al quinto posto si classifica l'XP Power VR05S05. Questo regolatore da 5V 0.5A riesce a raggiungere un'alta efficienza del 95.2% e una media dell'80.5% mantenendo un livello di rumore ragionevolmente buono di 4.85mV a carichi elevati. I livelli di rumore aumentano a carichi inferiori, ma l'efficienza rimane in un intervallo confortevole.
6. Al sesto posto troviamo il Traco Power TSR 1.5-2433E. Questo regolatore da 3,3V 1,5A ottiene buoni risultati, con un'efficienza complessiva del 94,6% e una media ragionevole del 77,9%. Operando con un basso ripple di tensione e presentando un livello medio di rumore di 3,27mV su tutto il carico, mostra un leggero calo di efficienza a carichi inferiori ma rimane una scelta solida.
7. Al settimo posto c'è il CUI VXO7803-1000. Questo regolatore da 3,3V 1A ha un'efficienza massima solida del 94,7% e una buona efficienza media del 77,8%. Tuttavia, presenta livelli di rumore superiori rispetto ai suoi colleghi nella top 10, con una media di 6,23 mV.
8. All'ottavo posto troviamo il Recom Power R-78C5.0-1.0. La sua efficienza massima raggiunge il 94,2%, e offre un'efficienza media del 77,5%. Questo regolatore da 5V 1A ha un basso livello di rumore di 3,73mV a pieno carico. Tuttavia, l'efficienza diminuisce più sensibilmente a carichi inferiori, attestandosi in media al solo 60,4% per carichi inferiori a 20mA, il che è il più basso tra i regolatori in questa lista dei top 10.
9. Al nono posto troviamo il GAPTEC Electronic LME78_05-1.0. Questo regolatore da 5V 1A ha un'efficienza massima del 93,4% e un'efficienza media del 78,4%. I livelli di rumore sono un po' più elevati, con una media di 6,1mV, ma si comporta abbastanza bene sotto condizioni di carico inferiori.
10. Infine, al decimo posto, abbiamo il GAPTEC Electronic LMO78_05-0.5. Questo modulo da 5V 0.5A raggiunge un'impressionante efficienza massima del 94,7% e una media del 78,1%. Nonostante il livello di rumore leggermente più alto a 6,31mV, è un regolatore competente sotto carichi inferiori, anche se l'efficienza scende al 65,5% per carichi inferiori a 20mA.

Al di fuori dei primi dieci ma degno di una menzione d'onore sono i regolatori prodotti da Würth Elektronik. Questi componenti hanno il più alto standard di schede tecniche tra tutti i regolatori esaminati qui, motivo per cui spesso scelgo di utilizzarli. Il miglior regolatore di Würth Elektronik si è classificato al dodicesimo posto secondo il metodo di valutazione utilizzato per questa classifica, anche se se fossero stati considerati il supporto prodotto e la qualità delle schede tecniche, avrebbero ottenuto un punteggio molto più alto. 

Conclusione

Scegliere il miglior regolatore di tensione commutabile per il proprio progetto di circuito non dovrebbe essere difficile. Supponendo di conoscere i parametri chiave come le tensioni di ingresso e di uscita, la corrente di uscita lungo l'intervallo di carico e i livelli massimi accettabili di rumore, dovresti essere in grado di sceglierne uno basandoti su fattori come l'efficienza, il costo e il packaging.

Uno degli insegnamenti principali tratti da questo esercizio è stata la mancanza di dati di prestazione chiari, affidabili e completi nei datasheet dei moduli regolatori di tensione testati. Senza accesso ai parametri chiave di prestazione, c'è il rischio di perdere le migliori opzioni.

L'obiettivo dell'esercizio è stato quello di produrre un insieme di informazioni sui dati di prestazione nel mondo reale per aiutarti a selezionare il miglior regolatore per i tuoi progetti di design, con tutti i milioni di punti dati disponibili su partplayground.com se desideri eseguire la tua analisi o classificazione. Tieni gli occhi aperti per altri video di analisi dei componenti nel mondo reale in arrivo. Non dimenticare di guardare il video di accompagnamento per saperne di più sui test e sui risultati.

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