Top 10 스위칭 레귤레이터 모듈

스위칭 레귤레이터 모듈은 이제 다양한 전자 장치에서 필수적인 기능으로, 전압을 한 수준에서 다른 수준으로 변환하는 더 효율적인 방법을 제공합니다. 에너지를 저장하고 방출함으로써 이루어집니다. 성공의 열쇠는 회로의 요구 사항과 가장 잘 맞는 최고의 성능을 제공하는 훌륭한 전압 레귤레이터를 찾는 것입니다.

훌륭한 전압 레귤레이터는 출력 리플을 최소화하는 효율적인 레귤레이터입니다. 그러나 적합한 레귤레이터를 선택하는 것은 도전적일 수 있습니다. 왜냐하면 공급업체의 부품 목록에 있는 효율 등급이 전체 이야기를 전달하지 않기 때문입니다.

효율성은 본질적으로 입력 전압과 출력 전류에 따라 달라지며, 이는 각 애플리케이션마다 다를 것입니다. 일부 레귤레이터는 고효율 성능을 제공하는 것처럼 보입니다. 그러나 세부 사항을 연구하면 이 등급이 최대 부하에만 적용되며, 경부하에서의 효율성은 상당히 떨어진다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 차이는 애플리케이션의 운영 매개변수와 일치하는 조건에서 레귤레이터의 성능을 아는 것이 중요한 이유입니다.

성능 평가의 도전

Monolithic Power Systems MEZD71202A-G의 예를 통해 필요에 가장 적합한 등급의 레귤레이터를 찾는 것이 얼마나 도전적인지 볼 수 있습니다. 이 구성 요소는 오픈 프레임, 6.5에서 24V 입력 스텝다운 전력 모듈로, 2A의 연속 출력 전류와 5.0V의 출력 전압을 가집니다. 제조업체는 최대 92%의 피크 효율을 제공한다고 주장합니다.

디자이너에게 도전이 되는 점은 데이터시트에 효율 그래프가 포함되어 있지만, 12V 입력으로 60% 이상의 부하에서만 효율 곡선을 보여준다는 것입니다. 그러나 이 레귤레이터를 간헐적으로 높은 전류 수요가 있는 회로의 마이크로컨트롤러와 함께 사용하는 경우, 이러한 효율 수준을 거의 볼 수 없습니다. 20mA 이하의 부하에서 평균 효율은 27%로 떨어집니다. 70mA 이하의 부하에서는 대부분의 마이크로컨트롤러, 특히 강력한 ARM-Cortex 장치의 작동에 일반적인 부하로, 약 36%에 머물러 있습니다.

이러한 종합적인 데이터의 부족은 모든 제조업체에 적용되는 문제입니다.

레귤레이터 모델 등급

회로에 완벽한 전압 조정기를 찾는 가장 좋은 방법은 사용 가능한 전압 조정기 모듈의 실제 성능을 회로 설계의 특정 요구 사항과 비교하는 것입니다. 이 글은 이러한 구성 요소가 포장에서 나온 후 실험실에서 연결되었을 때 어떻게 작동하는지 보여주며, 효율성과 소음을 기준으로 상위 10개를 공개할 것입니다.

보고된 결과는 8개월에 걸쳐 전압 조정기 모듈을 테스트한 결과로, 거의 4천만 개의 데이터 포인트를 생성했습니다. 이 테스트는 5V 또는 3.3V 저압차 선형 조정기를 대체하도록 설계된 스위칭 조정기에 중점을 두었습니다.

올해 40개의 다른 전압 조정기를 테스트한 결과 대부분이 500mA에서 2A 사이의 정격 부하를 가지고 있습니다. 모든 테스트 데이터는 partplayground.com에서 온라인으로 사용 가능하며, 결론을 도출하는 데 사용할 수 있습니다.

결과 개요

브랜드 간 차이점의 개요를 얻는 좋은 방법은 비교 결과를 위해 측정된 측정치를 비교하는 것입니다. 평균 효율성에 대한 차트와 최소/최대 영역이 효율성의 경계를 나타내어 브랜드 성능의 상대적인 지표를 제공합니다.

브랜드별 스위칭 조정기 효율성

다음 이미지는 1A 부하에서 브랜드별 조정기 효율성 측정 결과를 보여줍니다. 이러한 종류의 측정 결과를 시각화하는 것은 데이터에서 추세를 쉽게 파악할 수 있게 해줍니다. 이 예에서, 눈에 띄는 추세는 일부 브랜드가 평균적으로 다른 브랜드보다 더 나은 성능을 보이는 것으로 보입니다. 그러나 세부 사항에 악마가 숨어 있으므로, 각 브랜드의 샘플 크기가 다르다는 점을 염두에 두고 결론을 내리기 전에 주의해야 합니다.

그러나 이 차트는 약 300mA의 부하를 넘어서면, 제조업체 범위 전체의 조정기가 합리적으로 안정된 효율성 등급에 도달하는 경향이 있다는 것을 보여줍니다. 이 정보는 대부분의 브랜드가 500mA에서 2A 부하 범위의 조정기를 다룰 때 300mA 이상의 부하에서 제대로 작동할 것임을 알려줍니다.

데이터는 100mA 이하의 부하에서 조정기 효율성을 볼 때, 낮게는 15%에서 높게는 인상적인 99%에 이르기까지 매우 다양한 효율성 등급을 보여줍니다. 아래 차트는 결과의 이 부분을 확장하여 차이를 해석하기 쉽게 만듭니다.

그래프에서 볼 수 있듯이, 주로 낮은 부하를 사용하는 애플리케이션에 스위칭 전압 조정기를 찾고 있다면, 데이터시트 정보에 의존하기보다는 잠재적 후보에 대한 대표적인 테스트를 수행하는 것이 더 낫습니다. 대안으로, 시간과 노력을 절약하고 이 글에서 수행한 테스트 데이터를 partplayground.com에서 공개적으로 확인할 수 있습니다.

위의 그래프에서 보여지는 효율성의 변화는 일부 전압 조정기가 다른 것보다 더 넓은 입력 전압 범위를 가지고 있어서, 차트의 특정 브랜드가 낮은 효율성을 보이는 원인일 수도 있습니다. 이를 보완하기 위해, 입력 및 출력 전압 비율에 기반한 모든 조정기의 효율성을 보여주는 다음 차트를 확인할 수 있습니다. 데이터셋에는 다양한 출력 전압의 조정기가 포함되어 있기 때문에, 비율을 기반으로 데이터를 제시하는 것이 가장 합리적입니다.

대부분의 테스트된 조정기는 입력 대 출력 전압 비율이 6보다 작았습니다. 따라서, 이 비율을 넘어서는 조정기는 데이터셋에 기여한 것이 적습니다. 하지만, 사용 가능한 데이터에 기반하여, 입력 전압은 특히 경부하 하에서 조정기의 효율성에 상당한 영향을 미칩니다.

브랜드별 스위칭 조정기의 노이즈 수준

스위칭 전압 조정기를 선택할 때 또 다른 중요한 고려 사항은 출력 전압의 노이즈 수준입니다. 스위칭 로직에서 발생하는 리플 아티팩트는 일부 회로 설계에서 문제를 일으킬 수 있으며, 노이즈 수준이 너무 높을 경우 회로에 추가 구성 요소를 추가하는 것보다 낮은 노이즈 수준을 가진 조정기를 선택하는 것이 항상 더 쉽고 실용적입니다.

다음 그래프는 효율성 비교와 동일한 단서를 가지고, 브랜드별로 노이즈 성능을 비교합니다: 각 브랜치의 다른 샘플 크기는 추세 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

이러한 지표 결과는 흥미롭게도 가장 효율적인 조정기 중 일부가 가장 낮은 노이즈 수준을 생성한다는 것을 보여줍니다. 따라서, 이 두 요소는 함께 전체 조정기 성능 품질을 나타냅니다.

다른 입력 전압에 대한 노이즈 수준 측정 결과는 출력 노이즈 수준이 각 조정기에 대해 상대적으로 일관되게 유지되며, 출력 노이즈 수준에서 가장 큰 변화의 원인이 부하 변경임을 보여줍니다.

스위치드 전압 조정기 점수

측정된 성능을 기반으로 각 조정기에 점수를 할당함으로써 상위 10개의 스위치형 전압 조정기를 결정했습니다. 점수 매기기는 최대 및 평균 효율성을 고려하였으며, 20mA 및 70mA 부하 지점에서의 절대 효율성과 소음 수준을 고려했습니다. 점수의 기준은 각 테스트된 조정기의 각 측정치 성능이 데이터셋의 다른 모든 조정기의 성능에 비해 상대적으로 어떠했는지에 대한 것이었습니다.

점수 산정 방식은 모든 부하에서 가장 잘 수행되고 가장 낮은 소음 수준을 생성한 조정기가 가장 높은 점수를 얻도록 파생되었습니다. 한 테스트 지점에서는 탁월하게 잘 수행하지만 다른 테스트 지점에서는 나쁘게 수행하여 결과가 인위적으로 높은 점수로 왜곡되지 않도록 하는 것이 중요했습니다.

점수 매기기는 순전히 성능에 기반을 두고 있으므로, 비용, 출력 전압, 출력 전류 등급과 같은 요소들은 순위에 영향을 주지 않는다는 점을 유의하는 것이 중요합니다.

이제 테스트되고 점수가 매겨진 스위치형 전압 조정기 상위 열 개 목록을 살펴보겠습니다.

스위치형 전압 조정기 순위

1. 가장 상위에 있는 제품은 GAPTEC Electronic LMO78_05-1.0으로, 제공된 제품 정보의 첫눈에는 최소한의 데이터시트로 인해 특별해 보이지 않을 수 있습니다. 테스트 결과, 이 레귤레이터는 인상적인 최대 효율 99.3%와 탄탄한 평균 효율 82.2%, 존중할 만한 낮은 평균 노이즈 5.54mV를 자랑합니다. 70mA와 20mA의 가벼운 부하에서도 강력한 성능을 유지하며, 각각 77.5%와 77.7%의 효율을 보입니다. 우수한 부하 스텝 응답을 보이지만 시작하는 데 시간이 좀 걸리므로, 일부 응용 프로그램에서는 사용할 수 없을 수 있습니다.
2. 두 번째 자리에는 GAPTEC Electronic LCB78_05-0.5가 있습니다. 이 레귤레이터 역시 충분한 데이터시트 정보가 부족하며, 전부하 시 입력 전압 대비 효율 차트와 노이즈 차트만 제공됩니다. 그럼에도 불구하고, 최대 효율 99.3%로 최상위 모델과 동일하지만 평균 효율에서는 81.2%로 약간 못 미칩니다. 평균 노이즈는 5.19mV로 꽤 낮게 유지되며, 20mA 부하에서는 5.34mV로 약간 증가합니다.
3. 세 번째 자리는 Traco Power TSR 2-2433이 차지했습니다. 놀랍게도 이 부품의 데이터시트에는 차트가 포함되어 있지 않아 그 잠재력을 숨기고 있습니다. 이 3.3V 2A 레귤레이터는 최대 효율 95.5%와 평균 효율 81%를 제공하며, 평균 소음은 단지 3.79mV로 최소화되어 있습니다.
4. 다음으로 네 번째 자리는 CUI VX7803-500입니다. 이 3.3V 0.5A 레귤레이터는 최대 효율 98.8%와 평균 효율 76.8%를 제공합니다. 소음 수준은 4.38mV로 적당하게 유지되지만, 20mA 미만의 부하에서 평균 소음은 6.82mV로 증가합니다.
5. 다섯 번째 자리는 XP Power VR05S05입니다. 이 5V 0.5A 레귤레이터는 높은 부하에서 4.85mV의 꽤 좋은 소음 수준을 유지하면서 95.2%의 높은 효율과 평균 80.5%의 효율을 달성합니다. 낮은 부하에서 소음 수준은 증가하지만, 효율은 편안한 범위 내에 있습니다.
6. 여섯 번째는 Traco Power TSR 1.5-2433E입니다. 이 3.3V 1.5A 조정기는 전체 효율 94.6%와 합리적인 평균 77.9%로 좋은 점수를 받았습니다. 전체 부하에 걸쳐 평균 노이즈 레벨이 3.27mV인 저전압 리플 작동을 특징으로 하며, 낮은 부하에서 약간의 효율 저하를 보이지만 여전히 탄탄한 선택입니다.
7. 일곱 번째는 CUI VXO7803-1000입니다. 이 3.3V 1A 조정기는 최대 효율 94.7%와 비교적 좋은 평균 효율 77.8%를 가지고 있습니다. 그러나, 상위 10개 제품 중 더 높은 노이즈 레벨을 가지고 있으멀로 평균 6.23 mV를 측정합니다.
8. 여덟 번째는 Recom Power R-78C5.0-1.0입니다. 최대 효율이 94.2%에 달하며 평균 효율 77.5%를 제공합니다. 이 5V 1A 조정기는 전체 부하에서 낮은 노이즈 수치 3.73mV를 가지고 있습니다. 그러나, 효율은 낮은 부하에서 더욱 눈에 띄게 감소하여 20mA 미만의 부하에서 평균 60.4%로, 이 상위 10개 조정기 중 가장 낮습니다.
9. 9위는 GAPTEC Electronic LME78_05-1.0입니다. 이 5V 1A 조절기는 최대 효율 93.4%와 평균 효율 78.4%를 자랑합니다. 평균 6.1mV의 다소 높은 노이즈 수준을 보이지만, 낮은 부하 조건에서는 합리적으로 잘 작동합니다.
10. 마지막으로 10위에는 GAPTEC Electronic LMO78_05-0.5가 있습니다. 이 5V 0.5A 모듈은 최대 94.7%의 인상적인 효율과 평균 78.1%의 효율을 달성합니다. 6.31mV의 약간 높은 노이즈 수준에도 불구하고, 낮은 부하에서는 능숙한 조절기이지만, 20mA 미만의 부하에서는 효율이 65.5%로 떨어집니다.

상위 10위 안에는 들지 못했지만, 명예로운 언급을 받을 만한 조절기는 Würth Elektronik에서 생산한 것들입니다. 이 부품들은 여기서 검토된 모든 조절기 중에서 가장 높은 표준의 데이터시트를 가지고 있으멀로, 저는 종종 이들을 사용하기로 선택합니다. 사용된 평가 방법에 따르면 최고의 Würth Elektronik 조절기는 12위를 차지했지만, 제품 지원 및 데이터시트 품질이 요소로 고려되었다면 훨씬 더 높은 점수를 받았을 것입니다. 

결론

회로 설계를 위한 최적의 스위칭 전압 조절기를 선택하는 것은 어렵지 않아야 합니다. 입력 및 출력 전압, 부하 범위에 걸친 출력 전류, 그리고 최대 허용 노이즈 수준과 같은 핵심 매개변수를 알고 있다면, 효율성, 비용, 패키징과 같은 요소를 기반으로 하나를 선택할 수 있어야 합니다.

이 연습에서 얻은 주요 교훈 중 하나는 테스트된 전압 조절기 모듈의 데이터시트에서 명확하고, 신뢰할 수 있으며, 포괄적인 성능 데이터가 부족하다는 것입니다. 핵심 성능 매개변수에 접근할 수 없다면, 최적의 옵션을 놓칠 가능성이 있습니다.

이 연습의 목표는 실제 세계의 성능 데이터 정보 세트를 제공하여 설계 프로젝트에 가장 적합한 조절기를 선택할 수 있도록 돕는 것이었습니다. 분석이나 순위 매기기를 수행하고 싶다면 partplayground.com에서 수백만 개의 데이터 포인트를 사용할 수 있습니다. 더 많은 실제 구성요소 분석 비디오가 곧 나올 예정이니 계속 주목해 주세요. 테스트와 결과에 대해 자세히 알아보려면 동반 비디오를 꼭 시청하세요.

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