Top 10 Mô-đun Điều Chỉnh Chuyển Mạch

Các mô-đun điều chỉnh chuyển mạch hiện nay là tính năng thiết yếu của nhiều thiết bị điện tử, cung cấp một phương pháp hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi điện áp từ mức này sang mức khác bằng cách lưu trữ và giải phóng năng lượng. Chìa khóa thành công là tìm được một bộ điều chỉnh điện áp tuyệt vời, cung cấp hiệu suất tốt nhất phù hợp với nhu cầu của mạch của bạn.

Một bộ điều chỉnh điện áp tuyệt vời là bộ điều chỉnh hiệu quả, giữ cho dao động đầu ra ở mức tối thiểu. Tuy nhiên, việc chọn bộ điều chỉnh phù hợp có thể là thách thức vì chỉ số hiệu suất trong danh sách linh kiện của nhà cung cấp không nói lên toàn bộ câu chuyện.

Hiệu suất về bản chất phụ thuộc vào điện áp đầu vào và dòng điện đầu ra, sẽ thay đổi đối với từng ứng dụng. Một số bộ điều chỉnh có vẻ cung cấp hiệu suất siêu hiệu quả. Tuy nhiên, việc nghiên cứu kỹ lưỡng các điều khoản nhỏ cho thấy chỉ số này chỉ áp dụng cho tải tối đa, và hiệu suất kém đi đáng kể dưới tải nhẹ. Sự chênh lệch này là lý do tại sao việc biết hiệu suất của bộ điều chỉnh dưới các điều kiện phù hợp với các thông số hoạt động của ứng dụng của bạn là cần thiết.

Thách thức về Đánh giá Hiệu suất

Bạn có thể thấy một ví dụ xuất sắc về thách thức trong việc tìm kiếm một bộ điều chỉnh với đánh giá tốt nhất cho nhu cầu của bạn qua Monolithic Power Systems MEZD71202A-G. Thành phần này là một mô-đun nguồn giảm áp khung mở, với đầu vào từ 6.5 đến 24V, dòng ra liên tục 2A và điện áp ra 5.0V. Nhà cung cấp tuyên bố rằng nó cung cấp hiệu suất đỉnh lên đến 92%.

Thách thức đối với nhà thiết kế là bảng dữ liệu chỉ hiển thị đồ thị hiệu suất qua tải 60% với đầu vào 12V. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng bộ điều chỉnh này với một vi điều khiển trong mạch có nhu cầu dòng cao đột ngột, bạn hiếm khi thấy mức hiệu suất này. Hiệu suất trung bình giảm xuống 27% với tải dưới 20mA. Nó ở mức khoảng 36% cho tải dưới 70mA, đây là các tải điển hình cho hoạt động của hầu hết các vi điều khiển, bao gồm cả các thiết bị ARM-Cortex mạnh mẽ.

Vấn đề là thiếu dữ liệu toàn diện này áp dụng cho tất cả các nhà sản xuất.

Đánh Giá Mô Hình Bộ Điều Chỉnh

Cách tốt nhất để tìm bộ điều chỉnh điện áp hoàn hảo cho mạch của bạn là so sánh hiệu suất thực tế của các mô-đun điều chỉnh điện áp có sẵn với yêu cầu cụ thể của thiết kế mạch của bạn. Đây là nơi bài viết này sẽ giúp đỡ, cho bạn thấy các thành phần này hoạt động như thế nào khi chúng được lấy ra khỏi bao bì và kết nối trong phòng thí nghiệm. Nó cũng sẽ tiết lộ 10 lựa chọn hàng đầu dựa trên hiệu suất và độ ồn.

Các phát hiện được báo cáo là kết quả của việc thử nghiệm các mô-đun điều chỉnh điện áp được thực hiện trong vòng tám tháng, tạo ra gần 40 triệu điểm dữ liệu. Các bài kiểm tra này tập trung vào các bộ điều chỉnh chuyển mạch được thiết kế để thay thế các bộ điều chỉnh tuyến tính giảm áp thấp 5V hoặc 3.3V.

Kết quả là từ việc kiểm tra 40 bộ điều chỉnh điện áp khác nhau trong năm nay, hầu hết có tải định mức từ 500 mA đến 2A. Tất cả dữ liệu thử nghiệm đều có sẵn trực tuyến tại partplayground.com để khám phá và sử dụng để rút ra kết luận.

Tổng quan về Kết quả

Một cách tuyệt vời để có cái nhìn tổng quan về sự khác biệt giữa các thương hiệu là so sánh các phép đo lấy cho kết quả so sánh. Biểu đồ hiệu suất trung bình với khu vực min/max chỉ ra giới hạn của hiệu suất cung cấp một chỉ số tương đối tuyệt vời về hiệu suất thương hiệu.

Hiệu suất Bộ Điều Chỉnh Chuyển Mạch theo Thương Hiệu

Hình ảnh sau đây cho thấy kết quả đo hiệu suất của bộ điều chỉnh theo thương hiệu tại tải 1A. Việc trực quan hóa kết quả đo lường như thế này giúp dễ dàng nhận biết xu hướng trong dữ liệu. Trong ví dụ này, xu hướng có thể thấy rõ là một số thương hiệu có hiệu suất trung bình tốt hơn so với các thương hiệu khác. Tuy nhiên, quỷ nằm trong chi tiết, vì vậy hãy nhớ rằng kích thước mẫu của từng thương hiệu là khác nhau, do đó bạn nên thận trọng trước khi rút ra kết luận.

Tuy nhiên, biểu đồ này cho chúng ta thấy rằng vượt qua khoảng 300mA tải, bộ điều chỉnh từ các nhà sản xuất khác nhau có xu hướng đạt đến mức hiệu suất ổn định khá tốt. Thông tin này cho chúng ta biết hầu hết các thương hiệu sẽ hoạt động khá tốt trên tải 300mA khi xử lý bộ điều chỉnh trong phạm vi tải từ 500mA đến 2A.

Dữ liệu cho thấy một phạm vi rộng lớn các mức đánh giá hiệu suất khác nhau khi xem xét hiệu suất bộ điều chỉnh với tải dưới 100mA, dao động từ thấp 15% đến ấn tượng 99%. Biểu đồ dưới đây mở rộng phần này của kết quả để làm cho sự khác biệt dễ hiểu hơn.

Biểu đồ cho thấy nếu bạn đang tìm kiếm một bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch để sử dụng trong một ứng dụng với tải trọng thấp chủ yếu, bạn sẽ tốt hơn là tiến hành thử nghiệm đại diện cho các ứng cử viên tiềm năng thay vì dựa vào thông tin datasheet. Thay vào đó, bạn có thể tiết kiệm một số thời gian và công sức và xem xét dữ liệu đã được thu thập trong quá trình thử nghiệm cho bài viết này và được công bố công khai tại partplayground.com.

Sự biến đổi về hiệu suất được hiển thị trong biểu đồ trên cũng có thể do một số bộ điều chỉnh điện áp có phạm vi điện áp đầu vào rộng hơn so với những bộ khác, khiến cho một số thương hiệu trên biểu đồ hiển thị hiệu suất kém. Bạn có thể tính đến điều này bằng cách xem xét biểu đồ sau đây, hiển thị hiệu suất trên tất cả các bộ điều chỉnh dựa trên tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra. Vì bộ dữ liệu bao gồm các bộ điều chỉnh với một loạt các điện áp đầu ra, việc trình bày dữ liệu dựa trên tỷ lệ là hợp lý nhất.

Hầu hết các bộ điều chỉnh được thử nghiệm có tỷ lệ điện áp đầu vào so với đầu ra nhỏ hơn 6. Do đó, vượt qua tỷ lệ này, ít bộ điều chỉnh hơn đóng góp vào bộ dữ liệu. Tuy nhiên, dựa trên dữ liệu có sẵn, điện áp đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của bộ điều chỉnh, đặc biệt là dưới tải nhẹ.

Mức Độ Ồn của Bộ Điều Chỉnh Chuyển Mạch Theo Thương Hiệu

Một yếu tố quan trọng khác khi lựa chọn bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch là mức độ ồn của điện áp đầu ra. Các hiện tượng nhiễu sóng từ logic chuyển mạch có thể gây ra vấn đề trong một số thiết kế mạch, và luôn dễ dàng và thực tế hơn khi chọn một bộ điều chỉnh có mức độ ồn thấp hơn là thêm các thành phần bổ sung vào mạch của bạn để giảm mức độ ồn nếu chúng quá cao.

Biểu đồ sau so sánh hiệu suất ồn theo thương hiệu, với cùng một lưu ý như khi so sánh hiệu suất: kích thước mẫu khác nhau cho mỗi nhánh có thể ảnh hưởng đến kết quả xu hướng.

Những kết quả chỉ dẫn này cho thấy, thú vị là, một số bộ điều chỉnh hiệu quả nhất cũng tạo ra mức độ ồn thấp nhất. Do đó, hai yếu tố này cùng nhau chỉ ra chất lượng hiệu suất tổng thể của bộ điều chỉnh.

Kết quả đo mức độ ồn cho các điện áp đầu vào khác nhau cũng cho thấy mức độ ồn đầu ra giữ ổn định tương đối cho mỗi bộ điều chỉnh, với nguyên nhân của sự biến đổi lớn nhất trong mức độ ồn đầu ra là do thay đổi tải.

Điểm số Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Chuyển Mạch

Tôi đã xác định 10 bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch hàng đầu bằng cách gán điểm cho mỗi bộ điều chỉnh dựa trên hiệu suất đo được. Việc tính điểm đã tính đến hiệu suất tối đa và trung bình, cùng với hiệu suất tuyệt đối và mức độ ồn tại các điểm tải 20mA và 70mA. Cơ sở của việc tính điểm là hiệu suất của mỗi bộ điều chỉnh đã được kiểm tra trong mỗi chỉ số so với hiệu suất của tất cả các bộ điều chỉnh khác trong bộ dữ liệu.

Tôi đã xây dựng phương pháp tính điểm sao cho các bộ điều chỉnh có hiệu suất tốt nhất ở tất cả các điểm tải và tạo ra mức độ ồn thấp nhất sẽ nhận được điểm số cao nhất. Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng một bộ điều chỉnh làm rất tốt tại một điểm kiểm tra nhưng kém ở các điểm kiểm tra khác không làm méo kết quả bằng một điểm số cao một cách nhân tạo.

Cũng quan trọng là phải lưu ý rằng việc tính điểm dựa hoàn toàn vào hiệu suất, vì vậy các yếu tố như chi phí, điện áp đầu ra và xếp hạng dòng điện đầu ra không ảnh hưởng đến thứ hạng.

Vậy, bây giờ chúng ta hãy xem danh sách mười bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch đã được kiểm tra và tính điểm.

Xếp Hạng Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Chuyển Mạch

1. Ở vị trí hàng đầu là GAPTEC Electronic LMO78_05-1.0, có thể không trông nổi bật ngay từ cái nhìn đầu tiên về thông tin sản phẩm có sẵn do bảng dữ liệu tối giản của nó. Kết quả kiểm tra cho thấy bộ điều chỉnh này có hiệu suất tối đa ấn tượng là 99.3% và hiệu suất trung bình vững chắc là 82.2%, với mức tiếng ồn trung bình thấp đáng kể là 5.54mV. Dưới tải nhẹ 70mA và 20mA, nó duy trì hiệu suất mạnh mẽ của mình, với hiệu suất lần lượt là 77.5% và 77.7%. Nó thể hiện phản ứng bước tải xuất sắc nhưng mất một chút thời gian để khởi động, có thể khiến nó không phù hợp với một số ứng dụng.
2. Ở vị trí thứ hai là GAPTEC Electronic LCB78_05-0.5. Bộ điều chỉnh này cũng thiếu thông tin bảng dữ liệu đầy đủ, chỉ có biểu đồ hiệu suất so với điện áp đầu vào ở tải đầy đủ và biểu đồ tiếng ồn. Mặc dù vậy, nó đạt hiệu suất tối đa tương đương với mẫu hàng đầu là 99.3% nhưng chỉ kém một chút với hiệu suất trung bình là 81.2%. Nó duy trì mức tiếng ồn trung bình khá thấp là 5.19mV, tăng nhẹ lên 5.34mV dưới tải 20mA.
3. Đứng ở vị trí thứ ba là Traco Power TSR 2-2433. Điều đáng kinh ngạc là bảng dữ liệu của linh kiện này không bao gồm bất kỳ biểu đồ nào, che giấu tiềm năng của nó. Bộ điều chỉnh 3.3V 2A này cung cấp hiệu suất tối đa lên đến 95.5% và hiệu suất trung bình là 81%, tất cả trong khi giữ ồn ở mức tối thiểu với trung bình chỉ 3.79mV.
4. Tiếp theo ở vị trí thứ tư là CUI VX7803-500. Bộ điều chỉnh 3.3V 0.5A này đạt hiệu suất tối đa cao lên đến 98.8% và hiệu suất trung bình là 76.8%. Mặc dù nó duy trì mức ồn vừa phải ở 4.38mV, nhưng ồn trung bình tăng lên 6.82mV cho các tải dưới 20mA.
5. Ở vị trí thứ năm là XP Power VR05S05. Bộ điều chỉnh 5V 0.5A này quản lý để đạt hiệu suất cao là 95.2% và trung bình là 80.5% trong khi duy trì mức ồn khá tốt là 4.85mV ở tải cao. Mức ồn tăng lên ở các tải thấp hơn, nhưng hiệu suất vẫn nằm trong phạm vi thoải mái.
6. Ở vị trí thứ sáu là Traco Power TSR 1.5-2433E. Bộ điều chỉnh này có điện áp 3.3V và dòng điện 1.5A, đạt điểm cao với hiệu suất tổng thể là 94.6% và mức trung bình hợp lý là 77.9%. Với hoạt động có độ nhấp nhô điện áp thấp, có mức độ ồn trung bình là 3.27mV trên toàn bộ tải, nó có một sự giảm hiệu suất nhẹ ở tải thấp nhưng vẫn là một lựa chọn vững chắc.
7. Ở vị trí thứ bảy là CUI VXO7803-1000. Bộ điều chỉnh này có điện áp 3.3V và dòng điện 1A, có hiệu suất tối đa ổn định là 94.7% và hiệu suất trung bình tương đối tốt là 77.8%. Tuy nhiên, nó có mức độ ồn cao hơn so với các đối thủ trong top 10, với mức độ ồn trung bình là 6.23 mV.
8. Ở vị trí thứ tám là Recom Power R-78C5.0-1.0. Hiệu suất tối đa của nó đạt 94.2%, và nó cung cấp một hiệu suất trung bình là 77.5%. Bộ điều chỉnh này có điện áp 5V và dòng điện 1A, có mức độ ồn thấp là 3.73mV ở tải đầy. Tuy nhiên, hiệu suất giảm đáng kể ở tải thấp hơn, chỉ còn trung bình là 60.4% cho các tải dưới 20mA, là thấp nhất trong số các bộ điều chỉnh trong danh sách top 10 này.
9. Ở vị trí thứ chín là GAPTEC Electronic LME78_05-1.0. Bộ điều chỉnh này có điện áp 5V 1A, hiệu suất tối đa lên đến 93.4% và hiệu suất trung bình là 78.4%. Mức độ ồn hơi cao hơn, với mức trung bình là 6.1mV, nhưng nó hoạt động khá tốt dưới điều kiện tải nhẹ.
10. Cuối cùng, ở vị trí thứ mười, chúng ta có GAPTEC Electronic LMO78_05-0.5. Mô-đun 5V 0.5A này đạt hiệu suất tối đa ấn tượng là 94.7% và trung bình là 78.1%. Mặc dù mức độ ồn hơi cao hơn ở 6.31mV, nhưng nó là một bộ điều chỉnh có khả năng tốt dưới tải nhẹ, mặc dù hiệu suất giảm xuống còn 65.5% cho tải dưới 20mA.

Nằm ngoài top mười nhưng xứng đáng được nhắc đến là các bộ điều chỉnh do Würth Elektronik sản xuất. Những linh kiện này có tiêu chuẩn datasheet cao nhất trong số tất cả các bộ điều chỉnh được xem xét ở đây, đó là lý do tôi thường chọn sử dụng chúng. Bộ điều chỉnh Würth Elektronik tốt nhất đạt vị trí thứ mười hai theo phương pháp chấm điểm được sử dụng cho bảng xếp hạng này, tuy nhiên, nếu hỗ trợ sản phẩm và chất lượng datasheet được coi là yếu tố, họ sẽ được xếp hạng cao hơn. 

Kết luận

Việc chọn bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch tốt nhất cho thiết kế mạch của bạn không nên quá khó khăn. Giả sử bạn biết các thông số chính như điện áp đầu vào và đầu ra, dòng điện đầu ra qua phạm vi tải, và mức độ nhiễu tối đa có thể chấp nhận được. Trong trường hợp đó, bạn nên có thể chọn một cái dựa trên các yếu tố như hiệu suất, chi phí, và bao bì.

Một trong những điểm quan trọng rút ra từ bài tập này là sự thiếu vắng dữ liệu hiệu suất rõ ràng, đáng tin cậy và toàn diện từ các tờ dữ liệu của các mô-đun điều chỉnh điện áp đã được kiểm tra. Không có quyền truy cập vào các thông số hiệu suất chính, có khả năng bạn sẽ bỏ lỡ những lựa chọn tốt nhất.

Mục tiêu của bài tập này là tạo ra một bộ thông tin về dữ liệu hiệu suất thực tế để giúp bạn chọn bộ điều chỉnh tốt nhất cho các dự án thiết kế của mình, với hàng triệu điểm dữ liệu có sẵn tại partplayground.com nếu bạn muốn thực hiện phân tích hoặc xếp hạng của riêng mình. Hãy mở to mắt đón chờ thêm nhiều video phân tích linh kiện thực tế sắp tới. Đừng quên xem video đi kèm để tìm hiểu thêm về quá trình kiểm tra và kết quả.

Khi bạn sẵn sàng để tạo bố cục PCB của mình với một mô-đun điều chỉnh điện áp hoặc IC, hãy sử dụng các công cụ thiết kế và bố trí trong Altium Designer^®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.