Dos reguladores de voltaje en serie vs. en paralelo

Question

¿Qué es una mejor idea - conectar dos reguladores de voltaje en serie o en paralelo? No necesito mucha corriente (máximo 300-400mA). Necesito ambos voltajes. La salida del transformador es de unos 9V. El U2 da 1A máximo y el U3 800mA máximo.

Answer 1

La diferencia importante aquí es dónde se disipa la energía. Para ambos circuitos se puede calcular fácilmente:

En paralelo:

• \$P_{U2}= ( V_{IN} - V_{OUT} ) × I_{OUT} = ( 9 - 5 ) × 1 = 4 \text{W}\$
• \$P_{U3}= ( V_{IN} - V_{OUT} ) × I_{OUT} = ( 9 - 3.3 ) × 0.8A = 4.6 \text{W}\$
• Potencia total = 8,6W

Configuración de la serie

• \$P_{U2} = ( V_{IN} - V_{OUT} ) × I_{OUT} = ( 9 - 5 ) × ( 1 + 0.8 ) = 7.2\text{W}\$
• \$P_{U3} = ( V_{IN} - V_{OUT} ) × I_{OUT} = ( 5 - 3.3 ) × 0.8A = 1.4W\$
• Potencia total = 8,6W

La pregunta es donde puede disipar estas cantidades de potencia más cómodamente, qué regulador. Cuanto mayor sea la potencia disipada, mayor será el disipador de calor necesario. Para ambas soluciones, la potencia total disipada es idéntica.

Observe que para la configuración en serie su regulador de 5V debe ser capaz de hacer casi 2A, mientras que en la configuración en paralelo ambos reguladores tienen que hacer frente a "sólo" alrededor de 1A.

Answer 2

Si

• el regulador de 3,3V puede funcionar con la salida mínima del regulador de 5V como entrada,
• Y el regulador de 5V puede suministrar la suma de ambas corrientes, ambas opciones están abiertas.

Tenga en cuenta que en las dos alternativas la disipación se repartirá entre los dos reguladores de forma diferente.

A 1A y 0,8A necesitarás algo de refrigeración en ambos reguladores, que deberás calcular para la máxima tensión de entrada (mayor tensión de línea posible, menor factor de transformación posible, menor caída posible sobre los diodos) y la menor tensión de salida posible. (los cálculos de jippie se pueden utilizar como punto de partida, pero las cifras del peor caso serán un poco peores).

Answer 3

Suponiendo que el segundo regulador pueda funcionar con el voltaje más bajo que obtendrá del primero, entonces podría hacerlo en serie. De nuevo, asumiendo que se trata de reguladores lineales, creo que la desventaja es que el primer regulador tendrá que ser dimensionado para suministrar la corriente y la disipación de energía necesarias para soportar el segundo regulador. Así que podrías usar una pieza pequeña para el segundo tipo pero acabarías pagando por ello en el primer regulador. Si se puede elegir, personalmente lo haría en paralelo.

Ahora bien, si se utiliza un regulador de conmutación para el primer regulador y un regulador lineal en el segundo, entonces habría algunas ganancias de eficiencia que podría hacer por tenerlos en serie de esa manera. Con el primer regulador bajando el voltaje para el segundo. Usted todavía tiene que proporcionar suficiente corriente desde el primer regulador, pero ahora la potencia que su segundo regulador tiene que disipar como un lineal es mucho menor.

Answer 4

Para lineair reguladores de tensión es cierto que una configuración distribuida o centralizada no influye en la eficiencia. Sin embargo, hay que tener en cuenta que esto no es cierto para los reguladores conmutados. La eficiencia seguirá siendo la misma centralizada, pero será menor en una configuración distribuida.

Supongamos un regulador de modo conmutado con una eficiencia del 95%. También voy a suponer que cada regulador tiene una potencia disponible separada en la configuración distribuida (su imagen implica que sólo el regulador de 3,3V tiene una salida disponible):

$$ Psource = \frac{Pu_2}{0.95} +\frac{Pu_3}{0.95*0.95} = 8.188 \\ $$

Tenemos que hacer ingeniería inversa para saber cuál debe ser la potencia total requerida de la fuente en el caso distribuido. Para la potencia requerida para Pu2, tenemos que compensar la eficiencia de 1 (el regulador de modo de conmutación de 5V). Para la potencia requerida para Pu3, tenemos que compensar la eficiencia de ambos reguladores de modo de conmutación, ya que esta fracción de Psource necesita viajar a través de dos modos de conmutación para llegar a Pu3.

La eficiencia es

$$ \eta = \frac{Pu_2+Pu_3}{Psource} = \frac{5 + 2.64}{8.188} = 93.3\% $$

Por supuesto, no se degrada tanto en este caso, pero en una cadena de alimentación más larga, con más modos de conmutación, la eficiencia sería mucho menor y las potencias más altas lo harían aún más significativo.