КПД преобразователя
Ни один преобразователь не передаёт в нагрузку всю мощность от источника: часть уходит в тепло в ключе, диоде и дросселе. Какую долю он отдаёт, показывает КПД — и по нему же считают, сколько тепла придётся отводить.
Обновлено Редакция GAW
КПД (коэффициент полезного действия) преобразователя — отношение мощности, которую он отдаёт в нагрузку, к мощности, которую берёт от источника:
Для onsemi LM2596 при 12 → 5 В и 3 А КПД — 73 %: на выходе 15 Вт, на входе около 20,5 Вт, в тепло уходит около 5,5 Вт. Как устроен такой преобразователь, разобрано в статье «Понижающий преобразователь».
КПД в даташитах
Производители указывают КПД для конкретной схемы и условий — внешние диод, дроссель и конденсаторы тоже влияют на результат.
| Стабилизатор | Вход → выход, ток | КПД |
|---|---|---|
| LM2596 (onsemi) | 12 → 5 В, 3 А | 73 % |
| LM2576-3.3 (TI) | 12 → 3,3 В, 3 А | 75 % |
| LM2576-5.0 (TI) | 12 → 5 В, 3 А | 77 % |
| LM2576-12 (TI) | 15 → 12 В, 3 А | 88 % |
Чем выше выходное напряжение, тем выше КПД: часть потерь, например на диоде, от выходного напряжения почти не зависит, и её доля падает. Частота работы тоже влияет на потери — см. частота переключения.
Как пользоваться
По потерям выбирают охлаждение: тепловое сопротивление радиатора для этой мощности подберёт калькулятор радиатора. Сравнить импульсный преобразователь с линейным стабилизатором для своих напряжений и тока поможет калькулятор LDO или DC-DC.
Частые вопросы
Сколько тепла выделит преобразователь?
P = Pвых · (1/η − 1). LM2596 с КПД 73 %, отдающий 5 В при 3 А (15 Вт), потребляет около 20,5 Вт и выделяет около 5,5 Вт — в микросхеме, диоде и дросселе вместе.
Почему КПД понижающего преобразователя выше при большем выходном напряжении?
Часть потерь почти не зависит от выходного напряжения — например, падение на диоде и ключе. Чем больше выходное напряжение, тем меньше их доля: у LM2576 версия на 3,3 В даёт 75 %, а версия на 12 В — 88 % при том же токе 3 А.
Чем КПД импульсного стабилизатора лучше линейного?
Линейный стабилизатор гасит всю разницу напряжений в тепле: при 12 → 5 В и 3 А на нём выделится (12 − 5) · 3 = 21 Вт, почти вчетверо больше, чем на LM2596 в тех же условиях. Сравнить варианты для своих чисел поможет калькулятор LDO и DC-DC.
Источники
- onsemi. LM2596: 3.0 A, Step-Down Switching Regulator (LM2596/D, Rev. 1, December 2022) — КПД 73 % (типично) при Vin = 12 В, Vout = 5,0 В, ток нагрузки 3,0 А; КПД заметно выше, чем у трёхвыводных линейных стабилизаторов, особенно при высоком входном напряжении
- Texas Instruments. LM2576xx Series SIMPLE SWITCHER 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS107G, revised March 2023) — КПД при токе 3 А: версия 3,3 В от 12 В — 75 %, версия 5 В от 12 В — 77 %, версия 12 В от 15 В — 88 %, версия 15 В от 18 В — 88 %; внешние детали — диод, дроссель, конденсаторы — влияют на характеристики
Нашли ошибку?