Regolazione efficiente a bassa potenza? cioè 9 -> 5 Volt

Per amor di fornire quanta più corrente possibile a un piccolo circuito, regolato da ~ 9 V a 5 V (o 5 V-> 1,5 V), ho esaminato alcune possibili opzioni. Quello che stavo per fare inizialmente (forse un regolatore per una cella solare o una batteria da 9 V) è l'IC LM7805 (5v) standard usato. Ho letto che utilizza una piccola ma discreta corrente per farlo specialmente quando è disponibile solo una corrente di picco di 50-100 mA.

Un diodo Zener valutato a ~ 5 volt sarebbe in grado di farlo in modo più efficiente, dal momento che dovrebbe mantenere la tensione a 5V o molto vicino per un po 'di tempo, "regolandola"?

Un FET (MOS | J) / altro transistor (se più efficiente, ignorando l'uso leggermente strano) o qualcosa di quel senso sarebbe in grado di abbassare la tensione con una conversione di energia molto semplice?

Regolatori lineari come il 7805 sono inefficienti, e ancora di più quando la tensione di ingresso è più alta. Funziona come un resistore variabile, che varia il suo valore per mantenere costante la tensione di uscita, qui 5V. Ciò significa che la corrente consumata dal circuito a 5 V scorre anche attraverso questo resistore variabile. Se il tuo circuito dissipa 1A, la dissipazione di potenza nel 7805 sarà

$P = \Delta V \cdot I = (9V - 5V) \cdot 1A = 4W$

4 W in un singolo componente è piuttosto, i 5 W nel tuo circuito saranno probabilmente distribuiti su più componenti. Significa che il 7805 avrà bisogno di un dissipatore di calore, e questo è spesso un brutto segno: troppa dissipazione di potenza. Ciò peggiorerà con tensioni di ingresso più elevate e l' efficienza della regolazione può essere calcolata come

$\eta = \dfrac{P_{OUT}}{P_{IN}} = \dfrac{V_{OUT} \cdot I_{OUT}}{V_{IN} \cdot I_{IN}} = \dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}}$

poiché . Quindi in questo caso η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
o 56%. Con tensioni di ingresso più elevate questa efficienza peggiorerà ulteriormente.$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

La soluzione è un regolatore di commutazione , o in breve switcher . Ci sono diversi tipi di commutatore secondo la rapporto. Se V O U T è inferiore a V I N, si utilizza un convertitore buck . Mentre anche un regolatore lineare ideale ha una bassa efficienza, un commutatore ideale ha un'efficienza del 100% e l'efficienza effettiva può essere prevista dalle proprietà dei componenti usati. Ad esempio c'è una caduta di tensione sul diodo e resistenza della bobina. Uno switcher ben progettato può avere un'efficienza fino al 95%$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, come per il dato rapporto 5 V / 9 V. Rapporti di tensione diversi possono comportare efficienze leggermente inferiori. Comunque, il 95% di efficienza significa che la potenza dissipata nel regolatore è

$P_{SWITCHER} = \left(\dfrac{1}{\eta} - 1\right) \cdot P_{OUT} = \left(\dfrac{1}{0.95} - 1\right) \cdot 5W = 0.26W$

che è abbastanza basso da non aver bisogno di un dissipatore di calore. È un dato di fatto che il regolatore di commutazione stesso possa essere in un pacchetto SOT23, con gli altri componenti, come SMD a bobina e a diodo.

Il modo più efficiente sarebbe quello di utilizzare un convertitore buck che è un tipo di regolatore di commutazione .

Questo tipo di regolatore è molto più efficiente di un regolatore lineare, in quanto converte la potenza anziché dissipare intenzionalmente l'extra come calore.

La potenza sprecata nel tuo esempio se il tuo circuito sta disegnando 100 mA sarebbe all'incirca:
(9V-5V) * 0,1 A = 0,4
W Potenza sprecata a 1A sarebbe circa (9 V-5 V) * 1 A = 4 W.
Questo sarà solo circa il 55% efficiente rispetto forse all'80-95% di efficienza per un regolatore di commutazione.

Ecco una parte di esempio scelta a caso.
Alcuni altri esempi qui (selezionare diverse caselle di controllo per affinare la ricerca - Ho appena selezionato l'uscita 5V)

Capisco che si tratta di un thread piuttosto vecchio, ma ho notato che il semiconduttore Murata produce un convertitore DC / DC che sostituisce i circuiti integrati della serie 78xx! "OKI-78SR Series" 85% di efficienza e un pacchetto stile TO-220 a 3 pin. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf