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


17

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?

Risposte:


31

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=ΔVio=(9V-5V)1UN=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

η=POUTPioN=VOUTioOUTVioNioioN=VOUTVioN

poiché . Quindi in questo caso η = 5 VioOUT=ioioN
o 56%. Con tensioni di ingresso più elevate questa efficienza peggiorerà ulteriormente.η=5V9V=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%VioN/VOUTVOUTVIN
, 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

PSWITCHER=(1η1)POUT=(10.951)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.


Apprezzo il tempo che hai impiegato per scrivere questa risposta, è certamente uno che ha fatto meraviglia - e posso sempre guardare avanti per migliorare l'efficienza lungo la strada se necessario!
Hobbyist,

@Giovanni - Prego, felice di essere d'aiuto. Fateci sapere se avete ulteriori domande al riguardo.
Stevenvh,

@stevenh ottima risposta! La maggior parte delle persone probabilmente non si preoccupa di questo (?), Ma non è vero che i commutatori in genere (1) non entrano attraverso i pacchetti di fori e (2) richiedono più circuiti esterni e considerazione della progettazione del sistema (ad es. ) rispetto a regolatori lineari comparabili?
vicatcu,

@vicatcu - anzi, sono per lo più SMD. Il design richiede un'attenzione speciale se si desidera la massima efficienza e basse radiazioni. Possono essere i motivi per cui non sono PTH = parti più grandi = anelli più lunghi.
Stevenvh,

L'uso di uno switcher tuttavia introduce rumore a differenza dei regolatori lineari. Nel tuo caso, dissipare 100mA in un regolatore lineare non è poi così male (9-5) * 0,1 = 400mW. Vorrei utilizzare un regolatore lineare su uno switcher nella tua situazione. Tuttavia, se hai un circuito che porta 48 V fino a 5 V e scarica 200 mA, avrai bisogno di uno switcher (8,6 W !!!)
lucas92

8

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)


Il tuo quarto link restituisce una query non valida, tuttavia ora sto dando un'occhiata. Grazie per questa intuizione, sembra che alcuni chip simili siano disponibili su eBay per un costo non terribile (devo solo guardare, così tante sezioni.) Potrebbe aspettare un po 'e testare i due su carichi diversi, potrebbe essere solo leggermente utile.
Hobbyist,

@JohnS. - risolto il collegamento. eBay, Mouser, Digikey, ecc. - Qualsiasi fornitore di elettronica decente dovrebbe immagazzinare una parte adatta per questo. L'operazione / impostazione è un po 'più complessa di un regolatore lineare, ma se segui attentamente i consigli dei fogli dati (selezione dell'induttore particolarmente importante, di solito ci saranno alcune parti raccomandate nel foglio dati) dovresti andare bene. Puoi anche acquistare moduli "pronti all'uso" se non ti dispiace spendere un po 'di più per rendere la vita più semplice, eBay dovrebbe avere anche molti di questi.
Oli Glaser,

1

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

Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.