Quale ha una migliore efficienza: regolatore di tensione di commutazione step-up o step-down?

Ho un circuito batteria al litio che converte da 4,2 V (due celle da 4,2 V in parallelo) a 5 V. Un'altra opzione è quella di utilizzare un convertitore step-down da 8,4 V (due celle da 4,2 V in serie) a 5 V. Considerando che entrambi i circuiti citati sono ben implementati, quale scelta sarebbe più efficiente in termini di dissipazione di potenza?

Sto cercando qualche regola generale in quanto "il gradino in discesa è sempre preferibile al gradino in su" o "la differenza di tensione assoluta conta" ecc.

I convertitori boost sono in genere meno efficienti dei convertitori Buck, ma non di molto. Il motivo fondamentale ha a che fare con la corrente dell'induttore che fluisce direttamente a terra durante il tempo di funzionamento, anziché attraverso il carico, come avviene sui convertitori Buck. C'è un articolo di EE-Times che menziona questo: decodificare le perdite di potenza nella commutazione dei convertitori di boost

In generale, tuttavia, poiché la corrente dell'induttore scorre a terra durante il tempo di accensione, solo una frazione (rapporto tra tempo di spegnimento e periodo) fluisce verso l'uscita, come illustrato dalle correnti pulsante nella Figura 2 (questo è il motivo per cui i convertitori di boost sono generalmente inferiori efficienza energetica rispetto ai convertitori buck)

Dal momento che le differenze di efficienza non sono significative, è probabile che ti serva meglio decidere su criteri aggiuntivi anziché sulla sola efficienza del regolatore, tra cui:

• Complessità del caricatore (cella singola è più semplice).
• Costo
• Taglia
• Le celle in serie saranno limitate dalla loro cella più debole.
• Le cellule in parallelo tendono a caricarsi a vicenda e si verifica un colpo di efficienza dovuto al processo chimico.
• Perdite dovute a corrente di ingresso maggiore con tensioni più basse (celle parallele).

Le batterie spesso non sono terribilmente appassionate di essere cablate direttamente in parallelo, poiché qualsiasi discrepanza nella tensione a circuito aperto comporterà la tensione di alimentazione della batteria più alta in quella più debole. Se si utilizzano batterie ricaricabili e gli stati di carica sono sufficientemente vicini, ciò può semplicemente portare le batterie a tentare di equalizzarsi a vicenda. Quando si usano batterie a celle primarie, tuttavia, o se gli stati di carica non sono particolarmente vicini, questo flusso di corrente può essere dannoso per entrambe le batterie.

Il cablaggio delle batterie in serie è spesso più sicuro, a condizione che la corrente si spenga prima che la tensione di una batteria scenda al di sotto del livello minimo di sicurezza. Per le batterie a celle primarie, il livello minimo di sicurezza è all'incirca pari a zero volt (la preoccupazione non è il "danneggiamento" di una batteria scarica e inutile, ma piuttosto la possibilità che una batteria a cella primaria retroattiva possa scaricare sostanze chimiche dannose sui circuiti vicini). Per le batterie ricaricabili, la tensione minima di sicurezza è molto più elevata (le batterie scariche al di sotto di quel punto possono accelerare notevolmente l'usura).

Eventuali differenze nell'efficienza della conversione step-up rispetto alla conversione step-down possono essere minori rispetto ai problemi derivanti da connessioni in serie o parallele della batteria.