Hiệu quả điều tiết năng lượng thấp? tức là 9 -> 5 Volts

Vì mục đích cung cấp càng nhiều dòng điện càng tốt cho một mạch nhỏ, được điều chỉnh giảm từ ~ 9V xuống 5V (hoặc 5V-> 1.5V), tôi đã xem xét một số tùy chọn có thể. Những gì ban đầu tôi sẽ làm (có thể là một bộ điều chỉnh cho pin mặt trời, hoặc pin 9v) là IC tôi sử dụng tiêu chuẩn LM7805 (5v). Tôi đã đọc được rằng nó sử dụng một dòng điện nhỏ, nhưng công bằng để làm điều này đặc biệt là khi chỉ có dòng điện cực đại 50-100mA.

Liệu một diode Zener được đánh giá ở mức ~ 5 volt có thể làm điều này hiệu quả hơn, vì nó sẽ giữ điện áp ở mức hoặc rất gần với 5V trong một thời gian cao hơn, "điều chỉnh" nó?

Liệu một (MOS | J) FET / bóng bán dẫn khác (nếu hiệu quả hơn, bỏ qua việc sử dụng hơi kỳ lạ) hoặc một cái gì đó có ý nghĩa đó có thể hạ điện áp với một chuyển đổi năng lượng rất đơn giản?

Các bộ điều chỉnh tuyến tính như 7805 không hiệu quả, và hơn thế nữa khi điện áp đầu vào cao hơn. Nó hoạt động như một điện trở thay đổi, thay đổi giá trị của nó để giữ cho điện áp đầu ra không đổi, ở đây 5V. Điều đó có nghĩa là dòng điện tiêu thụ bởi mạch 5V của bạn cũng chảy qua điện trở biến đổi này. Nếu mạch của bạn tiêu tan 1A thì công suất tiêu tán trong 7805 sẽ là

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

4W trong một thành phần là khá nhiều, 5W trong mạch của bạn có thể sẽ được phân phối trên một số thành phần. Điều đó có nghĩa là 7805 sẽ cần tản nhiệt và đó thường là một dấu hiệu xấu: tiêu hao quá nhiều năng lượng. Điều này sẽ tệ hơn với điện áp đầu vào cao hơn và hiệu quả của quy định có thể được tính như

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

kể từ khi . Vì vậy, trong trường hợp này η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
hoặc 56%. Với điện áp đầu vào cao hơn, hiệu quả này thậm chí sẽ trở nên tồi tệ hơn.$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

Giải pháp là một điều chuyển mạch , hoặc switcher cho ngắn. Có nhiều loại công tắc khác nhau tùy theo tỷ lệ Nếu V O U T nhỏ hơn V I N, bạn sử dụng bộ chuyển đổi buck . Trong khi ngay cả một bộ điều chỉnh tuyến tính lý tưởng có hiệu suất thấp, một bộ chuyển đổi lý tưởng có hiệu suất 100% và hiệu quả thực tế có thể được dự đoán bởi các thuộc tính của các thành phần được sử dụng. Ví dụ, có sự sụt giảm điện áp trên diode và điện trở của cuộn dây. Một bộ chuyển đổi được thiết kế tốt có thể có hiệu suất cao tới 95%$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, giống như đối với tỷ lệ 5V / 9V đã cho. Tỷ lệ điện áp khác nhau có thể dẫn đến hiệu quả thấp hơn một chút. Dù sao, hiệu quả 95% có nghĩa là năng lượng tiêu tan trong bộ điều chỉnh là

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

đủ thấp để không cần tản nhiệt. Vì thực tế, bộ điều chỉnh chuyển mạch có thể nằm trong gói SOT23, với các thành phần khác, như các cuộn dây và diode diode.

Cách hiệu quả nhất là sử dụng Bộ chuyển đổi Buck , một loại Bộ điều chỉnh chuyển mạch .

Loại bộ điều chỉnh này hiệu quả hơn nhiều so với bộ điều chỉnh tuyến tính, vì nó chuyển đổi năng lượng thay vì cố ý làm tiêu tan phần phụ dưới dạng nhiệt.

Công suất bị lãng phí trong ví dụ của bạn nếu mạch của bạn vẽ 100mA sẽ vào khoảng:
(9V-5V) * 0.1A = 0.4W
Công suất bị lãng phí ở 1A sẽ ở khoảng (9V-5V) * 1A = 4W.
Điều này sẽ chỉ hiệu quả khoảng 55% so với hiệu quả có thể 80-95% cho một bộ điều chỉnh chuyển mạch.

Đây là một phần ví dụ được chọn ngẫu nhiên.
Một số ví dụ khác ở đây (chọn các hộp kiểm khác nhau để tinh chỉnh tìm kiếm - Tôi chỉ chọn đầu ra 5V)

Tôi hiểu rằng đây là một chủ đề khá cũ, nhưng tôi nhận thấy rằng chất bán dẫn murata tạo ra một bộ chuyển đổi DC / DC là một sự thay thế thả xuống cho các IC dòng 78xx! "Sê-ri-78SR" Hiệu suất 85% và gói 3-pin kiểu TO-220. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf