Effiziente Niedrigleistungsregelung? dh 9 -> 5 Volt

Um einem kleinen Stromkreis, der von ~ 9 V auf 5 V (oder 5 V -> 1,5 V) heruntergeregelt wird, so viel Strom wie möglich zuzuführen, habe ich mir einige mögliche Optionen angesehen. Was ich ursprünglich tun wollte (vielleicht ein Regler für eine Solarzelle oder eine 9-V-Batterie), ist der standardmäßig verwendete LM7805 (5-V) -IC. Ich habe gelesen, dass es einen kleinen, aber angemessenen Strom verbraucht, um dies zu tun, insbesondere wenn nur ein Spitzenstrom von 50-100 mA verfügbar ist.

Wäre eine Zener-Diode mit ~ 5 Volt in der Lage, dies effizienter zu tun, da sie die Spannung für eine längere Zeit auf oder sehr nahe bei 5 V halten und sie "regulieren" sollte?

Wäre ein (MOS | J) FET / ein anderer Transistor (wenn er effizienter ist und die etwas seltsame Verwendung ignoriert) oder etwas in diesem Sinne in der Lage, die Spannung mit einer sehr einfachen Energieumwandlung zu senken?

Linearregler wie der 7805 sind ineffizient und dies umso mehr, wenn die Eingangsspannung höher ist. Es arbeitet als variabler Widerstand, der seinen Wert variiert, um die Ausgangsspannung konstant zu halten, hier 5V. Dies bedeutet, dass der von Ihrem 5-V-Stromkreis verbrauchte Strom auch durch diesen variablen Widerstand fließt. Wenn Ihre Schaltung 1A verbraucht, beträgt die Verlustleistung im 7805

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

4 W in einer einzelnen Komponente sind ziemlich viel, die 5 W in Ihrer Schaltung werden wahrscheinlich auf mehrere Komponenten verteilt. Dies bedeutet, dass der 7805 einen Kühlkörper benötigt, und dies ist meistens ein schlechtes Zeichen: zu viel Verlustleistung. Dies wird bei höheren Eingangsspannungen schlechter und der Wirkungsgrad der Regelung kann wie folgt berechnet werden

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

Da . In diesem Fall ist also η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
oder 56%. Bei höheren Eingangsspannungen wird dieser Wirkungsgrad sogar noch schlechter.$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

Die Lösung ist ein Schaltregler oder kurz Switcher . Abhängig vom Verhältnis gibt es verschiedene Arten von Umschaltern . Wenn V O U T kleiner als V I N ist, verwenden Sie einen Tiefsetzsteller . Während selbst ein idealer Linearregler einen geringen Wirkungsgrad aufweist, weist ein idealer Umschalter einen Wirkungsgrad von 100% auf, und der tatsächliche Wirkungsgrad kann anhand der Eigenschaften der verwendeten Komponenten vorhergesagt werden. Zum Beispiel gibt es einen Spannungsabfall über der Diode und dem Widerstand der Spule. Ein gut entwickelter Umschalter kann einen Wirkungsgrad von bis zu 95% haben$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, wie für das angegebene 5V / 9V-Verhältnis. Unterschiedliche Spannungsverhältnisse können zu etwas geringeren Wirkungsgraden führen. Auf jeden Fall bedeutet 95% Wirkungsgrad, dass die im Regler verbrauchte Leistung ist

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

Das ist niedrig genug, um keinen Kühlkörper zu benötigen. Tatsächlich befindet sich der Schaltregler selbst möglicherweise in einem SOT23-Gehäuse, zusammen mit den anderen Komponenten wie Spulen- und Dioden-SMDs.

Der effizienteste Weg wäre, einen Abwärtswandler zu verwenden, der eine Art Schaltregler ist .

Dieser Reglertyp ist weitaus effizienter als ein Linearregler, da er die Leistung umwandelt, anstatt die zusätzliche Leistung absichtlich in Wärme umzuwandeln.

Eine Leistungsverschwendung in Ihrem Beispiel, wenn Ihre Schaltung 100mA aufnimmt, wäre ungefähr:
(9V-5V) * 0,1A = 0,4W. Eine
Leistungsverschwendung bei 1A wäre ungefähr (9V-5V) * 1A = 4W.
Dies ist nur ein Wirkungsgrad von etwa 55% im Vergleich zu einem Wirkungsgrad von etwa 80 bis 95% für einen Schaltregler.

Hier ist ein Beispiel Teil zufällig ausgewählt.
Einige weitere Beispiele hier (aktivieren Sie verschiedene Kontrollkästchen, um die Suche zu verfeinern - ich habe gerade die 5-V-Ausgabe ausgewählt)

Ich verstehe, dass dies ein ziemlich alter Thread ist, aber mir ist aufgefallen, dass Murata Semiconductor einen DC / DC-Wandler herstellt, der ein Ersatz für ICs der 78xx-Serie ist! "OKI-78SR-Serie" 85% Wirkungsgrad und ein 3-poliges TO-220-Gehäuse. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf