효율적인 저전력 레귤레이션? 즉 9-> 5 볼트

~ 9V에서 5V (또는 5V-> 1.5V)로 하향 조정되는 작은 회로에 최대한 많은 전류를 공급하기 위해 몇 가지 가능한 옵션을 살펴 보았습니다. 내가 원래하려고했던 것은 (태양 전지 조정기, 또는 9v 배터리) 표준 사용 LM7805 (5v) IC입니다. 나는 50-100mA 피크 전류 만 사용할 수있을 때 특히 작지만 공정한 비트의 전류를 사용한다는 것을 읽었습니다.

~ 5 볼트의 제너 다이오드가 전압을 5V에 가깝게 유지하거나 일정 시간 동안 5V에 가깝게 유지해야하므로보다 효율적으로 수행 할 수 있습니까?

(MOS | J) FET / 기타 트랜지스터 (보다 효율적이라면 약간 이상한 사용은 무시) 또는 그 의미가 아주 간단한 에너지 변환으로 전압을 낮출 수 있습니까?

voltage-regulator low-power efficiency

— 애호가
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답변:

7805와 같은 선형 레귤레이터 는 비효율적이며 입력 전압이 높을수록 더 효율적입니다. 가변 저항으로 작동하여 출력 전압을 일정하게 유지하기 위해 값을 변경합니다 (여기서는 5V). 즉, 5V 회로에서 소비하는 전류도이 가변 저항을 통해 흐릅니다. 회로가 1A를 소산 하면 7805 의 전력 소실 은

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

단일 구성 요소의 4W는 다소 많으며 회로의 5W는 여러 구성 요소에 분산 될 수 있습니다. 이는 7805에 방열판이 필요하다는 것을 의미하며, 너무 많은 전력 소비라는 나쁜 징후입니다. 입력 전압이 높을수록 나빠질 수 있으며 레귤레이션 효율 은

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

이기 때문에 . 따라서이 경우 $I_{OUT} = I_{IN}$
또는 56 %. 입력 전압이 높을수록이 효율은 더욱 악화됩니다. $\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

해결책은 스위칭 레귤레이터 또는 짧은 스위처 입니다. 비율 에 따라 다른 유형의 스위처가 있습니다 . 경우 보다 작은 당신이 사용하는 벅 컨버터 . 이상적인 선형 레귤레이터조차도 효율이 낮지 만 이상적인 스위처는 100 % 효율을 가지며 실제 사용 효율은 사용 된 부품의 특성으로 예측할 수 있습니다. 예를 들어 다이오드의 전압 강하와 코일의 저항이 있습니다. 잘 설계된 스위처는 최대 95 % 의 효율을 가질 수 있습니다 $V_{IN}/V_{OUT}$ $V_{OUT}$ $V_{IN}$
주어진 5V / 9V 비율과 같습니다. 전압 비율이 다르면 효율성이 다소 떨어질 수 있습니다. 어쨌든 95 % 효율은 레귤레이터에서 소비되는 전력이

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

방열판이 필요하지 않을 정도로 낮습니다. 실제로 스위칭 레귤레이터 자체는 코일 및 다이오드 SMD와 같은 다른 구성 요소와 함께 SOT23 패키지로 제공 될 수 있습니다.

— 스티븐
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이 답변을 작성하는 데 걸린 시간에 감사드립니다. 당연히 놀라운 일이었습니다. 필요할 경우 항상 효율성을 향상시킬 수 있기를 기대합니다!

— Hobbyist

@John-천만에요. 기꺼이 도와 드리겠습니다. 이에 대한 추가 질문이 있으면 알려주십시오.

— stevenvh

@ 스티븐 좋은 답변! 대부분의 사람들은 아마 이것에 신경 쓰지 않지만 (?), 일반적으로 스위처가 (1) 스루 홀 패키지로 들어오지 않으며 (2) 더 많은 외부 회로 및 시스템 설계 고려 (예 : 전력 리플)가 필요하다는 것은 사실이 아닙니다 ) 비슷한 선형 레귤레이터보다?

— vicatcu

@vicatcu-실제로, 그들은 대부분 SMD입니다. 최고의 효율과 낮은 방사선을 원한다면 디자인에 특별한주의가 필요합니다. 그들이 PTH = 더 큰 부품 = 더 긴 루프가 아닌 이유 일 수 있습니다.

— stevenvh

그러나 스위처를 사용하면 선형 레귤레이터와 달리 노이즈가 발생합니다. 귀하의 경우 선형 레귤레이터에서 100mA를 소산시키는 것은 실제로 그렇게 나쁘지 않습니다 (9-5) * 0.1 = 400mW. 귀하의 상황에서 스위처에 선형 레귤레이터를 사용합니다. 당신은 5V 및 200mA 배수 아래로 48V 소요 회로가있는 경우 그러나, 당신은 스위처해야합니다 (8.6W를!)

— lucas92

가장 효율적인 방법은 스위칭 레귤레이터 의 일종 인 벅 컨버터 를 사용하는 것 입니다.

이 유형의 레귤레이터는 의도적으로 여분을 열로 소산하지 않고 전력을 변환하기 때문에 선형 레귤레이터보다 훨씬 효율적입니다.

회로에서 100mA를 소비하는 경우 예제의 낭비 전력은 대략 다음과 같습니다.
(9V-5V) * 0.1A = 0.4W
1A에서의 낭비 전력은 (9V-5V) * 1A = 4W입니다.
이것은 스위칭 레귤레이터의 80-95 % 효율에 비해 약 55 % 효율 일 것이다.

여기에 예가 있습니다 무작위로 선택한 부분 입니다. 여기에
몇 가지 예가 있습니다 (검색을 세분화하려면 다른 확인란을 선택하십시오-방금 5V 출력을 선택했습니다)

— 올리 글레이저
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네 번째 링크는 잘못된 쿼리를 반환하지만 지금 살펴보고 있습니다. 그 통찰력에 감사드립니다. 비슷한 비용의 칩이 eBay에서 많은 비용을 들이지 않고 사용할 수있는 것처럼 보입니다.

— Hobbyist

@JohnS. -링크를 수정했습니다. eBay, Mouser, Digikey 등-괜찮은 전자 제품 공급 업체는 이에 적합한 부품을 구입해야합니다. 작동 / 설정은 선형 레귤레이터보다 조금 더 복잡하지만 데이터 시트 조언을주의 깊게 따르는 경우 (인덕터 선택이 특히 중요하며 일반적으로 데이터 시트에 권장되는 부품이있을 수 있음) 괜찮을 것입니다. 인생을 더 단순하게 만들기 위해 약간의 추가 비용을 소비하지 않는다면 "준비된 롤"모듈을 구입할 수도 있습니다.

— Oli Glaser

나는 이것이 꽤 오래된 스레드라는 것을 알고 있지만, murata Semiconductor가 78xx 시리즈 IC를 대체하는 DC / DC 변환기를 만드는 것을 알았습니다! "OKI-78SR Series"85 % 효율 및 3 핀 TO-220 스타일 패키지. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf

— 마이크
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