¿Cómo hacer un regulador de voltaje de eficiencia del 95% +?

Eso de eBay es un regulador de conmutación , también conocido como "conmutador", también conocido como SMPS (fuente de alimentación de modo conmutado). Estas cosas pueden alcanzar eficiencias del 95%, excepcionalmente del 96%. Mucho depende de la tensión de entrada y salida, y la mayor eficiencia es con partes que están diseñadas para una tensión de entrada y salida específica. Por lo tanto, la cosa de eBay no siempre será tan eficiente, especialmente no con un voltaje de salida bajo o una relación de voltaje de entrada / salida alta.

Puedes hacerlas tú mismo; Como puede ver, solo requieren algunas partes, pero el diseño de un conmutador de alta eficiencia requiere algo de experiencia para elegir las partes correctas y hacer el diseño de PCB correcto. Así que te sugiero que compres uno. Supongo que el costo de un componente para el módulo de eBay será de alrededor de 6 o 7 dólares, por lo que 2 dólares realmente serían una ganga.

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No puede usar la resistencia en serie para regular a 11 V. A 2 A y 12.8 V, necesitará una resistencia de 0.9 Ω, pero cuando la corriente cae a 1 A, la caída de voltaje de la resistencia se reducirá a 0.9 V, y La salida aumentará a 11,9 V.

Hagamos un poco de matemáticas y averigüemos si podemos diseñar esto nosotros mismos.

Para simplificar, supongamos que su eficiencia especificada \ $ \ eta = 0.95 \ $ se aplica a la máxima potencia.

\ $ 11.6V \ times 2A = 23.2W \ $ potencia de salida máxima.

\ $ \ dfrac {23.2W} {0.95} = 24.421W \ $ potencia de entrada máxima.

\ $ 24.421W - 23.2W = 1.221W \ $ que es su presupuesto de pérdida total de energía. Esto representa las pérdidas totales disponibles para todo el convertidor: pérdidas de conducción, pérdidas de conmutación, pérdidas de la unidad de compuerta, pérdidas del circuito de control, etc.

La mejor oportunidad que tenga sería con un convertidor de dinero usando la rectificación síncrona, y los \ $ R_ {ds (on)} \ $ y \ $ Q_g \ $ MOSFET más bajos que puede obtener para minimizar la conducción y las pérdidas de la unidad de puerta.

Hay tons of aplicación notas y ayudas de diseño que explican cómo diseñar un buck síncrono.

Recuerde: el regulador más eficiente no es ningún regulador. Entrada = salida por lo tanto, 100% de eficiencia. :)

Sus números no tienen sentido.

Con 12.8 V de entrada y 11 V de salida, la eficiencia de un regulador lineal sería de 11 V / 12.8 V = 86%. Eso está dentro de la gama de conmutadores comunes, por lo tanto, a menos que pueda obtener o hacer uno realmente bueno, también podría usar un regulador lineal. Al igual que con su número del 92%, si no tiene idea de dónde obtuvo la idea de que los reguladores lineales no pueden ser confiables con estos voltajes. Eso es una simple tontería.

Con un regulador lineal en el peor de los casos, se disipará (12.8V - 11V) * 2A = 3.6 W. Si puede hacer arreglos para vivir con eso, probablemente sea su opción más simple. Como dijo Steven, los reguladores de conmutación, que en este caso serían convertidores reductores, pueden hacerlo mejor, pero eso no será un diseño trivial para obtener la eficiencia que desea. Es probable que necesite una rectificación sincrónica, buenos elementos de paso bajo de Rdson, etc. Es factible, pero no es un proyecto para principiantes.

Tal vez haya chips de conmutador por ahí que proporcionan la unidad para el interruptor del lado alto y el rectificador sincronizado del lado bajo, todos incorporados, y se agregan los FET y el inductor. En ese caso, podría valer la pena intentarlo, pero tiene que leer la hoja de datos cuidadosamente y mirar las notas de la aplicación y comprender por qué las cosas se hicieron como estaban. Aquí podemos ayudarlo si tiene preguntas específicas.

Una consideración que no se ha abordado es qué tan bueno es el suministro de sus 12.8 voltios. Si puede aumentar, la eficiencia de los reguladores lineales discutidos disminuirá. Si se acerca demasiado a su requerimiento de salida de 11 voltios, entonces el regulador puede perder la regulación a menos que esté cuidadosamente diseñado para manejar un pequeño diferencial de salida / entrada. ¿Qué tan sensible es su carga al voltaje real de la fuente de alimentación? Un circuito diseñado para 11 voltios puede funcionar muy bien a 12.8 voltios y, por lo tanto, no hay necesidad de un regulador.

Creo que deberías usar un diodo de potencia nominal para disminuir el voltaje. Estos no tendrán ningún efecto más que disminuir el voltaje y no generarán el calor asociado con las resistencias en serie. Es bastante fácil obtener 12.8v hasta 11v. Los diodos presentan una caída de voltaje constante y una menor disipación de potencia que los rsistores sin causar una fluctuación de voltaje en el consumo de corriente. Si tiene 12.8 voltios constantes y necesita 11, use un diodo de barrera grande con una caída de voltaje de 1.8 voltios ... aunque de 0.7 a 0.9 voltios es más común. Puede que tengas que usar dos.

Un par motor-generador mecánico muy avanzado en rubys en vacío en condiciones de ingravidez puede alcanzar el 95% de eficiencia. Pero el costo ciertamente excederá el presupuesto de $ 2.