Necesito crear un regulador de voltaje simple que pueda disminuir el voltaje de 24V (de una fuente de alimentación de CC) a 3.7V y suministrar al menos 2A o más (hasta 5A si es posible).
¿Puedo usar un desviador de voltaje de 2 resistencias? ¿O debería usar un regulador de voltaje?
Por los motivos descritos por WhatRoughBeast, las resistencias son una muy mala idea para la regulación de voltaje.
Para las opciones de regulación de voltaje DC-DC "realistas", hay dos, y solo una es realmente factible para su aplicación:
La primera opción, un regulador lineal, suele ser un dispositivo semiconductor integrado en un paquete de estilo transistor. En términos simples, estos dispositivos dejan caer el exceso de voltaje por encima del voltaje de regulación como calor a través de una unión de semiconductores. Los reguladores lineales son muy fáciles de usar: conectas el pin de suministro, el pin de salida y una conexión a tierra común, y estás fuera de las carreras. También proporcionan baja ondulación.
El problema con los reguladores lineales es que se está reduciendo el voltaje a través de una unión a través de la cual pasa una corriente, es decir: toda esa energía se desperdicia como calor. Para empezar, si no consume mucha energía y su voltaje de suministro no es mucho más alto que el voltaje de regulación (por ejemplo: 5V a 3.3V), esto no es un gran problema.
Sin embargo, en tu aplicación, esto será un problema. Su pérdida de energía es igual a su tiempo actual la diferencia entre los voltajes de suministro y de salida:
\ $ P_ {pérdida} = I_ {cargar} \ left (V_ {in} - V_ {out} \ right) = 2A \ left (24V-3.7V \ right) = 38.6W \ $
Eso es casi 40W de calor que estás disipando en el regulador. ¡Eso es un serio enfriamiento requerido!
En su lugar, deberá utilizar un regulador de conmutación CC-CC. Estos dispositivos utilizan un inductor como un dispositivo de almacenamiento de energía temporal que se apaga muy rápidamente. Generan más ruido y son más complicados de configurar que un regulador lineal, pero suelen tener una eficiencia del 90% en la conversión de energía. También tienen la ventaja de poder aumentar el voltaje (aumentar el convertidor) y disminuirlo (convertidor). Algunos tipos (buck-boost) harán ambas cosas en el mismo dispositivo, y otros tipos pueden proporcionar un riel de voltaje negativo.
Encuentro que esta serie de videos de TI es realmente buena para explicar los fundamentos de cómo y por qué funcionan. Para en realidad implementar uno, tienes un par de opciones.
Muchas compañías venden módulos terminados fáciles de usar, a veces denominados "reemplazos de reguladores lineales". La ventaja de estos es que son tan fáciles de usar como un regulador lineal, y algunos incluso vienen en recintos aptos para uso industrial con terminales de tornillo si eres adverso a hacer una PCB. La desventaja de estos es que generalmente son bastante caros, especialmente para una mayor producción de corriente.
La otra opción es comprar un chip regulador de conmutación y agregar todos los componentes externos (como mínimo un diodo, un inductor, dos condensadores de filtro, un divisor de resistencia para retroalimentación y, a veces, un MOSFET). Esto generalmente no es demasiado difícil, pero el diseño es un poco más interactivo. La mayoría de los fabricantes proporcionan hojas de datos bastante buenas que describen el proceso de diseño, las recomendaciones de piezas y el diseño de PCB preferido. Si se desvía de estos, asegúrese de simular el diseño. Aparte del trabajo adicional para el diseño, la otra desventaja es que necesitará hacer una PCB (el ruido de conmutación hace que los dispositivos conmutados no sean factibles para la construcción de la placa de pruebas).
¡Buena suerte con tu proyecto!
Bueno, sí, puedes. Y no, no veo que sea una buena idea.
Tomemos el caso más fácil: un divisor de 1 resistencia (usa la carga como la otra). La caída a través de la resistencia es de 24 a 3,7 voltios, llamémosla 20. La corriente de carga es de 5 amperios, lo que significa que el valor de la resistencia es de 4 ohmios. Por lo tanto, la potencia disipada en la resistencia es de 20 x 5 o 100 vatios. La potencia en la carga es de 5 x 3.7, o aproximadamente 18 vatios. Eso no es lo que yo llamaría eficiente.
Pero espere, ¿qué sucede si la carga actual cambia? Bueno, entonces el voltaje a través de la resistencia cambia, y el voltaje de carga cambia. Digamos que la carga cae a 2 amperios. Ahora el voltaje a través de la resistencia es (V = I x R, ¿recuerdas?) 8 voltios, y el voltaje de carga es de aproximadamente 16 voltios. No es una buena regulación real, creo que estarás de acuerdo.
Entonces, ¿cómo superar esto? Añadiendo una segunda resistencia. Ahora la corriente de carga puede cambiar y la tensión de carga no cambiará. Como mucho. Dependiendo de las resistencias.
La frase útil aquí es la resistencia equivalente de Thevenin, que no es más que el valor paralelo de las dos resistencias. ¿Y cómo calcular esto? Digamos que desea que sus 3.7 voltios cambien a no más de 0.1 voltios para un rango actual de 0 a 5 amperios. Entonces, la resistencia equivalente de Thevenin debe ser de 0.02 ohmios como máximo. Las dos resistencias divisoras tienen una relación aproximada de 5: 1, que dará 4 voltios en lugar de 3.7, pero es lo suficientemente cerca para una comprensión rápida.
Entonces podemos decir dos cosas: R1 x R2 / (R1 + R2) = .02, y R2 / (R1 + R2) = 1/5. De esto se deduce que R1 = 0.1 ohmios, y R2 = 0.0167 ohmios. Ya ves a dónde lleva esto.
Entonces, la resistencia total del divisor es 0.1167 ohmios. La corriente total del divisor sin carga es de aproximadamente 206 amperios, y la corriente a través de R1 (la resistencia superior) llega a 211 amperios cuando la carga es de 5 amperios. ¿Y poder? Bueno, para la condición sin carga, eso es casi 5000 vatios.
Entonces, sí, puedes usar dos resistencias para dividir 24 voltios a 3.7. Y no, es casi seguro que no es una buena idea. Por supuesto, si está ejecutando un proceso industrial que necesita una potencia constante de 5 kW a 24 voltios, puede trabajar con eso y es una gran idea.
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