कुशल कम बिजली विनियमन? यानी 9 -> 5 वोल्ट

Question

छोटे सर्किट के लिए जितना संभव हो उतना वर्तमान प्रदान करने के लिए, ~ 9V से 5V (या 5V-> 1.5V) तक विनियमित, मैंने कुछ संभावित विकल्पों पर ध्यान दिया है। मैं मूल रूप से क्या करने जा रहा था (शायद एक सौर सेल के लिए एक नियामक, या 9v बैटरी) मैं मान लिया गया है कि मानक LM7805 (5v) IC का उपयोग किया जाता है। मैंने पढ़ा है कि यह विशेष रूप से ऐसा करने के लिए एक छोटा, लेकिन वर्तमान का थोड़ा सा उपयोग करता है जब केवल 50-100mA शिखर वर्तमान उपलब्ध होता है।

क्या एक जेनर डायोड ~ 5 वोल्ट पर रेट किया जा सकता है जो इसे और अधिक कुशलता से करने में सक्षम हो, क्योंकि यह वोल्टेज को 5V के करीब या कुछ समय के लिए बहुत अधिक "रेग्युलेटिंग" रखना चाहिए?

क्या एक (MOS | J) FET / अन्य ट्रांजिस्टर (यदि अधिक कुशल, थोड़ा अजीब उपयोग को अनदेखा कर रहा है) या इस अर्थ में कुछ बहुत ही सरल ऊर्जा रूपांतरण के साथ वोल्टेज को कम कर सकता है?

Answer 1

7805 जैसे रैखिक नियामक अकुशल हैं, और तब जब इनपुट वोल्टेज अधिक होता है। यह एक चर अवरोधक के रूप में काम करता है, जो आउटपुट वोल्टेज को स्थिर रखने के लिए इसके मूल्य को बदलता है, यहां 5V है। इसका मतलब है कि आपके 5V सर्किट द्वारा खपत की जाने वाली धारा भी इस वैरिएबल रेसिस्टर से होकर बहती है। यदि आपका सर्किट 1 ए फैलता है तो 7805 में बिजली अपव्यय होगा

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

एक घटक में 4W अधिक है, आपके सर्किट में 5W शायद कई घटकों पर वितरित किया जाएगा। इसका मतलब है कि 7805 को एक हीट सिंक की आवश्यकता होगी, और यह अक्सर सबसे खराब संकेत है: बहुत अधिक बिजली अपव्यय। यह उच्च इनपुट वोल्टेज के साथ खराब होगा, और विनियमन की दक्षता की गणना की जा सकती है

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

के बाद से । तो इस मामले में η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
या 56%। उच्च इनपुट वोल्टेज के साथ यह दक्षता और भी खराब हो जाएगी।$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

समाधान एक स्विचिंग नियामक है , या शॉर्ट के लिए स्विचर है। अनुपात के आधार पर विभिन्न प्रकार के स्विचर हैं । अगर V O U T V I N से कम है तो आप हिरन कन्वर्टर का उपयोग करें । जबकि यहां तक ​​कि एक आदर्श रेखीय नियामक की कम दक्षता होती है, एक आदर्श स्विचर में 100% दक्षता होती है, और वास्तविक दक्षता का उपयोग प्रयुक्त घटकों के गुणों से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए डायोड पर एक वोल्टेज ड्रॉप है, और कॉइल का प्रतिरोध। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए स्विचर की दक्षता 95% तक हो सकती है$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, जैसे दिए गए 5V / 9V अनुपात के लिए। विभिन्न वोल्टेज अनुपात कुछ कम क्षमता वाले हो सकते हैं। वैसे भी, 95% कुशल का मतलब है कि नियामक में विघटित शक्ति है

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

जो काफी कम है ताकि एक हीट सिंक की जरूरत न पड़े। तथ्य की बात के रूप में स्विचिंग नियामक स्वयं एक SOT23 पैकेज में हो सकता है, अन्य घटकों के साथ, जैसे कि कॉइल और डायोड एसएमडी।

Comments

मैं इस उत्तर को लिखने के लिए आपके द्वारा लिए गए समय की सराहना करता हूं, यह निश्चित रूप से एक है जिसने आश्चर्यचकित कर दिया है - और मैं हमेशा सड़क की दक्षता में सुधार के लिए तत्पर रह सकता हूं अगर जरूरत हो!

— हॉबीस्ट

@ जॉन - आपका स्वागत है, मदद की खुशी है। अगर आपको इस पर और सवाल पूछना है तो बस हमें बताएं।

— स्टीवनवह

@ जल्द ही बढ़िया जवाब! ज्यादातर लोग शायद इस बारे में परवाह नहीं करते (?), लेकिन क्या यह सच नहीं है कि स्विचर्स आमतौर पर (1) छेद पैकेज के माध्यम से नहीं आते हैं, और (2) को अधिक बाहरी सर्किटरी और सिस्टम डिज़ाइन विचार (जैसे पावर रिपल) की आवश्यकता होती है ) तुलनीय रैखिक नियामकों की तुलना में?

— vicatcu

@vicatcu - वास्तव में, वे ज्यादातर SMD हैं। यदि आपको उच्चतम दक्षता और कम विकिरण चाहिए तो डिजाइन पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है। हो सकता है कि वे पीटीएच = बड़े हिस्से = लंबे छोरों के कारण क्यों न हों।

— स्टीवनवह

एक स्विचर का उपयोग करना हालांकि रैखिक नियामकों के विपरीत शोर का परिचय देता है। आपके मामले में, रैखिक नियामक में 100mA का विघटन वास्तव में उतना बुरा नहीं है (9-5) * 0.1 = 400mW। मैं आपकी स्थिति में एक स्विचर पर एक रैखिक नियामक का उपयोग करूंगा। हालांकि, अगर आपके पास सर्किट है जो 48V को 5V तक ले जाता है और 200mA की निकासी करता है, तो आपको एक स्विचर (8.6W !!!)

— lucas92

Answer 2

एक बक कनवर्टर का उपयोग करने के लिए सबसे कुशल तरीका होगा जो एक प्रकार का स्विचिंग नियामक है ।

इस प्रकार का नियामक एक रैखिक नियामक की तुलना में कहीं अधिक कुशल है, क्योंकि यह गर्मी के रूप में जानबूझकर अतिरिक्त को नष्ट करने के बजाय शक्ति को परिवर्तित करता है।

आपके उदाहरण में व्यर्थ बिजली यदि आपका सर्किट 100mA खींच रहा है तो मोटे तौर पर होगा:
(9V-5V) * 0.1A = 0.4W
व्यर्थ की शक्ति 1A पर यह लगभग (9V-5V) * 1A = 4W होगा।
यह एक स्विचिंग नियामक के लिए शायद 80-95% दक्षता की तुलना में केवल 55% कुशल होगा।

यहाँ एक उदाहरण है हिस्सा यादृच्छिक पर उठाया। यहाँ
कुछ और उदाहरण (खोज को निखारने के लिए अलग-अलग चेक बॉक्स का चयन करें - मैंने सिर्फ 5V आउटपुट चुना है)

Comments

आपका चौथा लिंक अमान्य क्वेरी लौटाता है, हालाँकि मैं अब देख रहा हूँ। उस अंतर्दृष्टि के लिए धन्यवाद, ऐसा प्रतीत होता है कि कुछ समान चिप्स ईबे पर एक भयानक लागत के लिए उपलब्ध हैं (मुझे सिर्फ इतना देखना है, इतने सारे खंड।) थोड़ी देर प्रतीक्षा करें और विभिन्न भारों पर दोनों का परीक्षण करें, केवल थोड़ा फायदेमंद हो सकता है।

— हॉबीस्ट

@JohnS। - लिंक तय किया। ईबे, मौसर, डिजिके, आदि - किसी भी सभ्य इलेक्ट्रॉनिक्स आपूर्तिकर्ता को इसके लिए उपयुक्त भाग का स्टॉक करना चाहिए। ऑपरेशन / सेटअप एक रैखिक नियामक की तुलना में थोड़ा अधिक जटिल है, लेकिन यदि आप डेटाशीट सलाह का पालन सावधानी से करते हैं (प्रारंभ करनेवाला चयन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, तो आमतौर पर डेटाशीट में कुछ अनुशंसित भाग होंगे) आपको ठीक होना चाहिए। आप "रेडी रोल्ड" मॉड्यूल भी खरीद सकते हैं यदि आपको जीवन को सरल बनाने के लिए कुछ अतिरिक्त खर्च करने का मन नहीं है, तो ईबे को इनमें से बहुत सारे होने चाहिए।

— ओली ग्लेसर

Answer 3

मैं समझता हूं कि यह एक बहुत पुराना धागा है, लेकिन मैंने देखा कि मुराता सेमीकंडक्टर एक डीसी / डीसी कनवर्टर बनाता है जो 78xx श्रृंखला आईसीएस के लिए एक ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन है! "ओकेआई -78 एसआर सीरीज" 85% दक्षता और 3-पिन TO-220 शैली पैकेज। http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf