¿Cómo uso un regulador LDO ajustable para alimentar dispositivos con USB que generalmente usan baterías AA/AAA (o debería hacerlo)?

Quiero usar USB para alimentar dispositivos diseñados para funcionar con una, dos o tres baterías AA/AAA. Tres parece ser el más complicado, porque implica reducir el voltaje solo ~0,5 V de 5±0,25 V a 4,5 V.

Después de leer (mi conocimiento de electrónica está extremadamente oxidado), parece que un regulador ajustable de caída baja (LDO) es el camino a seguir (pero corríjame si me equivoco). La mejor opción disponible localmente parece ser un NCV59302 , y debido a que espero consumir 1 A máx. a 4,5 V, su voltaje de caída de ~175 mV a 1 A debería significar que puedo obtener 4,5 V siempre que la alimentación del USB sea > 4,675 V.

Sin embargo, no estoy exactamente seguro de cómo hacer que funcione correctamente. La hoja de datos está aquí , y mi interpretación de las instrucciones se ilustra en el diagrama de circuito a continuación. Lo que menos me queda claro son las resistencias, aunque sé que podría haber cometido otros errores importantes. Alguien ya ha preguntado aquí sobre las resistencias para un NCP59302 , un componente muy similar (no estoy seguro de cuál es la diferencia entre NCV y NCP), pero después de leer las respuestas, todavía no estoy seguro de qué resistencias funcionarán. Tampoco estoy 100% seguro de ninguno de los componentes o cableado.

Circuito de prueba NCV59302

  • R1 es un potenciómetro de 500 Ω, potencia nominal no especificada (¿importa? Supongo que esto solo tiene que llevar la "corriente de polarización del pin de ajuste" de 100-350 nA)
  • R2 es una resistencia bobinada de alambre de 180 Ω y 2 vatios

La fórmula dada en la hoja de datos para determinar el voltaje de salida es:

V O tu T = 1.24 V × ( 1 + R 1 / R 2 ) + I A D j × R 1

I ADJ es típicamente 100 nA y puede ser de hasta 350 nA, pero esto hace una diferencia insignificante para V OUT . Por lo que puedo decir, con R2 como una resistencia de 180 Ω, esto generaría 1,5 V, 3 V y 4,5 V cuando el potenciómetro R1 de 500 Ω se configuró en ~37,7 Ω, 255,5 Ω y 473,2 Ω respectivamente. ¿O me estoy perdiendo algo?

En cuanto a los demás componentes:

  • C IN es un capacitor electrolítico de 1 μF 50V
  • C OUT es un capacitor multicapa cerámico SMD dieléctrico de 47 μF ±20% 6.3V X5R (me costaría lo mismo obtener un modelo de 100 μF con las mismas especificaciones si hay alguna ventaja)

Supongo que la pregunta más importante es: si conecté todo esto como en el diagrama de circuito anterior, ¿debería funcionar? ¿O he cometido un error?

Muchas gracias por adelantado.

¿Ha considerado usar un diodo en serie simple para dar una pequeña caída de voltaje? La mayoría de los diodos tienen una caída de tensión de 0,7 V, lo que le daría unos 4,3 V al dispositivo. Dado que las celdas de NiMH tienen un voltaje nominal de 1,2 V/celda (o 3,6 V para 3), estaría dentro del voltaje de funcionamiento del dispositivo. Obviamente, eso no sería adecuado para los requisitos de voltaje más bajo. ¿El mismo circuito tiene que proporcionar los 3 voltajes?
Gracias por tu comentario. Quiero poder suministrar los tres voltajes desde un enchufe USB, y aunque no tienen que ser un solo circuito, definitivamente lo preferiría. Eso y quiero mantener el costo bajo: desafortunadamente, el precio de todos los elementos esenciales para construir otros 1 o 2 circuitos separados es más que el costo de los componentes especializados de este circuito. En una nota al margen, encuentro que las baterías NiMH no alimentan algunos de mis dispositivos (aunque 4.3V no son 3.6V). Supongo que podría poner un interruptor y manejar los diferentes voltajes por separado.
Tenga en cuenta que los dispositivos muy simples dependen de la resistencia interna de la batería y no tienen protección contra sobrecorriente.
Eso es algo en lo que no pensé. ¿Hay una manera fácil de evitarlo o debo evitar los dispositivos muy simples? Aparentemente, la corriente de cortocircuito de una batería AA es un poco más de 1 A y, según un gráfico de Energizer , sus baterías alcalinas AA nuevas tienen una resistencia interna de alrededor de 0,1-0,2 Ω a temperatura ambiente. Pero no estoy seguro de adónde ir desde allí.

Respuestas (2)

El circuito como se muestra funcionará. Sin embargo, recuerde que es un regulador lineal, lo que significa que el voltaje cae al convertir el exceso de energía en calor. A 4,5 V, la caída es pequeña, pero si baja a 1,5 V (caída de 3,5 V) a 500 mA (no debería esperar extraer más del USB), entonces tendrá que lidiar con 1,75 W de calor. La cantidad de calor que puede disipar el IC que vinculó depende del diseño de la PCB (¿quiso vincular un componente de montaje en superficie?), pero en cualquier caso, 1,75 W sería el límite superior de lo que podría esperar de un paquete TO-220 componente a disipar. Probablemente usaría un disipador de calor o me aseguraría de que mi carga no consumiera tanta corriente.

La selección de resistencia básicamente no importa. Los dos aspectos que normalmente debe tener en cuenta al seleccionar resistencias son la potencia nominal (1/4 W, 1/2 W, etc.) y la tolerancia (1 %, 5 %, 10 %). La potencia nominal no es importante en este caso (ver más abajo) y debido a que tiene un potenciómetro ajustable manualmente, la tolerancia tampoco es importante. Casi cualquier resistencia de aproximadamente el valor correcto serviría para R 2 .

Ambas resistencias pueden ser de bajo voltaje. Como has dicho, el I A D j la corriente es insignificante y puede ignorarse por completo. También habrá un flujo de corriente a través de las dos resistencias desde el voltaje de salida a tierra, que puede calcular con la ley de Ohm ( V = I R ). En todos los casos será de unos 7mA.

Los condensadores están ahí para fines de filtrado/reducción de ondulación y sus características no son demasiado importantes. Si son aproximadamente iguales a los sugeridos en la hoja de datos (y la clasificación de voltaje está por encima de lo que verán), entonces no debería haber ningún problema.

Tus cálculos parecen correctos. Este es solo un cálculo básico del divisor de voltaje . El regulador ajusta el voltaje de salida hasta que vea 1.24V en ADJ. Puede confirmar que sus cálculos son correctos con la ecuación dada en wikipedia:

V d i v = V i norte × R 2 R 1 + R 2

Dónde V d i v es 1.24V, V i norte es su voltaje objetivo y quiere resolver para R 1 .

R 1 = V i norte × R 2 − V d i v × R 2 V d i v

para el caso de 4.5V por lo tanto:

R 1 = 4.5 × 180 − 1.24 × 180 1.24 = 473 Ω .

Existe una variabilidad inherente en la electrónica, lo que significa que cualquier valor que calcule no será exactamente correcto cuando lo conecte. Conéctelo, conecte la salida a un voltímetro y ajuste el potenciómetro hasta que tenga el voltaje correcto.

Muchas gracias, fue una respuesta fantástica. No estaba lo suficientemente preocupado por el calor. Todos los enchufes USB que usaré son de salida 1-2.1A, por lo que existe una gran posibilidad de que se caliente demasiado. Tal vez podría poner un interruptor de tres vías que tenga un diodo en serie proveniente de un contacto y dos módulos reguladores de voltaje reductores calibrados por separado (que tienen una caída de voltaje mínima de 1.5 V) provenientes de los otros dos. Sería más fácil, más eficiente (?), probablemente más barato y, por lo que parece, más seguro y más confiable.
No es lo que suministra el puerto, es lo que atrae la carga.
Si tuviera que hacerlo con un diodo y los módulos reguladores, ¿qué tipo de diodo debo usar? ¿Solo necesito un diodo de silicio estándar con una corriente y voltaje nominales al menos tanto como los 5V 2.1A que podrían suministrarse? Por ejemplo, ¿este diodo rectificador de potencia IN5408 1000V 3A haría el truco? ¿Y hay algo más que deba saber antes de intentar lo que mencioné en el comentario anterior?
@IgnacioVazquez-Abrams Lo sabía, pero realmente no pensé en la carga que consumiría un dispositivo que funciona con baterías. No lo usaré con nada que dure menos de 6 horas con baterías alcalinas estándar, así que supongo que nada consumirá más de ~ 433 mA si un AA alcalino tiene una capacidad máxima de 2800 mAh . Pero quiero estar seguro de que no se quemará si lo usé con algo que dibujó hasta 1A. A menos que esté muy lejos y nada se basa tanto en un AA/AAA.
Tenga en cuenta que aunque el USB es nominalmente de 500 mA, no todos los hosts permitirán que los dispositivos tomen eso sin algún tipo de negociación. Los cargadores USB simples probablemente lo harán, pero una computadora portátil puede limitarlo a 100 mA. Wikipedia da un poco de información
Muy bien, es bueno saberlo. Por el momento, solo estoy considerando usar esto en cargadores y similares con una corriente nominal de 1-2.1A, pero hubiera esperado que pudiera extraer al menos 500mA de un puerto USB 2.0 en una computadora. Tendré que probarlo en algunos ordenadores. ¿Viste mi pregunta sobre el diodo de arriba?
Me lo imagino. La hoja de datos muestra que tendría una caída de voltaje de aproximadamente 0,75 V a 500 mA, lo que sería correcto. Esos reguladores de conmutación probablemente funcionarían. Los reguladores de conmutación pueden ser bastante ruidosos, algo que depende de los filtros utilizados en el módulo. ¡Al final lo mejor que puedes hacer es probarlo y ver!

Creo que entendiste bien las matemáticas, pero con solo 350 nanoamperios como máximo necesarios para Iadj, tus resistencias están desperdiciando gran parte de la capacidad de las baterías.

La manera fácil de hacerlo es configurar Vadj a 1,24 voltios con el Vout deseado en la parte superior de la cadena y al menos Iadj y la corriente a través de R2 fluyendo a través de R1.

Por ejemplo, digamos que tenemos 100 microamperios que podemos ahorrar para la cadena y que Iadj es 100 nA, según la hoja de datos.

Luego, con los 99,9 microamperios restantes fluyendo a través de R1 y R2, con Vout igual a 4,5 voltios y con Vadj igual a 1,24 voltios con referencia a tierra,

           Vout - Vadj     3.26V 
    R1 = -------------- = ------- ~ 32.6k ohms
               It          100µA

y,

           Vadj
    R2 = -------- ~ 12.4k ohms 
          99.9µA

Sin embargo, si Iadj fuera de 350 nA y R1 y R2 permanecieran en los mismos valores, Vadj permanecería en 1,24 V e IR2 permanecería en 99,9 µA, pero la corriente a través de R1 aumentaría a 100,25 µA, lo que obligaría a aumentar la caída en R1. a 3,268 voltios y Vout a 4,51 voltios, por lo que esos valores de resistencia aliviarían la carga de las baterías.

Su circuito es como el de la figura 21 de la hoja de datos, por lo que debería funcionar bien.

capacitores cerámicos?

http://www.ti.com/lit/an/snva167a/snva167a.pdf

Gracias. Parecía extraño elegir dos resistencias sin respetar sus valores de resistencia más que su relación entre sí. Esto explicaba mucho. CIN no es de cerámica, pero la hoja de datos especifica un condensador de cerámica para COUT.
¿Cómo uso un regulador LDO ajustable para alimentar dispositivos con USB que generalmente usan baterías AA/AAA (o debería hacerlo)?
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