Convertidor/circuito reductor de amplio rango de voltaje de entrada a 3.3V 150mA

Estoy construyendo un dispositivo que debería funcionar en un voltaje de entrada de rango muy amplio: en algunos escenarios, la entrada es de 5 VCA, en otros escenarios puede ser de 250 VCA.

No es un problema convertir CA a CC, luego convertirlo usando convertidores a los 3.3V requeridos para el aparato. El aparato consume corriente de 10mA a 150mA en 3.3V.

Requisitos:

  • Amplio rango de voltajes de entrada.
  • Tamaño más pequeño posible.
  • Menos componentes posibles (huella, tamaño, precio).
  • Menos disipación de calor (eficiencia en otras palabras).
  • Baja corriente, muy bajo voltaje, baja potencia de salida.

Hasta ahora, usé 2 fuentes de alimentación separadas para escenarios de bajo y alto voltaje (cambiando entre ellos mecánicamente):

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

No hay riesgo de entrada HV en circuito LV: la entrada controlada por relé de doble vía. Este enfoque tiene las siguientes desventajas (desde mi punto de vista):

  • El cambio mecánico no es tan agradable.
  • Desperdicio de espacio en un aparato diminuto.
  • Mantenimiento de BOM con partes similares por función.

Busqué una solución alternativa para fusionar 2 PSU en una. Las fuentes de alimentación Ready son enormes en tamaño: más de una pulgada (25 mm) en una de las dimensiones.

En este hilo se sugirió hasta ahora "la mejor" solución basada en el regulador de amplio rango LR8. La entrada mínima de 13,2 V no es un problema, puedo ignorar los voltajes de entrada más bajos...

Las desventajas de este enfoque son:

  • No hay piezas de repuesto para LR8 en caso de escasez de existencias.
  • El suministro de 1 regulador no es suficiente. Conectar LDO en paralelo es complicado y no trivial para mí. Evitar la sobrecarga en uno de ellos y la carga perezosa en el otro es un gran problema.

En este hilo se sugirió la idea del controlador LED . En común, esta es una buena idea, excepto lo siguiente:

  • La mayoría de los controladores LED funcionan en un rango de 80 V y más. (Al menos, no encontré un controlador LED de voltaje de entrada más bajo).
  • El controlador LED está diseñado para mantener una corriente constante (limitada). En mi electrodoméstico, cuando no se requiere corriente (consumo de 10 mA), el controlador aumentará el voltaje para alcanzar la corriente preestablecida. Esto quemará el propio aparato.

Se puede implementar una idea adicional para obtener una PSU de voltaje de entrada amplio (en ciencia ficción :) conectando secuencialmente 2 reguladores LTC3639 de Linear. Cada regulador puede manejar un rango de 5-150V. Entonces, 2 en una secuencia pueden manejar 10-300V, lo que tal vez sea suficiente. Pero no tengo ni idea de cómo conectarlos... Creo que esto no es posible. ¿Verdadero?

Por lo tanto, me quedé sin ideas para resolver el problema del circuito/convertidor reductor de rango de voltaje de entrada amplio único para obtener una salida de 3,3 V a 10-150 mA. Por favor ayuda.

¿Qué puede ser mejor: desarrollar una nueva dirección de investigación o mejorar el regulador LR8 LDO en paralelo?

Respuestas (2)

¿Es posible dividir su carga en dos partes: un suministro preciso de baja corriente que se usa para el microcontrolador y cualquier cosa analógica; ¿Y un suministro de voltaje más alto y corriente más alta menos preciso que alimenta cosas como relés y demás?

Muchos de mis productos están construidos de esta manera: mi riel de 5 V necesita suministrar solo de 5 a 10 mA y el suministro no regulado en cualquier voltaje en el que esté trabajando alimenta la multitud de relés que utilizan muchos de mis productos. Hago PWM en las bobinas del relé según sea necesario para mantener el voltaje promedio en el valor nominal a medida que cambia el voltaje de entrada.

Tengo un regulador de fuente de alimentación de control de fase de CA simple pero efectivo que funciona bien desde aproximadamente 16 V CA hasta 230 V CA. Pero es bueno solo para entrada de CA (no CC) y solo puede suministrar alrededor de 75 mA. Eso no cumple con sus requisitos.

Dwayne, sí, es una opción. Pensé en tal división de voltajes. Sin embargo, no me imaginaba cómo implementar esto. Mi limitación fue que la parte de alto consumo (100 mA) también espera un voltaje más o menos predecible, sin escalar en un amplio rango. Me encantaría ver tus esquemas, esperando que esté bien.

Necesita un rango de voltaje de entrada muy amplio. Tuve que hacer esto varias veces, así que describiré lo que hice para lograrlo. imagine un convertidor reductor que está hecho de discretos, esto funcionaría aunque en un ciclo de trabajo bastante bajo cuando los voltios de CC de entrada son altos. Por supuesto, funcionaría normalmente cuando los voltios de CC de entrada son bajos como, por ejemplo, 10V. La eficiencia sería pobre porque las pérdidas de conmutación serían mucho mayores. Esto se debe a que las pérdidas de conmutación se basan en los voltajes y corrientes pico. Utilicé un régimen de conmutación diferente que dio pérdidas de conmutación muy reducidas y sin tensión de recuperación de diodo. Si hubiera usado un IC Me habría quedado atascado con el modo de corriente máxima de frecuencia fija que se habría quemado con seguridad.En mi esquema, la frecuencia del convertidor cambió con la carga de salida y el voltaje de entrada. Antes de cambiar esto, logré demostrar que los cambios de frecuencia esperados eran menos que proporcionales y, por lo tanto, no estaban tan mal. se midió en un 90,1 % con equipo básico. Mantuve la frecuencia en 60 KHz normales, por lo que mi prueba fue comparar manzanas con manzanas. que a medida que seguí aumentando los voltios de entrada hasta las clasificaciones de mi caja de chatarra, la eficiencia se mantuvo constante. Entonces, si desea un rango amplio, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.Antes de azotar esto, logré demostrar que los cambios de frecuencia esperados eran menos que proporcionales y, por lo tanto, no estaban tan mal. 60 KHz normal, por lo que mi prueba fue comparar manzanas con manzanas. Esta cifra no es nada del otro mundo y un diseño PWM ortodoxo con partes optimizadas debería superar esto. mi caja de chatarra fet la eficiencia se mantuvo constante. Entonces, si desea un amplio rango, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.Antes de azotar esto, logré demostrar que los cambios de frecuencia esperados eran menos que proporcionales y, por lo tanto, no estaban tan mal. 60 KHz normal, por lo que mi prueba fue comparar manzanas con manzanas. Esta cifra no es nada del otro mundo y un diseño PWM ortodoxo con partes optimizadas debería superar esto. mi caja de chatarra fet la eficiencia se mantuvo constante. Entonces, si desea un amplio rango, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.1 % medido con equipo básico. Mantuve la frecuencia en 60 KHz normales, por lo que mi prueba fue comparar manzanas con manzanas. Esta cifra no es nada del otro mundo y un diseño PWM ortodoxo con partes optimizadas debería superar esto. Lo que sí encontré fue que a medida que seguí elevando los voltios de entrada hasta las clasificaciones de mi caja de chatarra, la eficiencia se mantuvo constante. Entonces, si desea un rango amplio, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.1 % medido con equipo básico. Mantuve la frecuencia en 60 KHz normales, por lo que mi prueba fue comparar manzanas con manzanas. Esta cifra no es nada del otro mundo y un diseño PWM ortodoxo con partes optimizadas debería superar esto. Lo que sí encontré fue que a medida que seguí elevando los voltios de entrada hasta las clasificaciones de mi caja de chatarra, la eficiencia se mantuvo constante. Entonces, si desea un rango amplio, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.Entonces, si desea un rango amplio, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.Entonces, si desea un rango amplio, es más importante tener algún esquema de reducción de pérdida de conmutación.

Tiene sentido. ¿Algún diseño de referencia o ejemplo de tal esquema de reducción de pérdida de conmutación? Gracias.