La forma más eficiente de convertir 6 V a 5,5 V

Mi objetivo es diseñar un cargador USB para mi teléfono/tableta cuando no tengo acceso a la red eléctrica. He usado un LM317 con una batería SLA de 12 V, 5 A·h pero no proporciona suficiente capacidad debido a la disipación de energía del LM317:

( 12   V 5.5   V ) × 700   metro A = 4.55   W 5   W

El LM317 quema alrededor de 5 W como calor.

Necesito convertir 6 V de mi batería a alrededor de 5,5 a 5,6 V (voltaje del cargador USB de CA con una carga de 500 mA) para cargar de manera más eficiente y reducir el peso de la batería (la mitad de las celdas, la mitad del peso).

Intenté diseñar un regulador de amplificador operacional con un MOSFET, pero el umbral V GS es demasiado alto para que el amplificador operacional lo encienda; se necesita un V CC de aproximadamente 8 V, lo que comienza a aumentar mis pérdidas de calor a un nivel inaceptable. niveles

Respuestas (4)

Si por "mejor" quiere decir "más eficiente", entonces quiere una fuente de alimentación de modo conmutado , o más específicamente, un convertidor reductor . Las eficiencias por encima del 70% son comunes y por encima del 90% es posible con un diseño y una selección cuidadosos.

Con un dispositivo de este tipo, es posible que pueda usar una batería de 12 V sin más pérdidas de las que tendría con una batería de 6 V.

El LM317 es un transistor de paso impulsado por un amplificador de error, esencialmente un amplificador operacional más un transistor. Un amplificador operacional más un MOSFET no es muy diferente, y no mejorará la eficiencia de un LM317 con ninguna combinación de amplificadores operacionales y MOSFET que no impliquen una conmutación rápida, y probablemente un inductor. Sin cambiar, tiene un regulador lineal , y el único lugar al que puede ir el exceso de voltaje es al calor.

La potencia eléctrica es el producto de la corriente y el voltaje:

PAG = I mi

y siempre que tenga un dispositivo con voltaje y corriente que fluya a través de él, está convirtiendo energía eléctrica en otra cosa, generalmente calor. Los reguladores no lineales evitan este problema al cambiar rápidamente entre períodos de alto voltaje y baja corriente, y bajo voltaje y alta corriente, excepto en un dispositivo de almacenamiento de energía (un inductor) que puede almacenar la energía eléctrica en algo más fácil de recuperar que el calor ( un campo magnético).

Sí, al decir "mejor" quise decir más eficiente. Voy a echar un vistazo a eso.
De todos modos, tendré que obtener un MOSFET de Vgs bajo para esta tarea.
Creo que no me entendiste. Dije que conecté OPAmp OUTPUT al MOSFET's GATE y OPAmp's V- al voltaje de salida, V+ al diodo Zener (5.6V)
@BartekSzablowski, realmente no importa lo que haya conectado. Los amplificadores operacionales como MOSFET (en cualquier configuración que pueda llamarse "regulador") son dispositivos lineales. Si no tiene una conmutación rápida (por lo tanto, ya no lineal) y un inductor, la única forma en que puede reducir el voltaje de entrada al voltaje de salida es generando calor, a razón de ( V i norte V o tu t ) I (en vatios).
Muy bien, entonces, ¿la única forma de hacerlo es diseñar un convertidor Buck? (No va a ser tan fácil. Jaja)
@BartekSzablowski también puedes comprarlos. Verifique en eBay si lo que le preocupa es el bajo volumen y el precio bajo.
@BartekSzablowski rara vez hay una buena razón para "diseñar" un SMPS, comprar un controlador (prácticamente todos los fabrican hoy en día) y sazonar al gusto con los pasivos mencionados en la hoja de datos/notas de la aplicación.
FYI, un LDO probablemente sería más eficiente en esta aplicación porque la caída de voltaje entre la batería y la carga es muy pequeña. Probablemente vería una eficiencia de entre el 75 % y el 95 % dependiendo del voltaje de Bat. El recuento de componentes y la complejidad también serían menores.

Es posible que pueda usar un LDO: un regulador de "caída baja". Baja caída significa que el voltaje de salida puede estar más cerca del voltaje de entrada que en los reguladores tradicionales que pueden requerir varios voltios de caída. Hay muchos, muchos LDO en el mercado, con diferentes especificaciones. Pueden ser de tensión fija o regulables. Tal vez haya uno que emita 5,5 o 5,6 V, con una caída lo suficientemente baja como para que la entrada pueda ser tan baja como 5,95 V y con suficiente suministro de corriente.

Puede "piratear" un LDO de 5V con un diodo polarizado directo en su ruta común para 5.6V
La especificación USB es de 5 V ± 5 %. No sé por qué 5.6V es el objetivo. Un LDO funcionaría bien en el rango de voltaje de entrada si la salida se regula a 5,0 V.
También pensé que el USB es realmente solo de 5 V, pero en algunos casos no lo es. Por ejemplo; El cargador de CA de HTC suministra 5,6 V con una carga de 800 mA, y no está roto ya que también probé otros cargadores de HTC y todos tienen especificaciones muy similares.

Un diodo en serie. La caída de voltaje será de aproximadamente 0,6 V casi independientemente de la corriente que lo atraviese. Si esa caída de voltaje es demasiado, reemplácela con un diodo Schottky, eso hará alrededor de 0.3-0.4V.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sí, parece una buena idea. Aunque la batería tiene su estado de carga y quiero que el voltaje sea bastante estable con una carga del 100% al 40%. (6,35 V-5,95 V)
Debe agregar ese requisito a su pregunta.
Dije claramente que necesito convertir el "voltaje de la batería", así que pensé que era bastante obvio.
Esta será probablemente la forma más eficiente de bajar 0.6V. 0.3W perdidos de ~2.75 entregados. Si su rango de entrada está entre 6,35 V y 5,95 V, no mantendrá el rango de especificación USB (espec. 1.0 a 2.0) de 5,25 V a 4,75 V. Con USB 3 es de 4,45 a 5,25 V. Pero aún así podría estar lo suficientemente cerca como para trabajar. Un LDO configurado en 5,0 V es probablemente la mejor solución.

Eche un vistazo a la serie de conmutadores simples LM2679 (ahora vendidos por Texas Instruments). Los puedes conseguir en versión ajustable y realmente son sencillos de implementar; casi tan simple como el LM317, pero en un dispositivo de modo conmutado. El recuento de piezas también es muy bajo para un regulador de conmutación y el rendimiento es muy bueno.

de la hoja de datos: El LM2679 es parte de la familia de convertidores de potencia SIMPLE SWITCHER®. Un diseño completo utiliza una cantidad mínima de componentes externos, que han sido predeterminados de una variedad de fabricantes. Utilizando esta hoja de datos o un programa de software de diseño llamado LM267X Made Simple (versión 2.0), se puede diseñar rápidamente una fuente de alimentación conmutada completa. El software se proporciona de forma gratuita y se puede descargar desde el sitio de Internet de Texas Instruments ubicado en http://www.ti.com

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2679.pdf