¿Qué es más eficiente: un convertidor de voltaje reductor mucho más grande de lo necesario, o uno clasificado más cerca de la carga real?

Estoy diseñando un sistema de audio personalizado para mi triciclo motorizado eléctrico. El motor de mi cabina funciona con una batería de 48 V y 33 Ah, y planeé usar un convertidor reductor de 48 V a 12 V para hacer funcionar simultáneamente las luces y el sistema de audio. Soy nuevo en todo esto y he estado aprendiendo mucho, pero estoy nervioso, voy a:

  1. sobrecargar algo (como mi batería) o,
  2. perder mucho por la ineficiencia de mi sistema.

Mis baterías están clasificadas para un consumo continuo de 50 A. Me han dicho que reserve 30 A para mi motor, por lo que me quedan 20 A para luces y audio.

La cabina viene con un convertidor reductor de 48 V a 12 V nominal de 20 A instalado. Estaba preocupado por el consumo máximo de mi sistema de amplificador/altavoz y compré un convertidor de 60 A para usar en su lugar. Alguien en un foro de audio señaló que, si bien esto me protegería de cualquier pico, sería mucho menos eficiente ya que estos convertidores reductores son más eficientes a medida que te acercas a igualar la corriente real que los atraviesa con su capacidad. .

¿Es eso cierto? ¿Será mi convertidor de 48 V a 12 V de 60 A nominales menos eficiente que quedarse con el de 20 A instalado? Mi amplificador emite 45 vatios RMS por canal y esperaba conectar mis altavoces, por lo que son 90 vatios RMS por canal para un total de 180 vatios. 180 vatios a 12 V son 15 amperios. La gente en el sitio de audio también dijo que nunca me acercaré a esto y que lo más probable es que solo consuma 2-3 amperios a la vez. Eso tiene sentido porque el amplificador tiene un fusible de 15 A, así que me gustaría pensar que nunca se acercaría.

Dado que estoy ejecutando un sistema móvil, es importante para mí que sea eficiente. Leí mal el consejo que me dieron y compré este convertidor reductor de 60 A, pero ahora me he dado cuenta de que tal vez sea más ineficiente que el instalado. Estoy bien con el instalado de 20 A SI no va a alcanzar sus límites superiores. Probablemente también use un poco más de 5 A para las luces, así que en realidad solo tengo 15 A para trabajar con el audio.

Como dije, tal vez estoy demasiado preocupado y mi sistema de audio casi nunca dibujará nada. Estoy usando un amplificador de clase D y dos altavoces de 3 vías de 6x9, con una potencia nominal de 150 vatios RMS con una sensibilidad de 93dB.

¡Gracias por cualquier y toda la ayuda! Tengo que resolver esto en la próxima semana.

20 A para luces y audio dan 20 x 48 = 1000 W. Los automóviles suelen usar faros delanteros de 2 x 55 W, 4 luces laterales/traseras de 6 W y luces de freno y señales de giro ocasionales, por lo que 200 W es suficiente para aquellos antes de siquiera considerar LED que debería reducir eso a unos 50 W más o menos. Pruebe su audio en la fuente de alimentación más débil y deje que sus oídos le digan si hay un problema.
Me imagino que no hay forma de que vayas a usar 150 W . Para la música típica, desea un amplificador clasificado para aproximadamente 5 o 6 veces lo que realmente entregará al sistema de altavoces. Así que probablemente tengas el tamaño correcto. Solo tenga en cuenta que no consumirá su calificación completa. Tal vez la mitad, o un tercio, en uso real. Si tanto. No se puede predecir con precisión todo esto, así que no se preocupe demasiado por la eficiencia. Probablemente solo necesite un par de amperios a 48 V, en el peor de los casos, con un conmutador de CC a CC.
Gracias por tus conocimientos. Un par de amperios a 48 V se traducen en 8a a 12 V, que se está poniendo un poco alto. La tira de luz LED mide 16 pies de largo, tiene 300 LED y usa 5a. Otro amplificador para la tira de luces de hadas y cualquiera que sean mis luces delanteras y traseras (lo que dices es de aproximadamente 50 W o más, así que a 12 V son 4 amperios más y estoy en 18a (8 + 5 + 1 + 4). Obtener cerca del punto de corte. Entonces, la otra pregunta es, ¿qué pasa si mi sistema está pidiendo más de los 20a que el convertidor reductor puede manejar? ¿Las luces se atenuarán un poco, o el audio se desvanecerá, o algo se apagará/quemará? en el convertidor?

Respuestas (3)

Es imposible hacer afirmaciones generales sobre la eficiencia relativa de los dos convertidores a diferentes niveles de potencia. Depende mucho de su diseño real.

Tendría que probar ambos convertidores con cargas ficticias, midiendo tanto la potencia de entrada como la de salida.

Sería bueno probar todo y averiguar exactamente qué es lo mejor para usar. Desafortunadamente, recibiré mi triciclo recién fabricado solo unos días antes de que tenga que irme a trabajar a un festival muy grande. Así que tengo que decidir si llevar o no al fabricante el convertidor de 60a o estar de acuerdo con que instalen el 20a que normalmente viene con las bicicletas.

Aunque esto dependería mucho del diseño, y hay muchas optimizaciones que se pueden hacer sobre cómo reaccionar con variaciones en la carga, si observa la curva de eficiencia de la mayoría de los convertidores, verá que surge un patrón claro:

Los convertidores alcanzan una eficiencia máxima en un alto porcentaje de la carga nominal (~ 70% - 90%), esta es una decisión de diseño muy probable, ya que es el punto operativo más probable que elegirían los diseñadores de sistemas.

Del mismo modo, si no se aborda, su eficiencia caería drásticamente con cargas bajas (se necesita más energía para manejar componentes grandes para cargas grandes, todo esto se desperdicia si su carga es cercana a cero). Esa es en parte la razón por la que muchos convertidores incorporan algún tipo de "modo de hipo" en el que el convertidor se apaga principalmente por cargas bajas. Esta decisión de diseño podría causar problemas (como ruido audible) en algunos sistemas.

Gracias por ayudarme a entender cómo funcionan mejor. Las siguientes especificaciones se encuentran en la descripción del producto del convertidor 60a: * Voltaje nominal de entrada: DC 36V 48V 30-50V * Voltaje de salida: DC 12V 60A 720W * Regulación de voltaje: Menos del 1% * Regulación de carga: Menos del 2% * Eficiencia: 97% (media carga); 95% (carga completa) Tengo curiosidad por qué dice que la eficiencia es del 97% a media carga, pero solo del 95% a carga completa. Por supuesto, me he dado cuenta de que a menudo las piezas chinas arrojan todo tipo de números y no siempre son de fiar. Así que no lo sé.

Para tomar una tangente diferente de las respuestas que tiene, algunas cosas:

Tenga en cuenta que los convertidores de voltaje de mejor calidad generalmente proporcionarán un gráfico de eficiencia frente a carga, y esa es una buena razón para pagar un poco más por un producto de alta calidad y debidamente documentado. Además, si ya tiene ambos convertidores de voltaje en su poder, no olvide que simplemente puede probar la potencia de entrada de ambos con una carga equivalente si lo desea.

Otra cosa a tener en cuenta es que está reduciendo específicamente el voltaje, lo que significa que su convertidor bien podría ser un convertidor reductor, y que los convertidores reductores tienden a ser PWM. Si su convertidor no tiene gráficos, puede buscar el chip controlador que usa y averiguar qué tipo de convertidor es.

Los convertidores de voltaje de conmutación sufren dos tipos de pérdidas, pérdidas por conmutación y pérdidas por conducción. La pérdida que domine dependerá del tipo de convertidor. Si dominan las pérdidas por conducción, el convertidor tiende a ser eficiente a una potencia de salida más baja, y cuando dominan las pérdidas por conmutación, el convertidor tiende a ser eficiente a niveles de potencia más altos.

Hay dos tipos principales de control de conmutación, Modulación de ancho de pulso (PWM) y Modulación de frecuencia de pulso (PFM)

En el modo PWM, los pulsos de longitud variable se proporcionan a una frecuencia constante. La pérdida por conmutación es constante, por lo que cuando el tiempo de encendido es muy bajo, la pérdida por conmutación por pulso aumenta, y cuando los pulsos son largos, la pérdida por conmutación se vuelve pequeña en comparación. Esto da como resultado un convertidor que logra la mejor eficiencia cerca de su carga nominal.

En el modo PFM, se proporcionan pulsos de longitud constante a una frecuencia variable. El interruptor se elige para tener pérdidas insignificantes en la longitud de pulso dada, por lo que dominan las pérdidas de conducción, lo que da como resultado un gráfico de eficiencia bastante plano (en comparación con PWM) con menor eficiencia a medida que aumenta la potencia de salida.

Los convertidores Buck no aislados IIRC generalmente son PWM, y creo que PFM se usa en aplicaciones donde no se debe exceder el campo en un núcleo de inductor, por lo que mientras que PWM solo funcionaría hasta el punto en que saturó el núcleo, PFM usaría una longitud de pulso que nunca da como resultado la saturación del núcleo, lo que permite un núcleo óptimamente pequeño.

Encontrar un gráfico para un convertidor PFM a bajos voltajes fue sorprendentemente difícil (la última vez que miré fue la primera en la que hice clic), por lo que es posible que PWM y, por lo tanto, eficiencias más altas cerca de la carga completa sea mucho más común, al menos en Convertidores de bajo voltaje.

Gráfico de eficiencia frente a carga para el convertidor CUI P78A-1000, se muestran 2 topologías diferentes. Gráfico derecho escalado para coincidir con el izquierdo.

Estos son gráficos de un regulador de voltaje de orificio pasante. Puede ver que el modelo de 3,3 V tiene una curva de eficiencia muy diferente. Podemos ver que tiene una eficiencia en el peor de los casos del 84% y en el mejor de los casos de alrededor del 92%. El convertidor de la derecha varía mucho más, pero logra una mayor eficiencia con voltajes de entrada cercanos y corriente de salida alta.

Gracias por ayudarme a entender todo esto mejor. Entonces me parece que necesito determinar si este es un modelo PWM o PFM. No recibí ningún manual y, por lo que puedo decir, no hay ninguna de esa información en su página en Amazon: amazon.com/gp/product/B07D27KNFD/…
Si no es ingeniero, puede llevarle mucho tiempo determinarlo sin hojas de especificaciones. Mirando su enlace, afirman una eficiencia del 97% y 95% a media carga y carga completa. Muy respetable si es cierto. Sin embargo, las especificaciones de productos en línea de compañías sin marca pueden ser seleccionadas o exageradas, así que tome todo con una unidad de cloruro de sodio.
Buen punto. Así que la pregunta sigue siendo... si voy con el convertidor 60a... voy a lo seguro con la carga pero potencialmente tengo problemas con baja carga y eficiencia, o si voy con el convertidor 20a, asumiendo que muchos me han dicho, mi audio ¿La configuración no necesitará muchos amperios?
Intentaría probar el que tienes antes de pedir otro. Mida las propiedades de entrada bajo carga. Si la eficiencia es inaceptable, entonces preocúpate por otra. Si está comprando convertidores indocumentados baratos, solo tendrá que probar. No todos apestan ni nada, son solo unos desconocidos. Si los compra de una fuente de mayor calidad, parte de lo que está pagando es previsibilidad, confiabilidad y documentación.
Agradezco la ayuda de todos en esto. Fui con el convertidor de 60 amperios. No noto ningún problema con el drenaje de mi batería. Eventualmente puede descubrir cómo probar su eficiencia. ¡Gracias de nuevo!
Encantado de ayudarle. Si desea encontrar eficiencia, mida ( cuidadosamente ) el voltaje de entrada ( mi I norte ) y corriente de entrada ( I I norte ) así como el voltaje de salida ( mi O tu t ) y corriente de salida ( I O tu t ) a una carga de prueba constante. mi F F i C i mi norte C y = ( I O tu t ∗ mi O tu t ) / ( I I norte ∗ mi I norte ) . Puede cambiar la carga y probar una y otra vez para construir su propia curva de eficiencia si tiene cargas variables.
¿Qué es más eficiente: un convertidor de voltaje reductor mucho más grande de lo necesario, o uno clasificado más cerca de la carga real?
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