¿Qué es un circuito limitador de voltaje simple?

Estoy buscando una solución ordenada para un circuito limitador de voltaje de entrada.

Situación:

Tengo un circuito con un rango de voltaje de entrada de 6 V a 20 V a un pico de 3 A (la carga); sin embargo, mi fuente puede estar entre 7 V y 27 V.

Estoy buscando un circuito intermedio que pase por cualquier voltaje de entrada entre 7 V y 20 V, y sujete cualquier voltaje de entrada entre 20 V y 27 V al máximo de 20 V de mi carga. (disipando 7V*3A = 21 W)

circuito limitador

Comportamiento deseado del 'signo de interrogación' - circuito:comportamiento deseado

Las soluciones que ya encontré:

  1. Usar una resistencia y un diodo Zener de 20 V --> No es preferible debido a las pérdidas en la resistencia que no quiero si mi voltaje de entrada es inferior a 20 V, y las pérdidas en el Zener cuando mi corriente de carga está cerca de cero. .
  2. Usar un LDO de 6V --> No satisface los requisitos, si tengo una entrada de 20V disponible, quiero 'usarla'.
  3. Usando un regulador lineal de 20V --> Comportamiento no especificado cuando el voltaje de entrada es inferior a 20V...
  4. Usando un Zener con un Mosfet como en https://www.circuitlab.com/circuit/9sj5kb/zener-mosfet-regulator/ --> La simulación revela que cuando el voltaje de entrada está por debajo del voltaje del zener, la salida es ~la mitad del voltaje de entrada, el comportamiento deseado sería Vin = Vout.
Para el combo Zener/resistencia, reemplazar la resistencia con una lámpara incandescente es un poco más eficiente, ya que la resistencia del filamento es baja cuando está frío, pero aumenta cuando está caliente. Algunos faros de automóviles diseñados para ~5 A podrían ser una mejora.
Aquí hay una variante un poco más sofisticada de su #4
Una alternativa que funciona para algunos casos es simplemente apagar el circuito si aparece un voltaje excesivo, lo que evita la complejidad o la disipación. Lo he hecho para lidiar con situaciones en las que el usuario puede aplicar un voltaje incorrecto. Por supuesto, no llena la factura si realmente necesita que funcione con las entradas de mayor voltaje.
@Maple ¡Ese realmente logra lo que estoy buscando! Ahora para averiguar qué solución es más barata / más fácil, el convertidor de dinero o el de eetimes :)
@SpehroPefhany Necesito que funcione con voltajes de entrada más altos

Respuestas (2)

En lugar de disipar 21 W con un elemento de paso en serie, puede usar un regulador reductor con la salida configurada en 20 V. Para voltajes de entrada por debajo de 20 V, el regulador estaría en caída y pasaría el voltaje de entrada a la salida. para voltajes de entrada superiores a 20 V, se comportará normalmente como un regulador reductor y mantendrá la salida a 20 V. Necesita un regulador reductor que pueda operar en caída, lo que requiere que pueda operar al 100% del ciclo de trabajo.

¡Interesante! Tenía la esperanza de evitar la necesidad de un regulador de conmutación, para mantener bajos los costos y la complejidad (el objetivo es <1.50), pero tal vez debería investigar qué tan costoso sería realmente.
No creo que tenga que ser complejo (dependiendo de lo que te parezca complejo, por supuesto). Como podría hacerlo el LM2596, por ejemplo. Su ciclo de trabajo puede llegar al 100 % y solo necesita unos pocos componentes externos. Tiene una caída de ~ 1.3V, pero a 3A, supongo que no está tan mal.
Casi siempre opto por LTC, pero si buscas algo barato, TI.
Excepto que el voltaje de entrada puede caer hasta 7V. Necesitaría un regulador de aumento/reducción si la salida se configuró en 20 V. Con un dólar podría configurar la salida a 6V.

Todas las soluciones lineales deben disipar 21 W como máximo cuando emiten 60 W.

Un regulador Buck DC-DC variable puede ser >=85% eficiente pero es más complejo. Busque en línea una solución como un controlador de velocidad del motor y modifíquela para limitar el rango de control.

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