Revisión por pares del convertidor Buck

Parece viable.

¿Qué corriente?
¿Qué Vout? Es 3V3 basado en zener pero deberías decirlo.

Primero - una alternativa:

¿Estás en el Reino Unido? Si es así, o en cualquier otro lugar con acceso correcto a los componentes, probablemente nunca se arrepentirá de haber conocido la familia MC34063 de circuitos integrados convertidores de CC CC. Estos son antiguos y lentos para los estándares modernos PERO ultra flexibles, tan baratos como cualquier alternativa y muy fáciles de usar. Uno llenaría esta aplicación

Digikey en stock $US0.61 en 1 en DIP pero mucho más barato para algunos a veces si miras alrededor.

Hoja de datos aquí, vea la figura 16 para un convertidor reductor que usa IC + 2 x resistencia, 1 x diodo, x inductor más condensadores de filtro para una solución completa. Utiliza un interruptor interno, por lo que no hay Q1.

Segundo - comentarios:

Las partes ciertamente no son óptimas, por desgracia.

El TIP31 se ejecuta como un seguidor de emisor, por lo que pierde al menos 0,6 V, probablemente más. Es una beta baja; si esto importa depende de la corriente de carga deseada.
El cambio a un transistor PNP (o mejor aún, un MOSFET de canal P) reducirá la caída de voltaje en Q1, ya que se puede ejecutar completamente en el modo de emisor común. Si solo puedes usar lo que tienes, está bien.

1N 4001 no es bueno por encima de 1 kHz. Mejor es, por ejemplo, 1N581x (1N5817 OK). Nuevamente, si 1N400-1 es todo lo que tiene, funcionará a frecuencias más bajas. A medida que aumenta la frecuencia, las pérdidas también lo harán, pero probablemente no sea un problema importante aquí.

3. Mejor conmutación:

La frecuencia depende de la carga, L1 y C2. Este es un convertidor "histérico" y depende de la ondulación en C2 para proporcionar histéresis. Esto es "informal" pero funciona bien. La forma de onda de salida es caótica. Puede hacer que la conmutación sea más cuadrada y más regular si lo desea con una bocanada de retroalimentación de la unión Q1-L1-D2 a la entrada de referencia del amplificador operacional R1-D1. Agregue, digamos, 1k de zener a OA- y un valor alto de R, tal vez 100k, del emisor Q1 a OA-. Llame a esto Rfb = Rfeedback. Lo que sucede es que cuando Q1 apaga, Q1 e baja y Rfb tira del punto de referencia OA- ligeramente más abajo, por lo que OA+ tiene que caer mucho más antes de que Q1 se vuelva a encender. Esto proporciona un encendido/apagado regenerativo que ayuda a cuadrar la forma de onda de cambio.

4. Aún más barato:

Puede implementar este cct sin un 555 o un 358 si lo desea utilizando 3 transistores en total. Sin embargo, le gustaría usar un interruptor de lado alto PNP, por lo que no es bueno con TIP31. Más sobre eso si lo desea.

Elliott Sound Products AN006 Regulador de modo de conmutación ultra simple de 5 V

Este circuito funciona esencialmente igual que el original en esta pregunta.
Q1 actúa como un comparador y, por lo tanto, reemplaza al 358.
Q2 actúa como un controlador para Q3 y, por lo tanto, reemplaza al 555 (que en realidad solo se usaba como controlador). Cuando el voltaje de salida aumenta lo suficiente, el zener D2 conduce y enciende Q1. Q1 apaga Q2 que apaga Q3 y la polaridad de L1 se invierte y D1 conduce en la clásica fase de apagado del convertidor reductor. La descarga de L1 hace que el voltaje en C2 aumente LIGERAMENTE y, por lo tanto, mantenga Q1 encendido. Cuando la energía en L1 no es adecuada para mantener la corriente de salida, el voltaje en C2 cae hasta que Q1 se apaga, Q2 se enciende, Q3 se enciende y el inductor se alimenta desde Vin, hasta que Vout aumenta lo suficiente nuevamente y el ciclo se repite.
Tenga en cuenta que usa un valor de resistencia muy pequeño para R1 (47 ohmios). Esto significa que para encender Q1 aunque sea un poco (a aproximadamente 0,5 V Vbe, se necesita una corriente zener de I = V/R = 0,5/47 ~= 2 mA. Esto es MENOS que la corriente a la que la mayoría de los zeners alcanzan el voltaje nominal ( a menudo 10 mA - vea las hojas de especificaciones) pero lo suficientemente alto como para estar cerca del voltaje nominal. Si R1 es, digamos, 1K, entonces Q1 se encenderá cuando el zener esté en algún lugar en su "giro muy suave en la rodilla" y Vout será mucho más bajo que se puede esperar Suponga que Vz es, digamos, 4.5 V para un zener de 4.7 V. Al encender Q1, Vout es APROXIMADAMENTE 0.5 V + Vz1 = 0.5 + 4.5 V, digamos o alrededor de 5 V.
Para suministrar Iout, Q3 necesita una corriente base de Iout/Beta_Q3, por lo que Q2 necesita una corriente base de Iout/(BetaQ3 x Beta_Q2) y Q1 necesita una corriente base de Iout/(BetaQ3 x Beta_Q2 x Beta_Q1) = casi nada, por lo que este circuito tiende a cambiar con una pequeña pizca de corriente en Q1_base.
Al igual que con el circuito original, la operación es histérica y se basa en el voltaje de ondulación en C2 para cambiar y no solo convertirse en un regulador lineal. (L1 corto y ES un regulador lineal). Para hacerlo algo más formal al cambiar, se puede proporcionar una bocanada de retroalimentación positiva (igual que mi comentario sobre el circuito original). Aquí, probablemente, un valor R más grande de la base Q3 a la base Q1, O el colector Q3 a la base Q2 (probablemente mejor) lo haría: el objetivo es encontrar dos puntos en la cadena de conmutación que oscilan en la misma dirección en el encendido, o en apague y alimente alguna señal de retroalimentación positiva desde el que está más a lo largo de la cadena hasta el anterior en la cadena. Aquí, la caída masiva de V_Q3_C cuando Q3 se apaga proporciona una fuente ideal de retroalimentación para Q2_b.

Construí un circuito funcionalmente idéntico a este en 2001 (lo llamo "GSR" = Regulador de conmutación de Dios porque de ahí vino el circuito PERO esa es otra historia (pregunte fuera de la lista si está interesado)). "Mi" GSR fue la versión más antigua de esto que he visto (parece que es anterior a la de Elliott), PERO imagino que es anterior a mi uso.

Agregar la ruta de histéresis puede mejorar la eficiencia de manera útil debido a la aceleración de la conmutación y la "cuadratura" de las formas de onda.

Sin la histéresis añadida, el cambio es "caótico" y no se puede sincronizar en un 'alcance. Esta es una ventaja potencial en algunas aplicaciones, ya que distribuye muy bien la energía radiada por el oscilador y reduce las emisiones máximas.

"GSR" - Convertidor reductor de etapa única de 12-200 V de entrada y 12 V de salida.

Aquí hay una versión simplificada de 'mi' circuito GSR. Esta fue la solución a un requisito para una fuente de alimentación de rango Vin bajo y amplio para una máquina de ejercicio. Vin procedía de un alternador accionado por el usuario que actuaba como carga. Vout era nominalmente 12v.

Se hicieron miles desconocidos (tal vez decenas de miles). Digo desconocido porque estaba destinado a recibir regalías, pero 'las cosas salieron mal'. Esto se usó inicialmente en máquinas de ejercicio fabricadas en Taiwán. El Vin que se muestra como V100 generalmente estaba en el rango de 20 a 60 V, pero podía alcanzar los 200 V. Vout es 12V. Tenga en cuenta que usa un zener de 10 V que trabaja más en su rodilla blanda que en la versión de Elliott. . Esto funciona bien siempre que sepa qué esperar. Utilicé un MOSFET de canal P como interruptor lateral alto (lo que ayudó a minimizar las necesidades de corriente de la unidad, lo cual es importante cuando PUEDE tener casi 200 V en RBUK3. La versión final puede haber agregado (por lo que recuerdo después de 14 años) un seguidor de emisor lateral alto para acelerar aumentar la conmutación FET El consejo estándar es que no puede hacer una conmutación Vin de amplio rango con un convertidor reductor de una sola etapa, pero esto manejó 12V-200V OK (16 +: 1). La eficiencia era pobre a 200 voltios (quizás el 50 %), pero eso sigue siendo solo alrededor del 6 % de lo que disiparía un regulador lineal. Mucho mejor en Vin inferior. [por ejemplo, 1 vatio de salida. GSR: al 50 % de eficiencia = 2 vatios de entrada = 1 vatio de disipación.
Regulador lineal: a 200 V de entrada, 12 V de salida Pdisipados para 1 vatio de salida = = (200-12)/12 vatios = ¡más de 15 vatios!)

Aquí hay una extensa discusión de 2004 sobre el RSG y asuntos relacionados. Mucho material útil allí (si lo digo :-) yo mismo). .

Relacionado: en las ferias comerciales (y probablemente en los hogares), los niños pondrían la carga en cero y pedalearían tan rápido como pudieran, empujando Vout a más de 200 voltios. Este no era un modo que los usuarios serios (o el cliente) valoraran. Programé el controlador para agregar carga según sea necesario cuando el voltaje de entrada sea demasiado alto. Lo siento niños.
[¡Esto usó un Z8! lo que parecía una buena idea en ese momento.
no lo fue
Si se parecen en algo a lo que eran entonces, ¡no lo hagan!].

D2 debe estar en el lado del interruptor del inductor; de lo contrario, cuando el interruptor se abre, no hay camino para que fluya la corriente del inductor.