Tenho uma pergunta sobre como trocar os reguladores abaixadores. (Como afirmei em minhas perguntas anteriores, considere o fato de que eu “não sou muito especialista, então fique à vontade para responder / falar como se eu fosse um estudante.)
Vamos dar uma aula prática exemplo de um regulador abaixador de comutação, com base neste IC . (Eu vi que é amplamente usado e comum em vários circuitos):
Precisamos alimentar um dispositivo que precisa de 12 V com um consumo de energia de 200 mA. Ok: vamos usar um circuito conversor de dólar, e como Vin forneceremos, por exemplo, uma voltagem de 30 V de um pacote de baterias com uma capacidade total de 2000mAh, então definiremos o Vout do conversor Buck para 12 V. Mas se quisermos usar um número menor de baterias também podemos ir com um Vin de 20 ou menos volts: eu li que para o IC lm2596, o Vin, deve ser pelo menos maior de 1,5 V do que o Vout.
Eu estava pensando : Se eu reduzir 30V (de um pacote de baterias) para 12V, a diferença de 18V pode ser a razão de um maior consumo de energia das baterias? Estou certo? Por exemplo, eu sei que reguladores lineares (diferentemente de reguladores de chaveamento) têm uma eficiência ruim porque parte da energia será perdida na forma de calor. Mas que tal trocar os reguladores? Há alguns dias, por meio de uma pesquisa no Google, li sobre uma pessoa que precisava de usi 5V de um conversor Buck: alguém disse a ele que seria melhor obter 5V de um Vin de 18V em vez de usar um Vin de 12V.
Então, levando em consideração novamente meu exemplo: ao usar um regulador de chaveamento, é melhor começar de um Vin superior, para obter o mesmo Vout? Por quê?
Também gostaria de ver alguns gráficos dos reguladores de comutação.
Resposta
A TI “tem uma ferramenta chamada WEBENCH que pode fazer muitos gráficos e cálculos para você. Aqui está sua saída com seus parâmetros em pdf .
Deixe-me destacar aquele sobre a eficiência. As simulações mostram que este IC tem uma eficiência melhor quando Vin é de 20 V, mas essa diferença não é muito.
Não é apenas o Vin que importa, se você alterar a corrente fornecida de 200mA para 3A, um gráfico de eficiência diferente será mostrado. Nesse caso, Vin = 30V é a melhor escolha.
Normalmente, há gráficos semelhantes nas planilhas de dados se ferramentas como esta não estiverem disponíveis.
Se você só precisa de 200mA, deve escolher um conversor que seja capaz de, vamos digamos 300mA de corrente máxima em vez de 3A, a eficiência é melhor perto da corrente máxima. Outro conversor, que pode acionar no máximo 300mA, LMR14203 “gráfico de eficiência:
É novamente o pior em 30V , mas é cerca de 88% enquanto com o LM2596 é de 79%, o que é uma diferença significativa. Em 20 V está acima de 90%, o que é muito bom.
Resposta
Para alcançar a eficiência máxima, precisamos entender onde as perdas podem existir e quais medidas estão disponíveis.
Vou usar um circuito mais genérico, pois os princípios se aplicam a todos os lugares; alguns circuitos oferecem a liberdade de alterar alguns parâmetros para maximizar a eficiência em uma determinada aplicação e outros não.
Para mostrar isso, aqui está um circuito que expõe o caminho de alimentação de forma adequada:
Eu destaquei os caminhos principais de alta corrente em vermelho; Q1, Q2 / Q3, L1 e D2 e o resistor de detecção de corrente. Observe que os drives da porta podem ter corrente significativa dependendo da aplicação.
As perdas em Q1 são principalmente resistivas e capacitivas, em Q2 / Q3 resistivas e resistivas no indutor. Há um resistor de detecção de corrente neste esquema que dissipa alguma potência, obviamente.
Existem (como sempre) compensações.
Para o interruptor principal (Q1), o resistivo as perdas são: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ onde \ $ \ delta \ $ é a dependência da temperatura de \ $ R_ds (on) \ $
As perdas capacitivas para o interruptor principal são dadas por: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Portanto, as perdas resistivas aumentam com menor ciclos de trabalho que são razoáveis, já que o interruptor principal fica ligado por um período mais longo, conforme Vout e Vin se aproximam.
Compare isso com o termo capacitivo, que é diretamente proporcional à frequência. (k é uma constante relacionada ao inverso da corrente de acionamento da porta).
Na verdade, há um ponto de cruzamento; em Vin mais baixo, a resistência de comutação mais baixa é desejável, mas em tensões de entrada mais altas, uma carga de porta total mais baixa pode ser preferível.
Posso minimizar o tamanho do indutor (o que minimiza os enrolamentos e, portanto, a resistência CC) aumentando a frequência de chaveamento, mas isso aumentará as perdas capacitivas em Q1.
As perdas em Q2 e Q3 são totalmente devidas a \ $ R_ds (on) \ $: especificamente
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Isso mostra que em ciclos de trabalho mais baixos (Vin mais alto), as perdas aumentam.
Então, nós como ciclos de trabalho mais baixos (Vin mais alto) para o interruptor principal, mas gostamos de Vin mais baixo (ciclo de trabalho mais baixo) para o interruptor síncrono; Dito isso, grandes avanços foram feitos nos últimos anos em termos de MOSFET sobre resistência – veja, por exemplo, o IRF6718L2 – um impressionante \ $ 1m \ Omega \ $ a 4,5 V \ $ V_gs \ $
Nota D1 e D2 – estes devem ser dimensionados para a tensão direta mínima em uma corrente apropriada para minimizar outras perdas.
Este é um assunto enorme (isso não recebe necessariamente atenção suficiente), mas com a atenção adequada, a eficiência ideal para um determinado aplicativo pode ser alcançada.
Resposta
A resposta da @BenceKaulics sobre a eficiência é boa, mas não responde realmente à pergunta original, a meu ver.
A pergunta, conforme a li, recebe um conversor de buck com uma saída de Consumidor de 12V @ 200ma pelo dispositivo de destino, a corrente de entrada para o regulador depende da tensão de entrada?
Um regulador de comutação mantém aproximadamente energia da entrada para a saída, menos consumo de energia ed pelo regulador e outras perdas, expressas como eficiência .
Seu dispositivo de destino está consumindo 2,4 watts (12 x 0,2). Portanto, o regulador de chaveamento consumirá de sua fonte de alimentação um pouco mais de 2,4 watts. Se a entrada for de 30 volts, consumirá um pouco mais de 0,08 amperes (2,4 / 30). Por outro lado, com entrada de 20 volts, consumirá um pouco mais de 0,12 amperes (2,4 / 20). Ambos os números representam 2,4 watts.
Se você olhar para as curvas na postagem anterior, verá que há uma pequena mudança na eficiência (talvez 78% contra 80%), mas isso diminuiu pela mudança no consumo de corrente devido à mudança da tensão, mas mantendo a energia.