Régulation efficace à faible puissance? soit 9 -> 5 Volts

Dans le but de fournir autant de courant que possible à un petit circuit, régulé de ~ 9V à 5V (ou 5V-> 1,5V), j'ai examiné quelques options possibles. Ce que j'allais faire à l'origine (peut-être un régulateur pour une cellule solaire ou une batterie 9v) est le circuit intégré LM7805 (5v) standard que je suppose. J'ai lu que cela consomme un peu, mais assez peu de courant pour ce faire, surtout lorsque seul le courant de crête 50-100mA est disponible.

Une diode Zener évaluée à ~ 5 volts serait-elle en mesure de le faire plus efficacement, car elle devrait maintenir la tension à 5 V ou très proche de celle-ci pendant un certain temps plus haut, en la «régulant»?

Un transistor FET (MOS | J) / autre transistor (s'il est plus efficace, en ignorant l'utilisation légèrement bizarre) ou quelque chose de ce sens pourrait-il abaisser la tension avec une conversion d'énergie très simple?

Les régulateurs linéaires comme le 7805 sont inefficaces, et plus encore lorsque la tension d'entrée est plus élevée. Il fonctionne comme une résistance variable, qui varie sa valeur pour maintenir la tension de sortie constante, ici 5V. Cela signifie que le courant consommé par votre circuit 5V traverse également cette résistance variable. Si votre circuit dissipe 1A, la dissipation de puissance du 7805 sera

$P = \Delta V \cdot I = (9V - 5V) \cdot 1A = 4W$

4W dans un seul composant, c'est plutôt beaucoup, les 5W de votre circuit seront probablement répartis sur plusieurs composants. Cela signifie que le 7805 aura besoin d'un dissipateur thermique, et c'est le plus souvent un mauvais signe: trop de dissipation de puissance. Ce sera pire avec des tensions d'entrée plus élevées, et l' efficacité de la régulation peut être calculée comme

$\eta = \dfrac{P_{OUT}}{P_{IN}} = \dfrac{V_{OUT} \cdot I_{OUT}}{V_{IN} \cdot I_{IN}} = \dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}}$

depuis . Donc dans ce cas η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
ou 56%. Avec des tensions d'entrée plus élevées, cette efficacité va encore empirer.$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

La solution est un régulateur de commutation , ou un commutateur pour faire court. Il existe différents types de commutation en fonction de la ratio. Si V O U T est inférieur à V I N, vous utilisez un convertisseur abaisseur . Même si un régulateur linéaire idéal a une faible efficacité, un commutateur idéal a une efficacité de 100%, et l'efficacité réelle peut être prédite par les propriétés des composants utilisés. Par exemple, il y a une chute de tension sur la diode et la résistance de la bobine. Un sélecteur bien conçu peut avoir une efficacité pouvant atteindre 95%$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, comme pour le rapport 5V / 9V donné. Des rapports de tension différents peuvent entraîner des rendements quelque peu inférieurs. Quoi qu'il en soit, une efficacité de 95% signifie que la puissance dissipée dans le régulateur est

$P_{SWITCHER} = \left(\dfrac{1}{\eta} - 1\right) \cdot P_{OUT} = \left(\dfrac{1}{0.95} - 1\right) \cdot 5W = 0.26W$

qui est suffisamment bas pour ne pas avoir besoin d'un dissipateur thermique. En fait, le régulateur de commutation lui-même peut être dans un boîtier SOT23, avec les autres composants, comme les CMS et les diodes.

Le moyen le plus efficace serait d'utiliser un convertisseur Buck qui est un type de régulateur de commutation .

Ce type de régulateur est beaucoup plus efficace qu'un régulateur linéaire, car il convertit la puissance plutôt que de dissiper intentionnellement le surplus sous forme de chaleur.

La puissance gaspillée dans votre exemple si votre circuit consomme 100mA serait à peu près:
(9V-5V) * 0.1A = 0.4W
Puissance gaspillée à 1A ce serait environ (9V-5V) * 1A = 4W.
Cela ne sera efficace qu'environ 55% par rapport à une efficacité de 80 à 95% pour un régulateur à découpage.

Voici un exemple de pièce choisie au hasard.
Quelques exemples supplémentaires ici (cochez différentes cases pour affiner la recherche - je viens de sélectionner la sortie 5V)

Je comprends que c'est un fil assez ancien, mais j'ai remarqué que le semi-conducteur murata fait un convertisseur DC / DC qui remplace les circuits intégrés de la série 78xx! "OKI-78SR Series" 85% d'efficacité et un boîtier de style TO-220 à 3 broches. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf