¿Por qué las personas no tienden a usar divisores de voltaje o zeners frente a reguladores lineales?

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Después de ver a algunos estudiantes ayer que intentaron usar un divisor de voltaje en lugar de un regulador para proporcionar un sensor con una fuente de alimentación más baja, con resultados predecibles, comencé a preguntarme sobre esta pregunta.

Al elegir un regulador, parece que muchos observan la caída de voltaje requerida y la disipación de energía requerida. Dejando de lado la eficiencia por el momento, si un regulador lineal puede reducir esa potencia dentro de los límites térmicos, los reguladores lineales son una opción y, si no pueden, pasar a los reguladores de conmutación.

Si se pudiera calcular el rango de consumo de corriente, y calcular un divisor de voltaje que mantenga simultáneamente la entrada a un regulador lineal lo suficientemente alta como para mantener la regulación y lo suficientemente baja como para que el regulador no queme demasiada energía a través de la corriente dibujar rango, ¿es este un enfoque viable?

Se me ocurren varias razones por las cuales este podría no ser el mejor enfoque: la relación de rechazo de la fuente de alimentación puede no ser lo suficientemente buena para el regulador; el rango de corrientes de corriente que hacen que este enfoque sea factible puede ser muy pequeño, a menos que use resistencias pequeñas que probablemente excedan sus propias clasificaciones de potencia; es más eficiente usar un regulador de conmutación; etc.

Además, puede ser que la gente haga esto todo el tiempo, y simplemente no me haya dado cuenta, o tal vez se use un zener en lugar del divisor. Simplemente parece que cuando la caída de energía es demasiado grande, la mayoría de las personas recurren a conmutadores reguladores.

¿Algo que me falta?

Scott Seidman
fuente
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Otro enfoque: agregue una resistencia de potencia en serie con la entrada del regulador lineal (no un divisor de voltaje). A una corriente alta, reducirá el voltaje al regulador lineal y disipará algo de potencia (que de lo contrario el registro lineal tendría que disiparse).
Nick Alexeev
Similar a la sugerencia de @ NickAlexeev, puede colocar una resistencia en paralelo con un regulador lineal si hay una carga mínima garantizada y un voltaje de entrada máximo garantizado. Misma disipación pero se mueve hacia la resistencia.
Spehro Pefhany
Algunos fabricantes japoneses de teléfonos inalámbricos usan un transistor "robusto" (1W) con un zener para obtener 6V en la entrada de la placa desde el suministro de ladrillos de 9V y luego 2-3 reguladores SOT89 de 5V de 100mA distribuidos en la placa. El suministro de 6V es utilizado directamente por solo uno de los osciladores xtal.
Fizz

Respuestas:

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Ciertamente, esta es una técnica que he usado varias veces para superar las capacidades limitadas de disipación de potencia del diminuto 78L05. Conozco el rango de corrientes que está tomando la carga y coloqué una resistencia cuentagotas en serie con la alimentación de energía al dispositivo.

¿Por qué no utilicé un regulador de conmutación?

No pude: estaba enviando energía y datos por un cable de 50 m (alimentación fantasma) y la complicación extrema de filtrar las sobretensiones de corriente del regulador de conmutación significaba que simplemente no era factible.

Andy alias
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Esa es exactamente la razón por la que surgió la pregunta. Además de la eficiencia, hay algunas razones reales para evitar los conmutadores, y el ruido generado es probablemente el primero en esa lista.
Scott Seidman
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Los divisores de voltaje son terribles para la eficiencia (si piensa en la impedancia de salida frente al consumo de energía). Sería difícil pensar en un buen lugar para ponerlos frente a un regulador.

Diodo zener serie: si coloca un diodo zener de 24 V para reducir una entrada de 35 V a 11 V para un regulador de 9 V, ha aumentado la sensibilidad a las variaciones de entrada: una caída del 10% en la entrada significa que solo quedan 7,5 V y el regulador se cae.

He usado un shunt zener con un gotero capacitivo en serie con un regulador lineal para obtener energía de la red eléctrica, y creo que eso es bastante común. Con goteros capacitivos no sufres mucha pérdida.

Muchos de nosotros también pondremos un TVS de derivación que efectivamente actúa como un regulador en circunstancias inusuales, por lo que también lo consideraría.

Resistencias en serie o en derivación alrededor de un regulador lineal: creo que usé el último una vez, el primero no hasta ahora. La resistencia de derivación sería más atractiva si el regulador lineal fuera capaz de hundir la corriente (algunos lo son, pero la mayoría no), entonces podría configurar la resistencia para manejar la corriente media y el regulador tendería a funcionar muy bien (la desventaja es que algo de energía se desperdiciaría si la corriente requerida cae por debajo de la media).

Spehro Pefhany
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Las resistencias en serie con un regulador lineal pueden ser atractivas si hay una gran brecha entre el voltaje mínimo garantizado en la entrada y el voltaje de entrada requerido por el regulador; no tendrán ningún efecto sobre la disipación de potencia total, pero pueden reducir la disipación de potencia en el peor de los casos del regulador en casi un factor de cuatro (la disipación en el peor de los casos para el regulador será de aproximadamente el 50% de la corriente de carga, donde está y la resistencia disipe el 25% de la potencia total en el peor de los casos; a corrientes más altas, la parte de la resistencia de la potencia aumentará más rápido que la potencia total, por lo que la potencia del regulador disminuirá).
supercat
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Si uno necesita convertir 12 V a 5 V para una carga que puede variar de 0 a 1 amperio, y el regulador necesita un mínimo de 6 voltios en la entrada, conectar la fuente directamente al regulador hará que se disipe 7 vatios con uno carga de amperios. Agregar una resistencia de 6 ohmios en serie con la entrada reduciría la disipación de potencia en el peor de los casos en el regulador a aproximadamente dos vatios en un amplio rango de condiciones de carga (a medida que aumenta la corriente, la cantidad de voltaje que cae el regulador [en oposición a la resistencia] bajaría). Las resistencias en serie no ayudan a la eficiencia general, pero pueden alejar la disipación de calor del regulador. Sin embargo, un punto clave a tener en cuenta es que la mitad inferior de un divisor de resistencia realmente no ayudaría mucho, ya que su propósito sería desperdiciar energía cuando la carga no está consumiendo corriente,

Super gato
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