効率的な低電力調整？すなわち9-> 5ボルト

〜9Vから5V（または5V-> 1.5V）に調整された小さな回路にできるだけ多くの電流を供給するために、いくつかの可能なオプションを検討しました。私が最初にやろうとしていたのは（おそらく太陽電池や9vバッテリー用のレギュレーター）、標準的なLM7805（5v）ICを使用することを想定しています。これは、特に50〜100mAのピーク電流しか利用できない場合に、これを行うために少量ではあるがかなりの電流を消費することを読んだことがあります。

〜5ボルトの定格のツェナーダイオードは、これをより効率的に行うことができますか？かなり高い時間、電圧を5Vに、または非常に近く維持し、それを「調整」する必要がありますか？

（MOS | J）FET /他のトランジスタ（より効率的な場合、少し奇妙な使用法を無視する）またはその意味の何かが、非常に簡単なエネルギー変換で電圧を下げることができるでしょうか？

voltage-regulator low-power efficiency

— 愛好家
ソース

回答:

7805などのリニアレギュレータは非効率的であり、入力電圧が高いほど効率が悪くなります。出力電圧を一定に保つために値を変化させる可変抵抗として機能します。ここでは5Vです。つまり、5V回路で消費される電流はこの可変抵抗器にも流れます。回路が1Aを消費する場合、7805の電力消費は

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

単一のコンポーネントの4Wはかなり多く、回路の5Wはおそらく複数のコンポーネントに分配されます。これは、7805にヒートシンクが必要であることを意味します。これは、多くの場合、悪い兆候です。つまり、電力損失が大きすぎます。これは入力電圧が高くなると悪化し、レギュレーションの効率は次のように計算できます。

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

以来、。この場合、 $I_{OUT} = I_{IN}$
または56％。入力電圧が高いと、この効率はさらに悪化します。 $\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

解決策は、スイッチングレギュレータ、または略してスイッチャーです。比率に応じて、さまざまなタイプのスイッチャーがあります。場合は未満である使用する降圧コンバータを。理想的なリニアレギュレータでさえ効率が低いのに対し、理想的なスイッチャーは効率が100％であり、実際の効率は使用されるコンポーネントの特性によって予測できます。たとえば、ダイオードの電圧降下とコイルの抵抗があります。適切に設計されたスイッチャーは、最大95％ $V_{IN}/V_{OUT}$ $V_{OUT}$ $V_{IN}$
、与えられた5V / 9V比のように。電圧比が異なると、効率が多少低下する場合があります。とにかく、95％の効率は、レギュレーターで消費される電力が

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

これはヒートシンクを必要としないほど低いです。実際問題として、スイッチングレギュレータ自体は、コイルやダイオードSMDなどの他のコンポーネントとともにSOT23パッケージに収められている場合があります。

— スティーブン
ソース

あなたがこの答えを書くのに時間を費やしてくれたことに感謝しています。それは確かに不思議に思われたものです。

— 愛好家

@ジョン-どういたしまして、喜んでお手伝いさせていただきます。これについてさらに質問がある場合はお知らせください。

— -stevenvh

@stevenh素晴らしい答え！ほとんどの人はおそらくこれを気にしないでしょうか（？））同等のリニアレギュレータよりも？

— vicatcu

@vicatcu-実際、それらはほとんどSMDです。最高の効率と低放射を望む場合、設計には特別な注意が必要です。PTH =大きい部品=長いループではない理由があります。

— -stevenvh

ただし、スイッチャーを使用すると、リニアレギュレータとは異なりノイズが発生します。あなたの場合、リニアレギュレータで100mAを消費することは実際にはそれほど悪くありません（9-5）* 0.1 = 400mW。あなたの状況では、スイッチャーではなくリニアレギュレーターを使用します。ただし、48Vから5Vまでを消費し、200mAを消費する回路がある場合は、スイッチャー（8.6W !!!）が必要になります

— lucas92

最も効率的な方法は、スイッチングレギュレーターの一種である降圧コンバーターを使用することです。

このタイプのレギュレータは、余分な熱を意図的に熱として放散するのではなく、電力を変換するため、リニアレギュレータよりもはるかに効率的です。

あなたの回路が100mAを消費している場合、あなたの例の無駄な電力は大体次のようになります：
（9V-5V）* 0.1A = 0.4W
1Aでの無駄な電力は、およそ（9V-5V）* 1A = 4Wです。
これは、スイッチングレギュレータの80〜95％の効率と比較して、約55％の効率にすぎません。

ランダムに選択されたサンプルパーツを次に示します。ここに
さらにいくつかの例（異なるチェックボックスを選択して検索を絞り込む-5V出力を選択しました）

— オリ・グレイザー
ソース

4番目のリンクは無効なクエリを返しますが、今私は調べています。その洞察力をありがとう、いくつかの同様のチップがひどいコストでeBayで利用可能ではないようです（私はただ多くのセクションを見る必要があります）。

— 愛好家

@JohnS。-リンクを修正しました。eBay、Mouser、Digikeyなど-適切な電子部品サプライヤは、このために適切な部品を用意する必要があります。動作/セットアップはリニアレギュレータよりも少し複雑ですが、データシートのアドバイスに注意深く従うと（特にインダクタの選択が重要であり、通常はデータシートにいくつかの推奨部品があります）、大丈夫です。生活をよりシンプルにするために少し余分にお金をかけることを気にしないのであれば、「すぐに使える」モジュールを購入することもできます。

— オリグレイザー

これはかなり古いスレッドであることは理解していますが、Murata Semiconductorが78xxシリーズICのドロップイン代替品であるDC / DCコンバーターを製造していることに気付きました！「OKI-78SRシリーズ」85％の効率と3ピンTO-220スタイルパッケージ。 http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf

— マイク
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