Как мне использовать регулируемый регулятор LDO для питания устройств с USB, которые обычно используют батареи AA/AAA (или должны)?

Я хочу использовать USB для питания устройств, предназначенных для работы с одной, двумя или тремя батареями AA/AAA. Три кажутся самыми сложными, потому что они включают падение напряжения всего на ~ 0,5 В с 5 ± 0,25 В до 4,5 В.

После прочтения (мои познания в области электроники чрезвычайно ржавые), кажется, что регулируемый регулятор с низким падением напряжения (LDO) — это то, что нужно (но, пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь). Лучшим вариантом, доступным на местном уровне, кажется NCV59302 , и, поскольку я рассчитываю потреблять максимум 1 А при 4,5 В, его падение напряжения ~ 175 мВ при 1 А должно означать, что я могу получить 4,5 В, пока питание USB > 4,675 В.

Однако я не совсем уверен, как заставить его работать правильно. Спецификация находится здесь , а моя интерпретация инструкции проиллюстрирована на принципиальной схеме ниже. Больше всего мне непонятны резисторы, хотя я знаю, что мог допустить и другие серьезные ошибки. Кто-то уже спрашивал здесь о резисторах для NCP59302 , очень похожего компонента (я не уверен, в чем разница между NCV и NCP), но после прочтения ответов я все еще не уверен, какие резисторы будут работать. Я также не уверен на 100% ни в одном из компонентов или проводке.

Пробная схема NCV59302

  • R1 - это потенциометр 500 Ом, номинальная мощность не указана (имеет ли это значение? Я предполагаю, что он должен нести только 100-350 нА «Настройка тока смещения вывода»)
  • R2 представляет собой проволочный резистор 180 Ом мощностью 2 Вт.

Формула, приведенная в техпаспорте для определения выходного напряжения:

В О U Т "=" 1,24 В × ( 1 + р 1 / р 2 ) + я А Д Дж × р 1

I ADJ обычно составляет 100 нА и может достигать 350 нА, но это незначительно влияет на V OUT . Из того, что я могу сказать, с резистором R2 в качестве резистора 180 Ом на выходе будет 1,5 В, 3 В и 4,5 В, когда потенциометр R1 500 Ом установлен на ~ 37,7 Ом, 255,5 Ом и 473,2 Ом соответственно. Или я что-то упускаю?

Что касается других компонентов:

  • C IN — электролитический конденсатор емкостью 1 мкФ 50 В.
  • C OUT представляет собой 47 мкФ ± 20% 6,3 В X5R диэлектрический SMD керамический многослойный конденсатор (мне бы стоило столько же, чтобы получить модель на 100 мкФ с такими же характеристиками, если бы было какое-то преимущество)

Я думаю, самый важный вопрос: если я все это подключил, как показано на схеме выше, должно ли это работать? Или я сделал ошибку?

Заранее большое спасибо.

Рассматривали ли вы возможность использования простого последовательного диода для обеспечения небольшого падения напряжения? Большинство диодов имеют падение напряжения 0,7 В, что дает устройству около 4,3 В. Учитывая, что NiMH-ячейки имеют номинальное напряжение 1,2 В на ячейку (или 3,6 В для 3), вы вполне уложитесь в рабочее напряжение устройства. Очевидно, что это не подходит для более низких требований к напряжению. Должна ли одна и та же схема обеспечивать все 3 напряжения?
Спасибо за ваш комментарий. Я хочу иметь возможность подавать все три напряжения от USB-разъема, и, хотя они не обязательно должны быть одной схемой, я определенно предпочел бы это. Это и я хочу снизить стоимость - цена всего необходимого для создания еще 1 или 2 отдельных схем, к сожалению, больше, чем стоимость специализированных компонентов этой схемы. Кстати, я обнаружил, что никель-металлогидридные аккумуляторы не питают некоторые из моих устройств (хотя 4,3 В — это не 3,6 В). Думаю, я мог бы поставить переключатель и обрабатывать разные напряжения отдельно.
Имейте в виду, что очень простые устройства зависят от внутреннего сопротивления батареи и сами не имеют защиты от перегрузки по току.
Это то, о чем я не подумал. Есть ли простой способ обойти это, или я должен просто избегать очень простых устройств? По-видимому, ток короткого замыкания батареи AA составляет чуть более 1 А, и, согласно графику Energizer , их свежие щелочные батареи AA имеют внутреннее сопротивление около 0,1-0,2 Ом при комнатной температуре. Но я не уверен, куда идти оттуда.

Ответы (2)

Схема, как показано, будет работать. Помните, однако, что это линейный регулятор, а это означает, что напряжение падает за счет превращения избыточной энергии в тепло. При 4,5 В падение небольшое, но если вы падаете до 1,5 В (падение 3,5 В) при 500 мА (вы не должны ожидать большего от USB), вам придется иметь дело с 1,75 Вт тепла. Количество тепла, которое может рассеивать подключенная вами микросхема, зависит от конструкции печатной платы (вы имели в виду подключение компонента для поверхностного монтажа?), но в любом случае 1,75 Вт будет верхним пределом того, что вы можете ожидать от корпуса TO-220. компонент для рассеивания. Я бы, вероятно, использовал радиатор или позаботился о том, чтобы моя нагрузка не потребляла столько тока.

Выбор резистора в принципе не имеет значения. Два аспекта, которые обычно необходимо учитывать при выборе резисторов, — это номинальная мощность (1/4 Вт, 1/2 Вт и т. д.) и допуск (1%, 5%, 10%). Номинальная мощность в этом случае не важна (см. ниже), а поскольку у вас есть потенциометр с ручной регулировкой, допуск также не важен. Почти любой резистор примерно подходящего номинала подойдет для р 2 .

Оба резистора могут быть маломощными. Как вы сказали, я А Д Дж ток пренебрежимо мал и им можно полностью пренебречь. Через два резистора также будет протекать ток от выходного напряжения до земли, который можно рассчитать по закону Ома ( В "=" я р ). Во всех случаях это будет около 7 мА.

Конденсаторы предназначены для фильтрации/уменьшения пульсаций, и их характеристики не слишком важны. Если они примерно такие же, как предложено в техническом описании (и номинальное напряжение выше того, что они увидят), то проблем быть не должно.

Ваши расчеты кажутся правильными. Это всего лишь базовый расчет делителя напряжения . Регулятор регулирует выходное напряжение, пока не увидит 1,24 В на ADJ. Вы можете подтвердить правильность своих расчетов с помощью уравнения, приведенного в Википедии:

В г я в "=" В я н × р 2 р 1 + р 2

Где В г я в 1,24 В, В я н ваше целевое напряжение, и вы хотите решить для р 1 .

р 1 "=" В я н × р 2 В г я в × р 2 В г я в

поэтому для случая 4,5 В:

р 1 "=" 4,5 × 180 1,24 × 180 1,24 "=" 473 Ом .

Электронике присуща изменчивость, а это означает, что любые значения, которые вы вычисляете, не будут точно правильными, когда вы их подключите. Подключите его, подключите выход к вольтметру и регулируйте потенциометр, пока не получите нужное напряжение.

Большое спасибо, это был фантастический ответ. Я недостаточно беспокоился о жаре. Все USB-разъемы я буду использовать с выходом 1-2,1 А, так что есть большая вероятность, что они станут слишком горячими. Может быть, я мог бы просто поставить трехпозиционный переключатель, у которого есть последовательный диод, выходящий из одного контакта, и два отдельно откалиброванных модуля понижающего регулятора напряжения (с минимальным падением напряжения 1,5 В), выходящие из двух других. Это было бы проще, эффективнее (?), наверное, дешевле и, судя по звуку, безопаснее и надежнее.
Дело не в том, что поставляет порт, а в том, что потребляет груз.
Если бы я должен был сделать это с диодом и модулями регулятора, какой диод мне следует использовать? Мне просто нужен стандартный кремниевый диод с номинальным током и напряжением, по крайней мере, таким же, как 5 В 2,1 А, которые можно было бы поставить? Например, подойдет ли этот выпрямительный диод IN5408 1000 В 3 А ? И есть ли что-нибудь еще, что я должен знать, прежде чем пытаться сделать то, что я упомянул в комментарии выше?
@ IgnacioVazquez-Abrams Я знал это, но на самом деле не думал о нагрузке, которую будет потреблять устройство, работающее от батарей. Я не буду использовать его с чем-то, что будет работать менее 6 часов со стандартными щелочными батареями, поэтому я думаю, что ничто не будет потреблять больше, чем ~ 433 мА, если щелочная батарея AA имеет максимальную емкость 2800 мАч . Но я хочу быть уверен, что он не сгорит, если я использую его с чем-то, что тянет до 1А. Если только я не слишком далеко и ничто так не тянет от АА/ААА.
Имейте в виду, что, хотя USB номинально составляет 500 мА, не все хосты позволят устройствам использовать это без какого-либо согласования. Простые зарядные устройства USB, вероятно, подойдут, но ноутбук может ограничить вас до 100 мА. Википедия дает немного информации
Хорошо, это хорошо знать. На данный момент я только предполагаю использовать это только на зарядных устройствах и т.п. с номинальным током 1-2,1 А, но я ожидал, что он сможет потреблять не менее 500 мА от порта USB 2.0 на компьютере. Надо будет попробовать на некоторых компах. Вы видели мой вопрос о диоде выше?
Я так себе представляю. В техническом описании показано, что падение напряжения будет около 0,75 В при 500 мА, что было бы примерно правильно. Эти переключающие регуляторы, вероятно, будут работать. Импульсные регуляторы могут быть довольно шумными - что-то зависит от фильтров, используемых в модуле. В конце концов, лучше всего попробовать и посмотреть!

Я думаю, вы правильно поняли математику, но поскольку для Iadj требуется всего 350 наноампер , ваши резисторы тратят впустую большую часть емкости батарей.

Самый простой способ сделать это — установить для Vadj значение 1,24 вольта, при этом желаемое значение Vout должно быть в верхней части строки, а ток должен быть не менее Iadj, а ток через R2 — через R1.

Например, предположим, что у нас есть 100 микроампер, которые мы можем выделить для цепочки, и что Iadj составляет 100 нА согласно спецификации.

Затем с оставшимися 99,9 микроамперами, протекающими через R1 и R2, с Vout, равным 4,5 вольт, и с Vadj, равным 1,24 вольта относительно земли,

           Vout - Vadj     3.26V 
    R1 = -------------- = ------- ~ 32.6k ohms
               It          100µA

и,

           Vadj
    R2 = -------- ~ 12.4k ohms 
          99.9µA 

Однако, если бы Iadj оказался равным 350 нА, а R1 и R2 остались прежними, то Vadj остался бы на уровне 1,24 В, а IR2 остался бы на уровне 99,9 мкА, но ток через R1 увеличился бы до 100,25 мкА, заставив падение на R1 увеличиться. до 3,268 вольт, а Vout до 4,51 вольт, поэтому эти значения сопротивления уменьшат нагрузку на батареи.

Ваша схема точно такая же, как на рис. 21 в техпаспорте, так что она должна работать нормально.

Керамические конденсаторы?

http://www.ti.com/lit/an/snva167a/snva167a.pdf

Спасибо. Казалось странным выбирать два резистора без учета их значений сопротивления, кроме их отношения друг к другу. Это многое объясняло. CIN не керамический, но в спецификации указан керамический конденсатор для COUT.