Понижающий преобразователь/схема с широким диапазоном входного напряжения до 3,3 В 150 мА

Я создаю устройство, которое должно работать в очень широком диапазоне входного напряжения: в некоторых сценариях входное напряжение составляет 5 В переменного тока, в других — 250 В переменного тока.

Не проблема преобразовать переменный ток в постоянный, а затем преобразовать его с помощью преобразователей в необходимые для устройства 3,3 В. Прибор потребляет ток от 10мА до 150мА на 3,3В.

Требования:

  • Широкий диапазон входных напряжений.
  • Максимально маленький размер.
  • Как можно меньше компонентов (занимаемая площадь, размер, цена).
  • Меньшее тепловыделение (другими словами, эффективность).
  • Низкий ток, очень низкое напряжение, низкая выходная мощность.

До сих пор я использовал 2 отдельных источника питания для низковольтных и высоковольтных сценариев (механическое переключение между ними):

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Нет риска попадания высоковольтного входа в низковольтную цепь: вход управляется двойным реле. Этот подход имеет следующие недостатки (с моей точки зрения):

  • Механическое переключение не так приятно.
  • Пустая трата места в крошечном приборе.
  • Ведение спецификации с аналогичными по функциям частями.

Я искал альтернативное решение, чтобы объединить 2 блока питания в один. Готовые блоки питания имеют огромные размеры: более дюйма (25 мм) в одном из измерений.

В этой ветке было предложено пока "лучшее" решение на базе широкодиапазонного регулятора LR8. Минимальное входное напряжение 13,2 В не проблема, я могу игнорировать более низкие входные напряжения...

Недостатки этого подхода:

  • Нет запасных частей для LR8 в случае нехватки на складе.
  • Поставки 1 регулятора недостаточно. Параллельное подключение LDO для меня сложно и нетривиально. Избежать перегрузки одного из них и ленивой нагрузки на другой — большая проблема.

В этой теме была предложена идея светодиодного драйвера . В общем, это хорошая идея, за исключением следующего:

  • Большинство светодиодных драйверов работают в диапазоне 80В и выше. (По крайней мере, драйвера светодиодов с более низким входным напряжением я не нашел).
  • Драйвер светодиода рассчитан на поддержание постоянного (ограниченного) тока. В моем приборе, когда ток не требуется (потребление 10 мА), драйвер повысит напряжение, чтобы достичь заданного тока. Это сожжет сам прибор.

Дополнительную идею для получения БП с широким входным напряжением можно реализовать (из области фантастики :), подключив последовательно 2 стабилизатора LTC3639 фирмы Linear. Каждый регулятор может иметь дело с диапазоном 5-150В. Так что 2 в последовательности могут выдавать 10-300 В, чего может быть достаточно. Но я понятия не имею, как их соединить... Я думаю, что это невозможно. Истинный?

Итак, у меня закончились идеи, чтобы решить проблему одного понижающего преобразователя/схемы с широким диапазоном входного напряжения, чтобы получить выходное напряжение 3,3 В при токе 10–150 мА. Пожалуйста помоги.

Что может быть лучше: развивать новое направление исследований или параллельно улучшать LDO-регулятор LR8?

Ответы (2)

Можно ли разбить вашу нагрузку на две части: точный слаботочный источник питания, который используется для микроконтроллера и всякой аналоговой фигни; и менее точный источник питания с более высоким током и более высоким напряжением, который питает такие вещи, как реле и тому подобное?

Многие из моих продуктов построены таким образом - моя шина 5 В должна подавать только от 5 до 10 мА, а нерегулируемый источник питания при любом напряжении, с которым я работаю, питает множество реле, которые используются во многих моих продуктах. Я делаю ШИМ на обмотках реле по мере необходимости, чтобы поддерживать среднее напряжение на номинальном значении при изменении входного напряжения.

У меня есть простой, но эффективный регулятор питания AC Phase Control, который хорошо работает от 16 В переменного тока на входе до 230 В переменного тока на входе. Но он хорош только для входа переменного тока (не постоянного тока) и может подавать только около 75 мА. Это не соответствует вашим требованиям.

Дуэйн, да, это вариант. Я думал о таком разделении напряжений. Однако я не представлял себе, как это реализовать. Мое ограничение заключалось в том, что часть с высоким потреблением (100 мА) также ожидает более или менее предсказуемое напряжение, а не масштабирование в широком диапазоне. Я был бы рад увидеть ваши схемы, надеюсь, что это будет хорошо.

Вам нужен очень широкий диапазон входного напряжения. Мне приходилось делать это несколько раз, поэтому я опишу, что я сделал, чтобы прибить его. Помните, что готовые вещи не могут быть получены в этих спецификациях, поэтому пришло время заняться реальным дизайном. Теперь представьте себе понижающий преобразователь, сделанный из дискретных элементов, он будет работать, хотя и с довольно низким рабочим циклом, когда входное напряжение постоянного тока высокое. Конечно, он будет нормально работать, когда входное напряжение постоянного тока низкое, например, 10 В. При высоком напряжении эффективность была бы низкой, потому что потери при переключении были бы намного выше. Это связано с тем, что потери при переключении основаны на пиковых напряжениях и пиковых токах. IC Я бы застрял в режиме пикового тока с фиксированной частотой, который наверняка сгорел бы.На моей схеме частота преобразователя изменялась в зависимости от выходной нагрузки и входного напряжения. Перед тем, как привязать это, мне удалось показать, что ожидаемые изменения частоты были менее пропорциональны и, следовательно, не так уж плохи. было 90,1%, измеренное с помощью базового оборудования. Я сохранил нормальную частоту 60 кГц, поэтому мой тест сравнивал яблоки с яблоками. Эта цифра не является чем-то особенным, и ортодоксальная конструкция ШИМ с оптимизированными частями должна превзойти это. Что я действительно обнаружил, так это что, поскольку я продолжал повышать входное напряжение вплоть до рейтинга моего джанкбокса, эффективность оставалась неизменной. Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему снижения потерь при переключении.Прежде чем приступить к этому, мне удалось показать, что ожидаемые изменения частоты были менее чем пропорциональны и, следовательно, не так уж плохи. При нормальных входных и выходных соотношениях эффективность моего птичьего гнезда с использованием деталей мусорного ящика составила 90,1%, измеренная с помощью основного оборудования. Я сохранил частоту на уровне нормальные 60 кГц, поэтому мой тест сравнивал яблоки с яблоками. Эта цифра не является чем-то особенным, и ортодоксальная конструкция ШИМ с оптимизированными частями должна превзойти ее. Что я действительно обнаружил, так это то, что, продолжая повышать входное напряжение вплоть до мой мусорный ящик работал, эффективность оставалась постоянной. Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему уменьшения потерь при переключении.Прежде чем приступить к этому, мне удалось показать, что ожидаемые изменения частоты были менее чем пропорциональны и, следовательно, не так уж плохи. При нормальных входных и выходных соотношениях эффективность моего птичьего гнезда с использованием деталей мусорного ящика составила 90,1%, измеренная с помощью основного оборудования. Я сохранил частоту на уровне нормальные 60 кГц, поэтому мой тест сравнивал яблоки с яблоками. Эта цифра не является чем-то особенным, и ортодоксальная конструкция ШИМ с оптимизированными частями должна превзойти ее. Что я действительно обнаружил, так это то, что, продолжая повышать входное напряжение вплоть до мой мусорный ящик работал, эффективность оставалась постоянной. Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему уменьшения потерь при переключении.1 % при измерении с базовым оборудованием. Я сохранил нормальную частоту 60 кГц, поэтому мой тест сравнивал яблоки с яблоками. Эта цифра не является чем-то особенным, и ортодоксальная конструкция ШИМ с оптимизированными частями должна превзойти это. Я действительно обнаружил, что поскольку я продолжал повышать входное напряжение вплоть до рейтинга моего мусорного ящика, эффективность оставалась неизменной. Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему снижения потерь при переключении.1%, измеренный с базовым оборудованием. Я сохранил нормальную частоту 60 кГц, поэтому мой тест сравнивал яблоки с яблоками. Эта цифра не является чем-то особенным, и ортодоксальная конструкция ШИМ с оптимизированными частями должна превзойти это. Я действительно обнаружил, что поскольку я продолжал повышать входное напряжение вплоть до рейтинга моего мусорного ящика, эффективность оставалась неизменной. Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему снижения потерь при переключении.Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему снижения потерь при переключении.Поэтому, если вам нужен широкий диапазон, более важно иметь какую-то схему снижения потерь при переключении.

Имеет смысл. Любой эталонный проект или пример такой схемы снижения потерь при переключении? Спасибо.