Ströme beim Herunterwandeln von Spannungen

Es hängt davon ab, wie die Konvertierung durchgeführt wird, und im Großen und Ganzen gibt es zwei Optionen:

• Linearwandler haben ungefähr die gleichen Eingangs- und Ausgangsströme,
• Schaltwandler (und Transformatoren) verhalten sich wie Getriebe und bieten ein anderes Spannungs-/Stromverhältnis (das wie ein Drehmoment-/Drehzahlverhältnis ist), sind aber immer noch durch Energieeinsparung begrenzt .

Ein linearer Wandler lässt die Spannung über einem Halbleiter (einer Art Transistor) fallen, daher wird dieser Transistor viel Wärme abgeben. Wenn Sie einen 5-V-Linearregler haben, der von Ihrer 12-V-6-A-Versorgung versorgt wird, kann auch dieser nur 6 A ausgeben, und der Regler wird sich auflösen

$$P = (V_{in} - V_{out}) * I_{out} = (12-5)*6 = 42W$$ und dieser Prozess hat eine Effizienz von $$n = P_{out} / P_{in} = (5*6)/(12*6) = 41.7\%$$

Für kleine Spannungsabfälle wie 1-3 V ist dies ein vernünftiger Ansatz. Bei größeren Tropfen können Sie jedoch sehen, dass es sehr ineffizient wird, da die Effizienz das Spannungsverhältnis ist. Angenommen, Sie haben 120 V linear in 12 V umgewandelt, das wäre 10 % effizient; das Netzteil würde 9x so viel verbrauchen wie die Last!

Bei einem Schaltwandler bedeutet das Energieerhaltung

$$(P_{out} = V_{out} * I_{out}) \le (P_{in} = V_{in} * I_{in} )$$

Ihre 12-V-6-A-Versorgung hat einen extrem schlechten Wirkungsgrad:

$$n = (6*12)/(1.5*120) = 40\%$$ was mich zu der Annahme veranlasst, dass die Nennleistung von 1,5 A für den Einschaltstrom und nicht für den stationären Betrieb gilt oder dass die Versorgung einen sehr schlechten Leistungsfaktor hat. Es handelt sich wahrscheinlich um eine Anordnung aus Transformator + Gleichrichter + Kondensator anstelle einer Schaltversorgung.

Angenommen, Sie hätten einen schaltenden DC-DC-Wandler mit einem Wirkungsgrad von 80%, was nicht unangemessen ist. Wenn Sie es über eine 12-V-6-A-Versorgung mit Strom versorgen und 5 V davon benötigen, dann:

$$P_{out} = V_{out}*I_{out} = n * P_{in}$$ $$P_{out} \le 0.8*12*6$$ $$I_{out} = P_{out} / V_{out} \le 11.52A$$

Also ja, Sie können mehr Strom herausholen, indem Sie auf eine niedrigere Spannung umwandeln, wenn Sie die richtige Art der Umwandlung verwenden.

Bearbeiten: Wenn Sie mechanisch geneigt sind, denken Sie an Spannung = Drehmoment und Strom = Geschwindigkeitsäquivalenz.

$$power = voltage * current = torque * speed$$ Ein effizienter Spannungswandlungsprozess ist wie ein Getriebe, da er Ihnen ein höheres Drehmoment bei niedrigerer Drehzahl oder umgekehrt ermöglicht.

Bearbeiten 2: Eine lineare Konvertierung ist wie eine Bremse. Es reduziert das verfügbare Ausgangsdrehmoment (Spannung), indem es eine Menge Leistung als Wärme abführt, und ändert nicht die Betriebsgeschwindigkeit (Strom).

Wenn Sie diesen Adapter bei 12 V bei 6 A hatten, kann er auf 5 V konvertiert werden.

Wenn ein Linearregler verwendet würde, wäre der Strom nicht mehr als 6A und der Ausgang 5V. Die Umwandlung fällt um 7 V bei bis zu 6 A Wärme im Linearregler, sodass 42 W einige Reglerkomponenten kochen.

Wenn Sie einen geeignet ausgelegten Schaltregler verwenden, um die 12 V auf 5 V herunterzudrücken, wird der Prozess eher zu einer Nettoenergieumwandlung abzüglich des Verlusts aufgrund der Effizienz des Umschalters. Die Formel wird also:

((VoltsIn * AmpsIn) * Effizienz) / VoltsOut = AmpsOut

Denken Sie daran, dass dies mit einem geeignet konstruierten Umschalter mit Stromkapazitätsnennwerten geschieht, die auf das Beispiel anwendbar sind. Unter der Annahme, dass der Umschalter einen Wirkungsgrad von 80 % hat, wäre der maximale Strom, den Sie herausbekommen könnten, theoretisch:

(12 * 6 * 0,8)/5 = 11,52 A

In diesem Beispiel geht der Wirkungsgrad von 80 % als Wärme in den Reglerkomponenten verloren. Das wären 14,4 W erzeugte Wärme. Wesentlich weniger als das Beispiel des Linearreglers, aber etwas, das noch behandelt werden müsste.

Hoffe das hilft das Thema aufzuklären.

Übrigens .... Es ist im Allgemeinen immer besser, mit einem AC-zu-DC-Adapter zu beginnen, der die benötigte Zielspannung erzeugt, als eine zweistufige Umwandlung durchzuführen. Der richtig gestaltete Adapter mit den heute verfügbaren Komponenten kann einen Wirkungsgrad von fast 95 % erreichen.