Was ist eine einfache Spannungsbegrenzungsschaltung?

Ich suche nach einer ordentlichen Lösung für eine Eingangsspannungsbegrenzungsschaltung.

Situation:

Ich habe eine Schaltung mit einem Eingangsspannungsbereich von 6 V bis 20 V bei 3 A Spitze (die Last), meine Quelle kann jedoch zwischen 7 V und 27 V liegen.

Ich suche nach einer Schaltung dazwischen, die jede Eingangsspannung zwischen 7 V und 20 V durchlässt und jede Eingangsspannung zwischen 20 V und 27 V auf das Maximum von 20 V meiner Last klemmt. (Verlustleistung 7V*3A = 21 W)

Begrenzungsschaltung

Gewünschtes Verhalten der 'Fragezeichen' - Schaltung:gewünschtes Verhalten

Die bereits gefundenen Lösungen:

  1. Die Verwendung eines Widerstands und einer 20-V-Zenerdiode -> Wird aufgrund der Verluste im Widerstand, die ich nicht möchte, wenn meine Eingangsspannung unter 20 V liegt, und der Verluste im Zener, wenn mein Laststrom nahe Null liegt, nicht bevorzugt. .
  2. Verwenden eines 6-V-LDO --> Erfüllt die Anforderungen nicht. Wenn ich einen 20-V-Eingang zur Verfügung habe, möchte ich ihn "verwenden".
  3. Verwendung eines 20-V-Linearreglers --> Nicht spezifiziertes Verhalten, wenn die Eingangsspannung unter 20 V liegt ...
  4. Die Verwendung eines Zener mit einem Mosfet wie in https://www.circuitlab.com/circuit/9sj5kb/zener-mosfet-regulator/ --> Simulation zeigt, dass der Ausgang ~ halb so hoch ist, wenn die Eingangsspannung unter der Zenerspannung liegt Eingangsspannung, gewünschtes Verhalten wäre Vin = Vout.
Bei der Zener/Widerstand-Kombination ist es etwas effizienter, den Widerstand durch eine Glühlampe zu ersetzen, da der Filamentwiderstand im kalten Zustand niedrig ist, aber im warmen Zustand ansteigt. Einige Autoscheinwerfer, die für ~5 A ausgelegt sind, könnten eine Verbesserung darstellen.
Hier ist eine etwas raffiniertere Variante von #4
Eine Alternative, die in einigen Fällen funktioniert, besteht darin, die Schaltung einfach abzuschalten, wenn eine übermäßige Spannung auftritt, wodurch die Komplexität oder Verlustleistung vermieden wird. Ich habe das getan, um Situationen zu bewältigen, in denen der Benutzer eine falsche Spannung anlegen kann. Natürlich ist es nicht die Rechnung, wenn Sie es tatsächlich benötigen, um mit den Eingängen mit höherer Spannung zu funktionieren.
@Maple Das erreicht tatsächlich das, wonach ich suche! Jetzt herausfinden, welche Lösung billiger / einfacher ist, der Buck-Konverter oder der von eetimes :)
@SpehroPefhany Ich brauche es, um bei den höheren Eingangsspannungen zu funktionieren

Antworten (2)

Anstatt 21 W mit einem Serienpasselement zu verbrauchen, könnten Sie einen Abwärtsregler verwenden, dessen Ausgang auf 20 V eingestellt ist. Bei Eingangsspannungen unter 20 V würde der Regler im Dropout sein und die Eingangsspannung an den Ausgang weitergeben. Bei Eingangsspannungen über 20 V verhält er sich normal wie ein Abwärtsregler und hält den Ausgang auf 20 V. Sie benötigen einen Abwärtsregler, der im Drop-Out-Modus betrieben werden kann, was erfordert, dass er mit 100 % Einschaltdauer betrieben werden kann.

Interessant! Ich hatte gehofft, keinen Schaltregler zu benötigen, um Kosten und Komplexität niedrig zu halten (Ziel ist < 1,50), aber vielleicht sollte ich untersuchen, wie teuer es wirklich wäre.
Ich denke nicht, dass es komplex sein muss (je nachdem, was Sie natürlich komplex finden). So wie es zum Beispiel der LM2596 könnte. Seine Einschaltdauer kann bis zu 100 % betragen, und es werden nur wenige externe Komponenten benötigt. Es hat einen Ausfall von ~ 1,3 V, aber bei 3 A ist das nicht so schlimm, denke ich.
Ich entscheide mich fast immer für LTC, aber wenn Sie billig suchen, dann TI.
Nur dass die Eingangsspannung auf bis zu 7 V abfallen kann. Sie würden einen Abwärts-/Aufwärtsregler benötigen, wenn der Ausgang auf 20 V eingestellt wäre. Mit einem Dollar könnte man den Ausgang auf 6V setzen.

Alle linearen Lösungen müssen bei einer Ausgangsleistung von 60 W maximal 21 W verbrauchen.

Ein variabler DC-DC-Abwärtsregler kann >= 85 % effizient sein, ist aber komplexer. Suchen Sie online nach einer solchen Lösung wie einem Motordrehzahlregler und modifizieren Sie ihn, um den Regelbereich zu begrenzen.

Was ist eine einfache Spannungsbegrenzungsschaltung?
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