Wie verwende ich einen einstellbaren LDO-Regler, um Geräte mit USB mit Strom zu versorgen, die normalerweise AA/AAA-Batterien verwenden (oder sollte ich)?

Ich möchte USB verwenden, um Geräte mit Strom zu versorgen, die für den Betrieb mit einer, zwei oder drei AA/AAA-Batterien ausgelegt sind. Drei scheint am kniffligsten zu sein, da die Spannung nur um ~0,5 V von 5 ± 0,25 V auf 4,5 V gesenkt werden muss.

Nach dem Lesen (meine Elektronikkenntnisse sind extrem eingerostet) scheint ein einstellbarer Low-Dropout-Regler (LDO) der richtige Weg zu sein (aber bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege). Die beste lokal verfügbare Option scheint ein NCV59302 zu sein , und da ich erwarte, dass er maximal 1 A bei 4,5 V zieht, sollte seine Abfallspannung von ~ 175 mV bei 1 A bedeuten, dass ich 4,5 V erhalten kann, solange die USB-Leistung > 4,675 V beträgt.

Allerdings bin ich mir nicht sicher, wie ich es richtig zum Laufen bekomme. Das Datenblatt ist hier , und meine Interpretation der Anweisungen ist im Schaltplan unten dargestellt. Was mir am unklarsten ist, sind die Widerstände, obwohl mir bewusst ist, dass ich andere große Fehler hätte machen können. Jemand hat hier bereits nach den Widerständen für einen NCP59302 gefragt , ein sehr ähnliches Bauteil (ich bin mir nicht sicher, was der Unterschied zwischen NCV und NCP ist), aber nachdem ich die Antworten gelesen habe, bin ich mir immer noch nicht sicher, welche Widerstände funktionieren. Ich bin mir auch nicht zu 100% sicher, was die Komponenten oder die Verkabelung betrifft.

NCV59302 Versuchsschaltung

  • R1 ist ein 500-Ω-Potentiometer mit nicht spezifizierter Nennleistung (spielt das eine Rolle? Ich nehme an, dies muss nur die 100-350 nA "Adjust Pin Bias Current" tragen)
  • R2 ist ein 180 Ω 2 Watt Drahtwiderstand

Die im Datenblatt angegebene Formel zur Ermittlung der Ausgangsspannung lautet:

v Ö U T = 1.24 v × ( 1 + R 1 / R 2 ) + ICH A D J × R 1

I ADJ beträgt typischerweise 100 nA und kann bis zu 350 nA betragen, aber dies macht einen vernachlässigbaren Unterschied zu V OUT . Soweit ich das beurteilen kann, würde dies mit R2 als 180-Ω-Widerstand 1,5 V, 3 V und 4,5 V ausgeben, wenn das R1-500-Ω-Potentiometer auf ~37,7 Ω, 255,5 Ω bzw. 473,2 Ω eingestellt wäre. Oder übersehe ich etwas?

Zu den anderen Komponenten:

  • C IN ist ein 1 μF 50 V Elektrolytkondensator
  • C OUT ist ein 47 μF ±20 % 6,3 V X5R dielektrischer SMD-Keramik-Mehrschichtkondensator (es würde mich dasselbe kosten, ein 100 μF-Modell mit denselben Spezifikationen zu bekommen, wenn es einen Vorteil gibt)

Ich denke, die wichtigste Frage ist: Wenn ich das alles wie im Schaltplan oben verdrahtet habe, sollte es funktionieren? Oder habe ich einen Fehler gemacht?

Vielen Dank im Voraus.

Haben Sie darüber nachgedacht, eine einfache Reihendiode zu verwenden, um einen kleinen Spannungsabfall zu erzielen? Die meisten Dioden haben einen Spannungsabfall von 0,7 V, was dem Gerät etwa 4,3 V liefern würde. Da NiMH-Zellen eine Nennspannung von 1,2 V / Zelle (oder 3,6 V für 3) haben, liegen Sie gut innerhalb der Betriebsspannung des Geräts. Offensichtlich wäre das nicht für die niedrigeren Spannungsanforderungen geeignet. Muss dieselbe Schaltung alle 3 Spannungen liefern?
Vielen Dank für Ihren Kommentar. Ich möchte alle drei Spannungen über einen USB-Stecker liefern können, und obwohl es sich nicht um einen Stromkreis handeln muss, würde ich es definitiv vorziehen. Das und ich möchte die Kosten niedrig halten - der Preis für alle wesentlichen Teile zum Bau von weiteren 1 oder 2 separaten Schaltkreisen ist leider höher als die Kosten für die spezialisierten Komponenten dieses Schaltkreises. Nebenbei bemerkt, ich finde, dass NiMH-Batterien einige meiner Geräte nicht mit Strom versorgen (obwohl 4,3 V nicht 3,6 V sind). Ich denke, ich könnte einen Schalter einbauen und die verschiedenen Spannungen separat handhaben lassen.
Beachten Sie, dass sehr einfache Geräte vom Innenwiderstand der Batterie abhängen und selbst keinen Überstromschutz haben.
Daran habe ich nicht gedacht. Gibt es eine einfache Möglichkeit, das zu umgehen, oder sollte ich einfach sehr einfache Geräte vermeiden? Anscheinend beträgt der Kurzschlussstrom einer AA-Batterie knapp über 1 A, und laut einer Grafik von Energizer haben ihre frischen AA-Alkalibatterien bei Raumtemperatur einen Innenwiderstand von etwa 0,1-0,2 Ω. Aber ich bin mir nicht sicher, wohin ich von dort aus gehen soll.

Antworten (2)

Die Schaltung wie gezeigt funktioniert. Denken Sie jedoch daran, dass es sich um einen Linearregler handelt, was bedeutet, dass die Spannung abfällt, indem überschüssige Energie in Wärme umgewandelt wird. Bei 4,5 V ist der Abfall gering, aber wenn Sie bei 500 mA auf 1,5 V (3,5 V Abfall) abfallen (Sie sollten nicht erwarten, mehr von USB zu ziehen), müssen Sie mit 1,75 W Wärme fertig werden. Die Wärmemenge, die der von Ihnen verbundene IC abführen kann, hängt vom PCB-Design ab (wollten Sie eine oberflächenmontierte Komponente anschließen?), Aber in jedem Fall wären 1,75 W das obere Ende dessen, was Sie von einem TO-220-Gehäuse erwarten können Komponente zu zerstreuen. Ich würde wahrscheinlich einen Kühlkörper verwenden oder sicherstellen, dass meine Last nicht so viel Strom zieht.

Die Widerstandsauswahl spielt im Grunde keine Rolle. Die beiden Aspekte, die Sie normalerweise bei der Auswahl von Widerständen berücksichtigen müssen, sind die Nennleistung (1/4 W, 1/2 W usw.) und die Toleranz (1 %, 5 %, 10 %). Die Nennleistung ist in diesem Fall nicht wichtig (siehe unten) und da Sie ein manuell einstellbares Potentiometer haben, ist die Toleranz auch nicht wichtig. Fast jeder Widerstand mit ungefähr dem richtigen Wert würde dafür ausreichen R 2 .

Beide Widerstände können solche mit niedriger Wattzahl sein. Wie Sie gesagt haben, die ICH A D J Strom ist vernachlässigbar und kann vollständig ignoriert werden. Außerdem fließt ein Strom durch die beiden Widerstände von der Ausgangsspannung nach Masse, den Sie mit dem Ohmschen Gesetz berechnen können ( v = ICH R ). In allen Fällen wird dies etwa 7 mA betragen.

Die Kondensatoren dienen der Filterung/Reduzierung der Welligkeit und ihre Eigenschaften sind nicht allzu wichtig. Wenn sie ungefähr mit den im Datenblatt vorgeschlagenen übereinstimmen (und die Nennspannung über dem angezeigten Wert liegt), sollte es keine Probleme geben.

Deine Berechnungen scheinen zu stimmen. Dies ist nur eine grundlegende Spannungsteilerberechnung . Der Regler passt die Ausgangsspannung an, bis er 1,24 V auf ADJ sieht. Sie können bestätigen, dass Ihre Berechnungen mit der auf Wikipedia angegebenen Gleichung korrekt sind:

v D ich v = v ich N × R 2 R 1 + R 2

Wo v D ich v ist 1,24 V, v ich N ist Ihre Zielspannung und Sie möchten lösen R 1 .

R 1 = v ich N × R 2 − v D ich v × R 2 v D ich v

für den 4,5V-Fall also:

R 1 = 4.5 × 180 − 1.24 × 180 1.24 = 473 Ω .

Die Elektronik weist eine inhärente Variabilität auf, was bedeutet, dass die von Ihnen berechneten Werte beim Verkabeln nicht genau richtig sind. Verdrahten Sie es, verbinden Sie den Ausgang mit einem Voltmeter und stellen Sie das Potentiometer ein, bis Sie die richtige Spannung haben.

Vielen Dank, das war eine fantastische Antwort. Ich habe mir nicht genug Sorgen um die Hitze gemacht. Alle USB-Buchsen werde ich mit Ausgang 1-2.1A verwenden, daher besteht ein großes Potenzial, dass es zu heiß wird. Vielleicht könnte ich einfach einen Dreiwegeschalter einbauen, der eine Reihendiode hat, die von einem Kontakt kommt, und zwei separat kalibrierte Step-Down-Spannungsreglermodule (mit einem minimalen Spannungsabfall von 1,5 V), die von den anderen beiden kommen. Es wäre einfacher, effizienter (?), wahrscheinlich billiger und den Geräuschen nach sicherer und zuverlässiger.
Es ist nicht das, was der Hafen liefert, es ist, was die Last zieht.
Wenn ich es mit einer Diode und den Reglermodulen machen würde, welche Art von Diode sollte ich verwenden? Benötige ich nur eine Standard-Siliziumdiode mit einem Nennstrom und einer Nennspannung von mindestens so viel wie die 5 V 2,1 A, die geliefert werden könnten? Würde zum Beispiel diese IN5408 1000 V 3 A Leistungsgleichrichterdiode den Zweck erfüllen? Und gibt es noch etwas, das ich wissen sollte, bevor ich das ausprobiere, was ich im obigen Kommentar erwähnt habe?
@IgnacioVazquez-Abrams Das wusste ich, habe aber nicht wirklich über die Last nachgedacht, die ein mit Batterien betriebenes Gerät ziehen würde. Ich werde es mit nichts verwenden, das mit Standard-Alkalibatterien weniger als 6 Stunden halten würde, also denke ich, dass nichts mehr als ~ 433 mA ziehen wird, wenn eine Alkali-AA eine maximale Kapazität von 2800 mAh hat . Aber ich möchte sicher sein, dass es nicht durchbrennt, wenn ich es mit etwas verwendet habe, das bis zu 1A gezogen hat. Es sei denn, ich bin einfach weit weg und nichts zieht so viel von einem AA / AAA.
Denken Sie daran, dass USB zwar nominell 500 mA hat, aber nicht alle Hosts zulassen, dass Geräte dies ohne irgendeine Art von Verhandlung ziehen. Einfache USB-Ladegeräte werden dies wahrscheinlich tun, aber ein Laptop kann Sie auf 100 mA begrenzen. Wikipedia gibt ein paar Informationen
Okay, das ist gut zu wissen. Im Moment sehe ich nur vor, dies nur an Ladegeräten und dergleichen mit einem Nennstrom von 1-2,1 A zu verwenden, aber ich hätte erwartet, dass es mindestens 500 mA aus einem USB 2.0-Anschluss eines Computers ziehen kann. Ich muss es auf einigen Computern ausprobieren. Hast du meine Frage zur Diode oben gesehen?
Das stelle ich mir vor. Das Datenblatt zeigt, dass es einen Spannungsabfall von etwa 0,75 V bei 500 mA haben würde, was ungefähr richtig wäre. Diese Schaltregler würden wahrscheinlich funktionieren. Schaltregler können ziemlich laut sein - abhängig von den im Modul verwendeten Filtern. Am Ende ist es am besten, es zu versuchen und zu sehen!

Ich denke, Sie haben richtig gerechnet, aber mit nur maximal 350 Nanoampere, die für Iadj erforderlich sind, verschwenden Ihre Widerstände einen Großteil der Kapazität der Batterien.

Der einfache Weg, dies zu tun, besteht darin, Vadj auf 1,24 Volt einzustellen, wobei Ihr gewünschter Vout am oberen Ende der Saite liegt und mindestens Iadj und der Strom durch R2 beide durch R1 fließen.

Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben 100 Mikroampere, die wir für die Zeichenfolge entbehren können, und Iadj beträgt 100 nA gemäß Datenblatt.

Wenn dann die verbleibenden 99,9 Mikroampere durch R1 und R2 fließen, wobei Vout gleich 4,5 Volt ist und Vadj gleich 1,24 Volt ist, bezogen auf Masse,

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

Und,

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

Wenn Iadj jedoch zufällig 350 nA wäre und R1 und R2 dieselben Werte blieben, würde Vadj auf 1,24 V und IR2 auf 99,9 µA bleiben, aber der Strom durch R1 würde auf 100,25 µA ansteigen, was den Abfall über R1 erzwingen würde auf 3,268 Volt und Vout auf 4,51 Volt, so dass diese Widerstandswerte die Belastung der Batterien verringern würden.

Ihre Schaltung ist genau wie die in Abbildung 21 des Datenblatts, also sollte sie gut funktionieren.

Keramikkondensatoren?

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

Danke. Es schien seltsam, zwei Widerstände ohne Rücksicht auf ihre Widerstandswerte außer ihrem Verhältnis zueinander auszuwählen. Das hat einiges erklärt. CIN ist keine Keramik, aber das Datenblatt gibt einen Keramikkondensator für COUT an.
Wie verwende ich einen einstellbaren LDO-Regler, um Geräte mit USB mit Strom zu versorgen, die normalerweise AA/AAA-Batterien verwenden (oder sollte ich)?
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