Yang memiliki efisiensi lebih baik: regulator tegangan switching step-up atau step-down?

19

Saya memiliki rangkaian paket baterai Lithium yang mengubah 4.2V (dua sel 4.2V secara paralel) menjadi 5V. Pilihan lain adalah menggunakan konverter step-down dari 8.4V (dua seri 4.2V secara seri) ke 5V. Mempertimbangkan kedua sirkuit yang dikutip tersebut dilaksanakan dengan baik, pilihan mana yang akan lebih efisien dalam hal disipasi daya?

Saya mencari beberapa aturan umum sebagai "step-down selalu lebih disukai daripada step-up" atau "masalah perbedaan tegangan absolut" dll.

voltage-regulator switching-losses viyps
sumber
Terkait, tetapi tidak tentang efisiensi: Tegangan naik atau turun tegangan saat menggunakan baterai?
viyps
Keduanya secara teori serupa ketika ditenagai dari sumber tegangan ideal tetapi Anda menggunakan baterai dan ini membuat perbedaan. Anda mungkin menemukan bahwa baterai seri pada 8.4v lebih baik daripada paralel pada 4.2v.
Andy alias

Jawaban:

9

Boost converter biasanya kurang efisien daripada Buck converter, tetapi tidak banyak. Alasan mendasar berkaitan dengan arus induktor yang mengalir langsung ke tanah selama waktu, bukan melalui beban, seperti halnya pada konverter Buck. Ada artikel EE-Times yang menyebutkan ini: Mengurai kerugian daya dalam beralih konverter boost

Namun, secara umum, karena arus induktor mengalir ke tanah selama waktu tersebut, hanya sebagian kecil (rasio waktu ke waktu) mengalir ke output, seperti yang diilustrasikan oleh arus yang bergetar pada Gambar 2 (ini adalah alasan mengapa boost converter umumnya kurang hemat daya daripada konverter uang)

Gambar 2. Komposisi dan distribusi saat ini di konverter boost

Karena perbedaan efisiensi tidak signifikan, Anda mungkin lebih baik memutuskan kriteria tambahan daripada efisiensi regulator saja, termasuk:

  • Kompleksitas pengisi daya (sel tunggal lebih sederhana).
  • Biaya
  • Ukuran
  • Sel-sel dalam seri akan dibatasi oleh sel terlemah mereka.
  • Sel-sel secara paralel cenderung saling mengisi, dan ada efisiensi karena proses kimia.
  • Kerugian karena arus input yang lebih tinggi dengan voltase yang lebih rendah (sel paralel).
apalopohapa
sumber
0

Baterai sering tidak terlalu suka kabel langsung secara paralel, karena ketidakcocokan dalam tegangan sirkuit terbuka akan mengakibatkan arus makan baterai tegangan tinggi ke yang lebih lemah. Jika seseorang menggunakan baterai yang dapat diisi ulang dan status pengisian cukup dekat, ini dapat menyebabkan baterai mencoba untuk menyamakan satu sama lain. Namun, ketika menggunakan baterai sel primer, atau jika status pengisian tidak terlalu dekat, aliran arus ini dapat merusak kedua baterai.

Baterai kabel secara seri seringkali lebih aman, asalkan arus dimatikan sebelum tegangan baterai turun di bawah tingkat aman minimum. Untuk baterai sel primer, tingkat keamanan minimum kira-kira nol volt (kekhawatiran tidak menjadi "kerusakan" baterai mati dan tidak berguna, melainkan kemungkinan bahwa baterai sel primer yang mengemudi kembali dapat membuang bahan kimia berbahaya pada sirkuit di dekatnya). Untuk baterai sel yang dapat diisi ulang, tegangan aman minimum jauh lebih tinggi (menguras baterai di bawah titik itu dapat mempercepat keausan).

Setiap perbedaan dalam efisiensi konversi step-up versus step-down cenderung kecil dibandingkan dengan masalah yang dihasilkan dari koneksi baterai seri atau paralel.

supercat
sumber
2
Komentar lama tetapi premis tampaknya agak miring. Jika Anda memasang baterai secara paralel, Anda akan selalu melakukannya sehingga cocok pada saat koneksi. Kemudian, mereka akan tetap cocok karena mereka paralel. Beban berkelanjutan yang besar dapat tidak cocok jika mereka IR yang sangat berbeda, tetapi kemungkinan tidak signifikan. Sementara baterai dalam seri harus sangat mirip agar tetap cocok tanpa sirkuit keseimbangan. Ini membuat koneksi seri dalam banyak hal menjadi lebih sulit. NiMH adalah binatang yang berbeda, untuk alasan yang saya tidak tahu. Mungkin Anda memikirkannya, tapi itu pengecualian.
Tomek