Regulacija napona napajanja uređaja sa baterije

[YT9TP]

Pakujem opremu za portabl rad i nabavio sam LiPo bateriju koja bi trebalo da mi omogući pristojnu autonomiju. Međutim imam jedan problem. LiPo baterija kada je puna ima 16.8V sto je više nego sto je predvidjeno za moj FT-857 (prema specifikaciji maksimalan napon napajanja je 15.8V). Moram to na nek način da regulišem.

Prva ideja mi je da prosto stavim dve ispravljačke diode na red sa uređajem i to bi trebalo da obezbedi pad napona od oko 1.5 V što bi dovelo stvar u okvir dozvoljenog. Ispravljačke diode od 30 do 50 A nisu retke i nisu ni skupe.

Ali i tu je problem - diode uvek rpave pad napona pa i kada napon baterije opadne, do uređaja će i dalje dolazi manji napon, pa će mi se tako smanjiti efektivna upotrebljivost baterije. To mogu da rešim tako što bih, kada napon baterije dovoljno opadne, isključivao diode iz kola i dalje radio bez njih i bez pada napona. Ovo mi se rešenje ne sviđa jer uvek postoji mogućnost da nehodice priključim stanicu na bateriju koje je puna a bez zaštitnih dioda.

Hteo bih da napravim rešenje koje će, dok je napon visok, da izaziva pad napona i tako ga dovodi u opseg upotrebljivog, a kada napon baterije opadne, da ga propusti direktno. Ne bavim se elketronikom odavno ali mi se čini da bi to moglo da se napravi nekim mosfetom.

Interesuje me da li je neko možda pravio ovako nešto. Specifikacija kola bi bila sledeća:

- napon baterije je 16.8 V kada je puna
- minimalni dozvoljen napon baterije je 12.8 V
- maksimalna struja je 22 A
- napon napajanja radio uređaja ne sme da pređe 15.4 V
- napon napajanja radio uređaja ne sme da padne ispod 11.8 V
- dodatna opcija koja nije neophodna bi bila da ako napon baterije padne na 12.8 V treba isključiti napajanje da se zaštiti baterija od prepražnjenja.

Ovo sve naravno valja da bude što jednostavnije i što manjih gabarita.

[RoRa]

www.irf.com/technical-info/appnotes/an-970.pdf‎

Aplikacija može poslužiti kao početna ideja za gradnju linearnog regulatora sa malim padom napona. Postoje slične šeme sa P-MOSFET-ovima ( nema potrebe za posebnim izvorom napona napajanja kola gejta) ali je poseban problem održati stabilnost ( sprečavanje samooscilovanja) takvih regulatora.

[YT9TP]

Da, otprilike je ovo to sto sam mislio da bi moglo da se napravi.

[YT1JB]

Ovo jeste rešenje, ali nije dobro. Pad napona radi na račun disipacije na regulišućem tranzistoru. Dakle, ako uredjaj troši npr. 15A, razlika ulaznog i izlaznog napona regulatora je npr. 3V, imaćeš disipaciju od 15 * 3 = 45W.

Najbolje da potražiš DC-DC konvertor za date parametre. Oni su switch mode i imaju preko 95% faktor iskorišćenja tako da ćeš praktično dobiti disipaciju od samo 5% gore navedene.

[YT9TP]

Nisam ga nasao, pa zato i tražim neko home-made rešenje.

[YT9TP]

YU5RIM mi je na imejl poslao šemu stabilizatora sa mosfetima. Ovo je zanimljiva osnova kao moguće rešenje.

[YT1JB]

Klasičan stabilizator napona. Ako ćeš tako, ima raznih rešenja.

[RoRa]

Ako pogledamo karakteristiku Id=f(Vds) za Vgs kao parametar PMOSFET-a tip IRF 4905, KELCO ga nudi za 160 RSD po komadu, vidimo sledeće:
za promenu napona Vgs od -4.5V do -10V struja kroz tranzistor se menja od -2A do -20A pri čemu se Vds  (pad napona na tranzistoru) menja od -0.1 V do -0.6V pri temperaturi kristala od 175 stepeni Celzijusa ( najnepovoljniji slučaj).
Paralelnim vezivanjem više tranzistora disipacija na pojedinim tranzistorima se smanjuje.
Na osnovu navedenog, MOSFET-ovi su gotovo idealni za primenu u serijskim regulatorima jednosmernog napona jer obezbeđuju vrlo mali pad napona na regulatoru.
U regulatorima pozitivnog napona primena PMOSFET-ova ima prednost zbog jednostavnije polarizacije gejta.

[YT1JB]

To je tačno, ali za primenu u prekidačkom režimu. Vds jeste toliki i disipacija mala. Međutim, ovde MOSFET-ovi rade u aktivnom režimu i sva disipacija je na njima, dakle (ulazni napon - izlazni napon) * struja = disipacija.

[YT9TP]

To je tačno kada mosfet radi u režimu korekcije napona. To je svakako neizbežno kako god da se napon reguliše, pad napona na nečemu mora da proizvede toplotu.

Mađutim, kada napon baterije dovoljno opadne da uređaj može da radi na tom naponu, tada mosfet treba da pređe u prekidački režim, odnosno samo da propušta napajanje bez regulacije napona. Tada je bitan njegov mali prelazni otpor da bi se smanjio nepotreban pad napona.

[YT1JB]

Običan bipolarni tranzistor ima napon zasićenja Vbes oko 0.7V, a MOSFET manje npr. 0.1V, ali to je beznačajna razlika za ovu primenu. Suština regulacije kod rada na baterije je disipacija jer je to bačena energija, a cilj je da se baterije što manje troše.

[YT9TP]

Imas li neki konkretan predlog?

Ideja je da korektor napona radi tako da sve dok je napon baterija veci od 16.5V snižava napon na 16.5V ili manje, a kad napon baterijr padne na 16.5V ili manej da ga propusta sa sto manje gubitaka (po specifikacija struja koju stanica može da povuče je do 22A).

[YT1JB]

Treba ti DC DC Step-Down Converter za potrebni ulazni i izlazni napon i potrebnu struju. Ovi od 24 V se mogu modifikovati da se spusti ulazni napon. Ulazni napon ima i toleranciju jer to kod switch mode napajanja nije kritično. Npr. PC napajanje predvidjeno za 220 V radi i sa ulaznim naponom od 110 V.

Evo npr. ovo ti možda odgovara:
http://www.ebay.com/itm/DC-DC-Converter-Regulator-input-12-40volt-down-13-8volt-24V-13-8V-20A-276W-/110885711208?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item19d14dad68

[RoRa]

http://electronicdesign.com/power/zero-drop-05-voltage-regulator-costs-under-1

Šema predložena u članku, Fig. 1, radi onako kako želite jer stabiliše izlazni napon sve dokle ima šta da se stabiliše. Kada napon akumulatora dovoljno opadne regulator preko PMOSFET-a na izlaz propušta ulazni napon sa minimalnim padom napona na serijskom tranzistoru.
Naravno da je pravo,profesionalno rešenje upotreba prekidačkog regulatora, poželjno buck-boost tipa. Za amatera je teško dostižno postići u samogradnji visoke stepene iskorišćenja.