Regulamento eficiente de baixa potência? ou seja, 9 -> 5 volts

Para fornecer o máximo de corrente possível a um pequeno circuito, regulado de ~ 9V a 5V (ou 5V-> 1,5V), observei algumas opções possíveis. O que eu originalmente ia fazer (talvez um regulador para uma célula solar ou bateria de 9V) é o IC LM7805 (5v) usado como padrão. Eu li que ele usa um pouco de corrente pequena, mas razoável, para fazer isso, especialmente quando apenas a corrente de pico de 50-100mA está disponível.

Um diodo Zener avaliado em ~ 5 volts seria capaz de fazer isso de forma mais eficiente, pois manteria a tensão em ou muito perto de 5V por algum tempo mais alto, "regulando"?

Um (MOS | J) FET / outro transistor (se mais eficiente, ignorando o uso um pouco estranho) ou algo desse sentido seria capaz de diminuir a tensão com uma conversão de energia muito simples?

Reguladores lineares como o 7805 são ineficientes e, mais ainda, quando a tensão de entrada é maior. Funciona como um resistor variável, que varia seu valor para manter a tensão de saída constante, aqui 5V. Isso significa que a corrente consumida pelo seu circuito de 5V também flui através desse resistor variável. Se o seu circuito dissipa 1A, a dissipação de energia no 7805 será

$P = \Delta V \cdot I = (9V - 5V) \cdot 1A = 4W$

4W em um único componente é bastante, os 5W em seu circuito provavelmente serão distribuídos por vários componentes. Isso significa que o 7805 precisará de um dissipador de calor e isso costuma ser um sinal ruim: muita dissipação de energia. Isso será pior com tensões de entrada mais altas e a eficiência do regulamento pode ser calculada como

$\eta = \dfrac{P_{OUT}}{P_{IN}} = \dfrac{V_{OUT} \cdot I_{OUT}}{V_{IN} \cdot I_{IN}} = \dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}}$

desde . Portanto, neste caso, ou 56%. Com tensões de entrada mais altas, essa eficiência fica ainda pior. η = 5 $I_{OUT} = I_{IN}$
$\eta = \dfrac{5V}{9V} = 0.56$

A solução é um regulador de comutação ou comutador, para abreviar. Existem diferentes tipos de comutador, dependendo da proporção . Se for menor que você usa um conversor buck . Embora até um regulador linear ideal tenha baixa eficiência, um comutador ideal tem 100% de eficiência, e a eficiência real pode ser prevista pelas propriedades dos componentes usados. Por exemplo, há uma queda de tensão no diodo e resistência da bobina. Um comutador bem projetado pode ter uma eficiência de até 95%$V_{IN}/V_{OUT}$$V_{OUT}$$V_{IN}$
, como para a relação 5V / 9V fornecida. Diferentes taxas de tensão podem resultar em eficiências um pouco mais baixas. De qualquer forma, 95% eficiente significa que a energia dissipada no regulador é

$P_{SWITCHER} = \left(\dfrac{1}{\eta} - 1\right) \cdot P_{OUT} = \left(\dfrac{1}{0.95} - 1\right) \cdot 5W = 0.26W$

que é baixo o suficiente para não precisar de um dissipador de calor. De fato, o próprio regulador de comutação pode estar em um pacote SOT23, com os outros componentes, como SMDs de bobina e diodo também.

A maneira mais eficiente seria usar um conversor Buck, que é um tipo de regulador de comutação .

Esse tipo de regulador é muito mais eficiente que um regulador linear, pois converte a energia em vez de dissipar intencionalmente o extra como calor.

A energia desperdiçada no seu exemplo, se o seu circuito estiver consumindo 100mA, seria aproximadamente:
(9V-5V) * 0.1A = 0.4W A
energia desperdiçada em 1A seria em torno de (9V-5V) * 1A = 4W.
Isso será apenas cerca de 55% eficiente em comparação com talvez 80 a 95% de eficiência para um regulador de comutação.

Aqui está um exemplo de peça escolhida aleatoriamente.
Mais alguns exemplos aqui (marque as caixas de seleção diferentes para refinar a pesquisa - acabei de selecionar uma saída de 5V)

Entendo que esse é um tópico bastante antigo, mas notei que o semicondutor murata faz um conversor DC / DC que é um substituto para os ICs da série 78xx! "OKI-78SR Series" 85% de eficiência e um pacote de 3 pinos para o modelo TO-220. http://www.mouser.com/ds/2/281/oki-78sr-56393.pdf