¿Es sensato usar un diodo Zener con un divisor de voltaje?

Question

Necesito convertir un voltaje flotante de 12 V a uno más o menos estable de 3.3V. Por lo tanto, compré el diodo Zener adecuado. Ahora, dado que hay una gran diferencia de voltaje, quiero simplificar la vida del Zener y reducir la posibilidad de que se dañe utilizando un divisor de voltaje 1:2.5. Así que calculo el valor del resistor del Zener requerido usando 11 V - el voltaje de origen más bajo posible: (V/2.5 - 3.3)/Iz = (4.4 V-3.3 V)/0.005 A = 220 Ohm. Y luego uso este valor para calcular el valor del otro resistor requerido para la proporción de 2.5 (147 Ohm).

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

La pregunta es: ¿tiene sentido esto? ¿Funcionará, o R2 interferirá con la operación del Zener? ¿Es un voltaje de 4.4 V lo suficientemente alto para un Zener de 3.3 V?

Answer 1

Dado que su requisito actual es bajo y no necesita una gran precisión, entonces un diodo zener es una solución barata y viable. Le sugeriría filtrar los picos y utilizar un circuito como este.

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Los valores se pueden calcular cuando tengamos toda la información.

R1 = 150ohms, R2 = 150Ohms C1 = 40V, 10uF.

El peor caso de transitorio automotriz que verá será una descarga de carga, muy probablemente 40V durante cientos de milisegundos (este es un evento poco probable y los vehículos modernos tienen protección central contra descargas de carga, por lo que es muy poco probable ver más de 40V durante cualquier tiempo). Los transitorios acoplados pueden tener un voltaje más alto pero durar décimas de microsegundos y serán eliminados por la R y C. Si el zener es de 500mW o mayor, resistirá la condición de descarga de carga por cualquier cantidad de tiempo. Use resistencias de 1W para tener buena capacidad de transitorio. El circuito funcionará por debajo de 9V de entrada y aún permitirá 5mA para polarizar el zener. Un zener de 3.9V cumplirá con su requisito máximo de 5V y no estará en peligro de no dar 3V (un zener de 3.3V puede estar un poco ajustado a baja tensión de entrada).

Answer 2

R2 no hace mucho bien, excepto aumentar la corriente de carga y disminuir la eficiencia general. Considere, su circuito podría ser reconfigurado de esta manera:

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Sin embargo, lo que puede hacer es calcular la corriente máxima que requerirá su carga, luego seleccionar R1 para que, en la corriente máxima, caiga la mayoría del exceso de voltaje de V1. Por supuesto, si la corriente de la carga disminuye, entonces menos voltaje se caerá en R1, pero es por eso que tiene el zener.

Otra manera de pensarlo: si omite R2, entonces ya tiene un divisor de voltaje, formado por R1 y su carga. Por lo tanto, solo necesita seleccionar R1 de modo que R1 y su carga hagan el divisor de voltaje que desee, teniendo en cuenta el rango de posibles corrientes requeridas por la carga y el rango de funcionamiento del zener.

Answer 3

Número.

Tenga en cuenta que R2 está en paralelo con su carga. Eliminarlo será como reducir su carga, lo que a su vez significa que no necesita tanta corriente a través de R1.

Un R1 más grande significará que cualquier transitorio en V1 resultará en un pico de corriente más bajo en el zener, en comparación con lo que habría sido el caso con R1 y R2.

Answer 4

Esta página parece ser mucho ruido y pocas nueces. No debería ser un gran problema crear un regulador de zener para esta situación particular.

Tu R2 no sirve para ningún propósito práctico. Yo lo reemplazaría con un capacitor electrolítico para reducir la impedancia de salida y proporcionar un voltaje de salida más constante que sea más inmune a picos y cortes en la entrada. Para una carga de 10mA, un valor de 47uF estará bien.

No mencionaste cuánto varía tu corriente de carga (si es que lo hace) de los 10mA nominales. Digamos que potencialmente podría duplicarse a 20mA. Y digamos que el voltaje de entrada podría caer hasta 10V. Y digamos que queremos que la corriente de zener nunca caiga por debajo de 5mA, de lo contrario la regulación de voltaje empeorará. Por último, usemos un zener de 3.9V, ya que se ajustará mejor a tus necesidades.

El valor de R1 debe ser calculado para el voltaje de entrada mínimo con la corriente de salida máxima. Así que R1 = (10V - 3.9V) / (20mA + 5mA) = 244 Ohms. (Utiliza un valor estándar de 220R)

La corriente máxima que fluirá a través de R1 será con el voltaje de entrada más alto mientras la salida esté en cortocircuito. Suponiendo una aplicación automotriz, Vin podría ser hasta 14.5V. La disipación máxima de potencia en R1 será entonces 14.5V * 14.5V / 220R = 0.96W, así que utiliza un resistor de 1W.

Bajo condiciones normales de funcionamiento, la disipación en el resistor será: (12V - 3.9V)^2 / 220R = 298mW, lo que significa que el resistor de 1W se mantendrá bastante frío.

La disipación en el zener bajo condiciones nominales será: (((12V - 3.9V) / 220R) - 10mA) * 3.9V = 105mW, lo cual está dentro de sus capacidades.

La máxima disipación en el zener será con el voltaje de entrada máximo y la carga desconectada: ((14.5V - 3.9V) / 220R) * 3.9V = 187mW, que aún está por debajo de su máxima capacidad. (Creo que es alrededor de 400mW.)

Entonces, haz de R1 un resistor de 220R 1W, D1 un diodo zener de 3.9V, y reemplaza R2 con un capacitor electrolítico de 47uF, y estarás listo para seguir adelante.

O... podrías simplemente pasar a usar algo como un regulador LM317 con un par de resistencias para ajustar el voltaje de salida, y un capacitor para estabilidad, pero esa es otra historia.