Was hat einen besseren Wirkungsgrad: Aufwärts- oder Abwärts-Schaltspannungsregler?

Ich habe eine Lithium-Batterie-Pack-Schaltung , die 4,2 V (zwei 4,2 V-Zellen parallel) in 5 V umwandelt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Tiefsetzstellers von 8,4 V (zwei 4,2 V-Zellen in Reihe) auf 5 V. Wenn man bedenkt, dass beide genannten Schaltkreise gut implementiert sind, welche Wahl wäre in Bezug auf die Verlustleistung effizienter?

Ich bin auf der Suche nach einer allgemeinen Regel, wie "Step-down ist immer besser als Step-up" oder "die absolute Spannungsdifferenz ist wichtig" usw.

Aufwärtswandler sind in der Regel weniger effizient als Abwärtswandler, jedoch nicht viel. Der Hauptgrund liegt darin, dass der Induktorstrom während der Einschaltdauer direkt zur Erde fließt und nicht durch die Last, wie dies bei Buck-Wandlern der Fall ist. In einem Artikel der EE-Times heißt es: Entschlüsselung der Leistungsverluste beim Schalten von Hochsetzstellern

Da der Induktivitätsstrom während der Einschaltzeit nach Masse fließt, fließt im Allgemeinen nur ein Bruchteil (Verhältnis von Ausschaltzeit zu Periodendauer) zum Ausgang, wie durch die Impulsströme in Abbildung 2 veranschaulicht (dies ist der Grund, warum Hochsetzsteller im Allgemeinen weniger sind) Energieeffizienter als Buck-Wandler

Da die Effizienzunterschiede nicht signifikant sind, ist es wahrscheinlich besser, sich für zusätzliche Kriterien zu entscheiden, als nur die Effizienz des Reglers zu bestimmen, einschließlich:

• Ladekomplexität (Einzelzelle ist einfacher).
• Kosten
• Größe
• Zellen in Serie werden durch ihre schwächste Zelle begrenzt.
• Parallele Zellen neigen dazu, sich gegenseitig aufzuladen, und aufgrund des chemischen Prozesses wird die Effizienz beeinträchtigt.
• Verluste durch höheren Eingangsstrom bei niedrigeren Spannungen (parallele Zellen).

Batterien lieben es oft nicht, direkt parallel geschaltet zu werden, da eine Nichtübereinstimmung der Leerlaufspannung dazu führt, dass die Batterie mit höherer Spannung Strom in die schwächere einspeist. Wenn man wiederaufladbare Batterien verwendet und die Ladezustände ausreichend sind, kann dies einfach dazu führen, dass die Batterien versuchen, sich auszugleichen. Bei Verwendung von Primärzellenbatterien oder wenn die Ladezustände nicht besonders genau sind, kann dieser Stromfluss für beide Batterien nachteilig sein.

Das Verkabeln von Batterien in Reihe ist oftmals sicherer, vorausgesetzt, der Strom wird abgeschaltet, bevor die Spannung einer Batterie unter den sicheren Mindestwert fällt. Bei Primärzellenbatterien beträgt der minimale Sicherheitslevel ungefähr null Volt (die Sorge ist nicht, dass eine leere und unbrauchbare Batterie "beschädigt" wird, sondern die Möglichkeit, dass eine rückwärts angetriebene Primärzellenbatterie schädliche Chemikalien auf benachbarte Schaltkreise abgibt). Bei wiederaufladbaren Batterien ist die minimale Sicherheitsspannung viel höher (ein Entladen der Batterien unter diesem Punkt kann den Verschleiß erheblich beschleunigen).

Jegliche Unterschiede in der Effizienz von Aufwärts- und Abwärtskonvertierung sind im Vergleich zu Problemen, die sich aus Reihen- oder Parallel-Batterieanschlüssen ergeben, geringfügig.