¿Cuál sería la forma menos costosa de aumentar un voltaje de CC?
El objetivo es convertir 1.2 V / 1.5 V (de una celda AA / AAA) a 3.3 V para alimentar un pequeño microprocesador de 8 bits, como Atmel ATtiny45 o ATtiny2313, y también (si es posible) 6 V para alimentar un zumbador.
Además, ¿cuál sería la corriente máxima que se podría extraer de forma segura de una batería alcalina, después de aumentarla a 3.3 V / 6 V?
Finalmente, ¿cómo podría calcular la duración que duraría la batería alcalina, dado un cierto consumo?
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icarus74
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Respuestas:
Existe una técnica llamada bomba de carga con la que puede duplicar el voltaje, pero eso solo le dará 3V de una celda de 1.5V, y aún menos de la celda de 1.2V. Todavía lo menciono porque varios microcontroladores en estos días funcionarán con voltajes de hasta 2V. Una bomba de carga solo puede suministrar corriente limitada, suficiente para alimentar el microcontrolador, pero los dispositivos de potencia adicionales como motores o relés están apagados. El voltaje también caerá bajo carga. Entonces no es ideal. El LM2660 es una bomba de carga de condensador conmutado.
La mejor solución es un regulador de conmutación . Estos existen en dos topologías principales: "ceder" para pasar de mayor a menor voltaje, y "aumentar" para pasar de menor a mayor voltaje. Entonces quieres un regulador de impulso. Los principales fabricantes incluyen Linear Technologies (más caro) y National Semiconductor (recientemente adquirido por Texas Instruments). El LM2623 puede funcionar con voltajes de entrada tan bajos como 0.8V.
Sobre corriente y duración de la batería. Asumiré que estás trabajando con baterías de 1.5V. Los que están aquí en mi mesa están clasificados para 2300 mAh, así que usemos ese valor. También digamos que su microcontrolador más extras necesitan 100mA a 3.3V. Eso es 330mW. Si el conmutador tiene un 85% de eficiencia, significa que consume 330 mW / 0.85 = 390 mW de la batería. Eso es a 1.5V, por lo que extraerá 260mA de la batería. La batería tiene una capacidad de 2300 mAh, entonces su dispositivo puede funcionar por 2300 mAh / 260 mA = 9 horas con una carga.
Si planea cargar la batería con bastante fuerza, me quedaría por debajo de 2300 mA, lo que la agotará en 1 hora.
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Para obtener un voltaje de potencia más alto de una batería como esa, se necesita un tipo particular de fuente de alimentación conmutada llamada "convertidor de refuerzo". Esto usa un inductor para hacer chorros de mayor voltaje. El concepto es el mismo que un martillo produce chorros de presión mucho más alta que la que su brazo puede entregar directamente a la uña.
Hay chips por ahí que integran gran parte de esto. Linear Technologies, ST Micro, TI y varios otros hacen tales chips. Algunas de las ofertas de Microchip son bastante agradables dentro de un rango de voltaje estrecho como usted.
Hacer un voltaje más alto está bien, pero estos chips aún están limitados a las leyes básicas de la física. No pueden proporcionar más potencia de salida que dentro. Dado que la potencia es el voltaje multiplicado por la corriente, la corriente de salida debe disminuir a medida que aumenta la tensión. Al igual que con el martillo, su brazo tiene que hacer mucho más movimiento del que se imparte al clavo a cambio de una mayor fuerza. Por supuesto, también habrá alguna pérdida. Algo superior al 90% es bastante bueno. Digamos, por ejemplo, que su conmutador de refuerzo es 80% eficiente y está produciendo 3.3V a 100mA desde 1.3V hacia adentro. 3.3V * 100mA = 330mW. Contabilizando la pérdida en el conmutador, 330mW / 80% = 413mW in. 413mW / 1.3V = 317mA, que es la corriente que se extraerá de la batería.
En este ejemplo, la corriente de la batería es de 317 mA, que está dentro del rango de lo que puede soportar un tipo AA por un tiempo. Para tener una idea de cuánto durará la batería, debe observar la capacidad de la batería. Esto se expresa en tiempo actual *, como mA-horas. Digamos que su batería AA tiene una capacidad de 2 Ah. En la primera aproximación, 2 Ah / 317 mA = 6,3 horas de tiempo de ejecución. Sin embargo, hay muchas cosas que arruinan este análisis básico. Por un lado, la corriente no será de 317 mA durante toda la vida de descarga de la batería. A medida que el voltaje de la batería disminuye, la fuente de alimentación conmutada consumirá más corriente. La temperatura también afecta en gran medida la capacidad de la batería. Si está destinado a funcionar al aire libre en un ambiente frío, es posible que solo obtenga la mitad o menos de la capacidad nominal de la batería. La corriente misma también afecta la capacidad. Probablemente, 300 mA para un AA no llegue al punto en el que degrada significativamente la capacidad, pero 1A ciertamente lo sería. Puede obtener 2.0 Ah a 300mA, pero solo 1.6 Ah a 800mA. Estoy inventando números. Probablemente no sean totalmente ridículas para la mayoría de las baterías AA, pero realmente debe consultar la hoja de datos de la batería usted mismo.
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Las respuestas dadas no funcionarán en las versiones del mundo real de lo que describe o están lejos del costo más bajo.
La hoja de datos LM2623 de Steven es una opción razonable y comenzará en 1.1V y se ejecutará en 0.9V, pero el IC cuesta alrededor de 60 centavos.
Si realmente desea el costo más bajo, una buena versión del Joule Thief es un buen candidato. Uso ese nombre, ya que te llevará a muchas variantes, pero la forma original no es muy eficiente. Sin embargo, una vez que tenga la idea, puede mirar las opciones y elegir una.
El "Joule Thief" es un convertidor de impulso auto oscilante de un transistor que utiliza un devanado principal del inductor más un devanado de retroalimentación del inductor. Para el uso de bricolaje, podría construir uno de forma gratuita desde casi cualquier dispositivo electrónico desechado moderno o si comprando piezas nuevas o sobrantes podría construir uno con 10 a 20 centavos de piezas.
Aquí hay un buen ejemplo de una página de DIY Joule Thief
La imagen compuesta a continuación está compuesta por 3 imágenes de la página anterior:
Otros: puede construir convertidores de impulso con un transistor y dos inductores separados; la ventaja es que no necesita dos devanados. Y el clásico oscilador Colpitts utiliza un inductor sin explotar.
Un número aquí y
Otras versiones:
Bueno
Unos cuantos millones más
Wikipedia:
Adicional:
El ladrón básico de Joule no es un diseño maravilloso. Su característica sobresaliente es que funciona en muchos casos, por lo que introduce conversiones de energía, SMPS, convertidores de impulso y más a muchos aficionados a la electrónica relativamente inexpertos y sin educación.
Se pueden encontrar varias ideas sobre las versiones reguladas mirando a través de esta colección (YMWV).
Me topé con algunas respuestas anteriores de Joule Thief de intercambio de fichas que parecen tener cierta relevancia. La búsqueda de "Joule Thief" en este sitio mostrará algunos más.
¿Cómo puedo calcular un ladrón de Joule?
solución alternativa a: ¿Cómo puedo calcular un ladrón de Joule?
Ambos diciembre de 2012
Varios controladores de una celda a LED aquí
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Los circuitos integrados más baratos para convertidores de impulso que conozco son el 34063 y el MCP1640. La salida del MCP1640 solo sube a 5V, pero es más eficiente y parece más fácil de usar (menos partes externas) que el 34063, excepto que el MCP1640 solo está disponible como SMD.
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El botón del tablero
Desde Amazon Dash Button Teardown
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Hay muchos circuitos baratos y alegres (¿o desagradables?) En eBay o AliExpress si buscas un "Circuito USB Boost" o similar. Estos se venden como un dispositivo terminado por $ 0.30 - $ 2, dependiendo de la cantidad que desee, por lo general son alrededor de 25 mm x 19 mm, y si mira detenidamente las fotos, a veces puede leer el código del producto IC de control y averiguar cuál es (aunque aún mejor Los proveedores de AliExpress proporcionarán la hoja de datos en el listado). Casi cada uno de estos tendrá un divisor de resistencia que escala el voltaje de salida a un voltaje de referencia y cambiar la resistencia en una pata del divisor le permitirá obtener 3V3 en lugar de los 5V que se envían.
Compré 50 para bajar el precio, desoldeé los enchufes USB, solde en soportes dobles AA (a $ 0.19), y ahora tengo un montón de fuentes de alimentación baratas que puedo configurar a cualquier voltaje que necesite para un proyecto. No creo que realmente se pueda superar $ 0,50 por fuente de alimentación.
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Considere cambiar a una batería en el voltaje que desee, y posiblemente a una segunda para el timbre.
(Si realmente necesita 1.2V / 1.5V para otra cosa en el mismo circuito, entonces esto no aplica)
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