Il modo meno costoso per aumentare la tensione CC

Quale sarebbe il modo meno costoso per aumentare la tensione CC?

L'obiettivo è convertire 1,2 V / 1,5 V (da una cella AA / AAA) a 3,3 V per alimentare un piccolo microprocessore a 8 bit, come Atmel ATtiny45 o ATtiny2313, e anche (se possibile) 6 V per alimentare un cicalino.

Inoltre, quale sarebbe la massima corrente che potrebbe attingere in modo sicuro da una batteria alcalina, dopo averla aumentata a 3,3 V / 6 V?

Infine, come potrei calcolare la durata della durata della batteria alcalina, dato un certo consumo?

Esiste una tecnica chiamata pompa di carica con la quale è possibile creare un duplicatore di tensione, ma che ti darà solo 3 V da una cella da 1,5 V e ancora meno dalla cella da 1,2 V. Lo sto ancora citando perché molti microcontrollori in questi giorni lavoreranno con tensioni fino a 2V. Una pompa di carica può fornire solo una corrente limitata, sufficiente per alimentare il microcontrollore, ma i dispositivi di alimentazione extra come motori o relè sono spenti. Anche la tensione scenderà sotto carico. Quindi non ideale. L' LM2660 è una pompa di carica condensatore commutato.

La soluzione migliore è un regolatore di commutazione . Esistono in due topologie principali: "buck" per passare dalla tensione più alta a quella più bassa e "boost" per passare dalla tensione più bassa a quella più alta. Quindi vuoi un regolatore di boost. I principali produttori includono Linear Technologies (più costosa) e National Semiconductor (recentemente acquisita da Texas Instruments). L' LM2623 può funzionare con tensioni di ingresso fino a 0,8 V.

Informazioni sulla durata corrente e della batteria. Suppongo che stai lavorando con batterie da 1,5 V. Quelli qui sul mio tavolo sono classificati per 2300 mAh, quindi usiamo quel valore. Supponiamo inoltre che il microcontrollore e gli extra necessitino di 100 mA a 3,3 V. Sono 330mW. Se lo switcher è efficiente all'85%, ciò significa che consuma 330mW / 0,85 = 390mW dalla batteria. Questo è a 1,5 V, quindi attingerai 260 mA dalla batteria. La batteria ha una potenza nominale di 2300 mAh, quindi il dispositivo può funzionare per 2300 mAh / 260mA = 9 ore con una sola carica.
Se prevedi di caricare la batteria piuttosto pesantemente, rimarrei al di sotto di 2300 mA, che la scaricherà in 1 ora.

Per ottenere una tensione di alimentazione superiore da una batteria del genere, è necessario un particolare tipo di alimentatore a commutazione chiamato "boost boost". Questo utilizza un induttore per generare scatti di tensione più elevata. Il concetto è lo stesso di come un martello fa schizzi di pressione molto più elevata di quella che il tuo braccio può erogare direttamente all'unghia.

Ci sono chip là fuori che integrano gran parte di questo. Linear Technologies, ST Micro, TI e vari altri producono tali chip. Alcune delle offerte di Microchip sono abbastanza belle in un intervallo di tensione ristretto come te.

Aumentare la tensione è OK, ma questi chip sono ancora limitati alle leggi di base della fisica. Non possono fornire più potenza che in. Poiché la potenza è la tensione per la corrente, la corrente di uscita deve scendere quando la tensione aumenta. Proprio come con il martello, il braccio deve fare molto più movimento di quello che viene impartito all'unghia in cambio di una forza maggiore. Naturalmente ci saranno anche delle perdite. Qualsiasi cosa oltre il 90% è abbastanza buona. Supponiamo ad esempio che il tuo boost switcher sia efficiente all'80% e stia producendo 3.3V a 100mA in uscita da 1.3V in. 3.3V * 100mA = 330mW. Tenendo conto della perdita nel commutatore, 330mW / 80% = 413mW in. 413mW / 1.3V = 317mA, che è la corrente che verrà assorbita dalla batteria.

In questo esempio, la corrente della batteria è di 317 mA, che rientra nel range di ciò che un tipo AA può sostenere per un po '. Per avere un'idea della durata della batteria, è necessario esaminare la capacità della batteria. Questo è espresso nel tempo corrente *, come mA-ore. Supponiamo che la tua batteria AA abbia una capacità di 2 Ah. A prima approssimazione, 2 Ah / 317 mA = 6,3 ore di autonomia. Tuttavia, ci sono molte cose che incasinano questa analisi di base. Per prima cosa, la corrente non sarà di 317 mA per tutta la durata della scarica della batteria. Man mano che la tensione della batteria si abbassa, l'alimentatore a commutazione assorbirà più corrente. Anche la temperatura influisce notevolmente sulla capacità della batteria. Se questo è destinato a funzionare all'aperto in un ambiente freddo, potresti ottenere solo 1/2 o meno della capacità nominale della batteria. Anche la corrente stessa influisce sulla capacità. 300mA per un AA probabilmente non è al punto in cui degrada in modo significativo la capacità, ma sicuramente lo sarebbe 1A. Potresti ottenere 2,0 Ah a 300 mA, ma solo 1,6 Ah a 800 mA. Sto inventando numeri. Questi probabilmente non sono totalmente ridicoli per la maggior parte delle batterie AA, ma devi davvero guardare tu stesso il foglio dati della batteria.

Le risposte fornite non funzioneranno nelle versioni del mondo reale di ciò che descrivi o sono lontane dal costo più basso.

La scheda tecnica LM2623 di Steven è una scelta ragionevole e inizierà a 1.1V e funzionerà a 0.9V ma il circuito integrato costa circa 60 centesimi.

Se desideri davvero il costo più basso, una buona versione di Joule Thief è un buon candidato. Uso quel nome perché ti porterà a molte molte varianti, ma la forma originale non è molto efficiente. Tuttavia, una volta che hai l'idea puoi guardare le opzioni e sceglierne una.

"Joule Thief" è un convertitore boost oscillante a un transistor che utilizza un avvolgimento principale dell'induttore più un avvolgimento di retroazione dell'induttore. Per l'uso fai-da-te potresti costruirne uno gratuitamente da quasi tutti i moderni dispositivi elettronici rottamati o se l'acquisto di pezzi nuovi o in eccedenza potrebbe costruirne uno con 10-20 centesimi di pezzi.

Ecco un buon esempio di pagina Joule Thief fai-da-te

L'immagine composita di seguito è composta da 3 immagini dalla pagina sopra:

Altri: è possibile costruire convertitori boost con un transistor e due induttori separati: il vantaggio non è necessario per due avvolgimenti. E il classico oscillatore Colpitts utilizza un induttore non sfruttato.
Un numero qui e

Altre versioni:

Buono

Alcuni miliardi di altri

Wikipedia:

Inserito il:

Il ladro di base di Joule non è un disegno meraviglioso. La sua caratteristica eccezionale è che funziona in molti casi, introducendo in tal modo conversioni di energia, SMPS, convertitori di boost e altro a molti dabblers elettronici relativamente inesperti e non istruiti.

Vari pensieri sulle versioni regolamentate possono essere trovati guardando attraverso questa collezione (YMWV).

Mi sono imbattuto in alcune precedenti risposte dello scambio di stack Joule Thief che sembrano avere una certa rilevanza. La ricerca di "Joule Thief" su questo sito ne presenterà altri.

Come posso calcolare un ladro di Joule

soluzione alternativa a: Come posso calcolare un ladro di Joule

Entrambi dicembre 2012

Vari driver da una cella a LED qui

I circuiti integrati più economici per convertitori boost che conosco sono il 34063 e l'MCP1640. L'uscita dell'MCP1640 arriva solo a 5 V, ma è più efficiente e sembra più facile da usare (meno parti esterne) rispetto al 34063, tranne per il fatto che l'MCP1640 è disponibile solo come SMD.

Il pulsante Dash

Il pulsante Dash [Amazon] funziona a 3,3 V potenziato da 1,5 V nominali della batteria, traendo 200–300 mA dalla batteria quando acceso e 2,3 μA quando è inattivo. Ciò significa che la batteria ~ 1200 mAh dovrebbe essere in grado di alimentare il dispositivo per almeno quattro ore mentre è acceso e decenni durante il sonno. Poiché il pulsante è attivo solo per alcuni secondi quando attivato, probabilmente può essere usato quasi 1000 volte prima che la batteria si scarichi. Pertanto, il pulsante dovrebbe diventare obsoleto molto prima che la batteria si scarichi.

[È stato] sottolineato che U1 è probabilmente un convertitore boost TI TPS61201; l'impronta, i contrassegni dei pacchi e il pinout sembrano adattarsi.

Da Amazon Dash Button Teardown

Ci sono molti circuiti economici e allegri (o forse cattivi?) Su eBay o AliExpress se cerchi un "Circuito USB Boost" o simile. Questi vendono come dispositivo finito per $ 0,30 - $ 2 a seconda di quanti ne vuoi, di solito sono circa 25mmx19mm, e se guardi attentamente le foto a volte puoi leggere il codice del prodotto IC di controllo e capire di cosa si tratta (anche se meglio ancora alcuni I fornitori di AliExpress forniranno il foglio dati nell'elenco). Praticamente ognuno di questi avrà un divisore di resistenza che ridimensiona la tensione di uscita su una tensione di riferimento e cambiando la resistenza su una gamba del divisore ti permetterà di ottenere 3V3 invece dei 5V che spediscono come.

Ho comprato 50 per abbassare il prezzo, ho dissaldato le prese USB, saldato su doppi supporti AA (a $ 0,19), e ora ho una scorta di alimentatori economici che posso impostare su qualsiasi voltaggio mi serva per un progetto. Non credo che si possa davvero battere $ 0,50 per alimentatore.

$15k\Omega$$47k\Omega$$\frac{15}{47+15}\times5V \approx 1.2V$$27k\Omega$

Considera di passare a una batteria con la tensione che desideri, e possibilmente una seconda per il cicalino.

(Se in realtà hai bisogno di 1,2 V / 1,5 V per qualcos'altro nello stesso circuito, allora questo non si applica)