Batterie. Perché usare 9V?

Con tutta la tecnologia disponibile oggi in grado di aumentare la tensione in modo efficiente utilizzando SMPS, perché utilizziamo ancora batterie da 9 V? C'è qualche vantaggio segreto con loro di cui non sono a conoscenza?

Se guardi anche le dimensioni, il 9V è solo grande e voluminoso e ho progettato progetti in cui posso usare batterie 2xAA e aumentare la tensione, il che mi darà una durata della batteria più lunga di un 9V. E occupa la stessa quantità di spazio.

Molti circuiti oggi hanno anche bisogno di essere regolati e il modo più semplice per farlo con un 9 V è un regolatore lineare (di solito a circa 5 V) e sono consapevole che questo non è il caso di tutti i progetti, ma che proprio lì c'è spreco di energia, e ancora una volta, aumentare la tensione da 1 o 2 batterie AA probabilmente darà al tuo prodotto una durata di conservazione migliore.

Ho visto un confronto tra una batteria da 9 V e alcune batterie AA, in cui qualcuno ha trovato l'energia disponibile, e ho finito con questi dati: NOTA: questi risultati provenivano dalle batterie alcaline Energizer

Quindi, con tutti questi dati, perché le batterie da 9 V sono ancora utilizzate nei progetti? Ci sono alcune applicazioni in cui sarebbe vantaggioso usarle? O di solito è un'idea migliore solo per la soluzione AA o AAA?

Ci sono stati momenti in cui ho preso in considerazione l'uso di una batteria da 9 V per alcuni dei miei progetti, ma sembra sempre che dopo aver fatto i miei calcoli, non reggano bene come gli altri, quindi mi manca qualcosa?

Per riferimento, i fogli dati per le batterie confrontate sono qui: AA 9V

EDIT: Non intendo che si tratti di una domanda "basata sull'opinione", piuttosto, ho intenzione di chiedere da un punto di vista pratico, se ci fossero vantaggi nella scelta di un 9V rispetto a qualsiasi altra soluzione (come aumentare le batterie AA) . Volevo solo chiarirlo!

Innanzitutto un AA non è una batteria .. è una cella. Una batteria è una "batteria" di celle, ovvero più di una cella. Una batteria da 9 V contiene sei celle da 1,5 V. Strappare uno a parte e vedere.

Per quanto riguarda il motivo per cui utilizziamo ancora batterie da 9 V, è davvero una questione di design. La cosa bella delle batterie da 9 V è che ti offrono un intervallo di tensione di funzionamento abbastanza ampio durante la loro vita senza essere eccessivamente alta. Vengono anche in un pacchetto compatto davvero carino che ha una clip piuttosto utilizzabile.

Non consiglierei in alcun modo di usarne uno con un regolatore lineare per generare 5 V, a meno che l'attuale requisito su quel 5 V non sia molto piccolo. Meglio progettare i circuiti utilizzando componenti che funzioneranno direttamente a 9V.

Dipende anche molto dalla natura del tuo widget. Se si dispone di sensori o trasduttori che richiedono tensioni maggiori ed è alimentato a batteria, è più semplice e di solito più economico andare con una batteria da 9 V.

Bisogna anche considerare le conseguenze di aumentare una tensione più bassa. In questo modo introdurrete molti nuovi problemi, non ultimo il rumore elettromagnetico che aggiungerete e dovrete affrontare. Anche l'efficienza è un problema.

Ma alla fine, c'è un sacco di avanti e indietro sulla decisione, quindi questa domanda rientra davvero nella classifica delle opinioni.

Una batteria da 400 mAh 9 V durerà un anno con un assorbimento di corrente di 40 µA.

Ora considera un rilevatore di fumo. Si tratta di circuiti analogici a bassa potenza, molto probabilmente disegnando meno della cifra 40µA sopra. Se volessi alimentarlo da un convertitore boost e da AA, allora avresti bisogno di un convertitore con una corrente inattiva molto bassa.

Ma ... quando c'è il fuoco, ora hai bisogno di un po 'di energia e abbastanza volt per guidare l'altoparlante piezoelettrico. Questi hanno bisogno di tensione. 9V è più forte di 3V.

Quindi, se necessario, anche il tuo convertitore DC-DC a corrente inattiva molto bassa deve emettere corrente elevata.

È inoltre necessario essere in grado di misurare accuratamente lo stato di carica sugli AA.

Tutto ciò avrà un costo superiore alla differenza tra 9 V e 2AA. E ricorda, il cliente paga le batterie di ricambio, non il produttore!

I circuiti boost hanno una corrente di riposo; parte dell'energia viene sprecata semplicemente avendo il convertitore boost. Inoltre diventano molto inefficienti a cicli di lavoro bassi.

Quindi se hai un circuito che di solito assorbe una corrente molto piccola ma a volte ha bisogno di assorbire di più, è difficile affrontarlo con un singolo convertitore boost.

Gli utenti principali delle batterie da 9 V sono cose come allarmi antincendio e multimetri che si adattano esattamente a questo caso d'uso: bassa corrente in alcuni o quasi tutto il tempo. Se ti aspetti che la durata della batteria sia inferiore a, diciamo, 3 anni con una batteria da 9 V, potrebbe essere una scelta sbagliata.

Puoi vederlo in quanto quasi tutto ciò che ha una radio - giocattoli, telecomandi, ecc. - utilizzerà diversi AA o Li ricaricabili di qualche tipo.

Anche i convertitori di boost non sono gratuiti, costano parti e spazio.

(Il design che consente agli orologi da parete economici di esaurire una singola batteria AA è abbastanza pulito e mi piacerebbe vederne un buon reverse engineering.)

Il mio multimetro utilizza una batteria da 9 V e potrebbe assorbire circa 10 mA per funzionare. È molto preciso.

Se è alimentato da una batteria da 3 V, la corrente media sarà di 40 mA con un'efficienza del 75%. Tuttavia, la corrente di picco deve aumentare di 80 mA, attraverso un induttore. Fondamentalmente la traccia, il filo della batteria e l'induttore ora agiscono come un'antenna che emette energia per i miei componenti sensibili all'interno del mio multimetro.

Quindi le mie letture salteranno e imprecherò e giuro per l'acquisto di un misuratore alimentato a batteria da 2 AA.

Avevo una vecchia calcolatrice programmabile alimentata da un gruppo di batterie AA. La cosa fastidiosa era che si riavvierebbe facilmente se lo scuotessi. Questo non succede mai al mio multimetro che funziona con una batteria da 9V.

Inoltre, l'elettronica che richiede circa 5 V è normalmente alimentata da batterie 3xAA, non da 9V. Avere qualche volt in più semplifica molti progetti, in particolare con opamp più vecchi che non potevano fornire output rail-to-rail. Questo è meno un problema al giorno d'oggi, quando la maggior parte delle parti ha una versione 3.3V.

Le batterie PP3 vanno bene con chip di molti metri, per esempio. In molti casi l'energia totale per dollaro potrebbe non essere così importante - se la batteria dura per un anno o tre è abbastanza buona, e possono risparmiare un po 'di denaro con i circuiti. Un altro esempio potrebbe essere una durata della batteria di riserva più importante della densità di energia.

Vedrai spesso celle a bottone utilizzate, che contengono ancora meno energia e possono essere incredibilmente costose (o abbastanza economiche) in applicazioni in cui l'energia totale consumata durante una durata della batteria ragionevole non è così elevata. Dove è richiesta più energia, le celle ricaricabili agli ioni di litio sono più comuni.

Non credo che molte nuove applicazioni, anche nei beni di consumo, utilizzino batterie da 9 V, ma ci saranno dispositivi più vecchi (e design più vecchi) là fuori per decenni a venire.

Quando si tenta di progettare apparecchiature a bassissimo rumore, un regolatore lineare silenzioso su una batteria da 9 V batterà quasi tutti i convertitori CC-CC che invariabilmente avranno qualche rumore di commutazione (sia in uscita, sia emessi). Quella era certamente la regola empirica nel nostro dipartimento di astrofisica (è vero che si tratta di un vecchio argomento che potrebbe essere stato superato dalla realtà).

Altri hanno sottolineato il vantaggio (in termini di corrente di standby) dell'uso di 9 V in un sistema con un basso consumo di energia ma il requisito di una lunga durata della batteria / elevata potenza istantanea (ad esempio allarmi antincendio). Ma hai ragione: se la densità di potenza è il criterio principale, il vecchio PP9 non è una scelta eccezionale. Ed è per questo che non li vedi in molte torce, per esempio.

Le considerazioni sulla scelta della batteria possono includere la propensione alla perdita, la sostenibilità di un prodotto, la massima richiesta corrente e problemi di riciclaggio.

• Perdita di celle AA: nelle apparecchiature elettroniche la perdita della batteria può essere un grosso problema a meno che nel supporto della batteria non siano incorporate speciali caratteristiche di design per evitare la corrosione. Purtroppo, i contatti d'oro sono scaduti $ ive. Non so se le batterie da 9 volt hanno più o meno probabilità di perdere, ma se puoi scoprirlo, ciò potrebbe influenzare la tua decisione di selezione per le apparecchiature che devono rimanere incustodite per anni. Ho alcuni attrezzi distrutti dalla fuoriuscita degli alcalini AA Duracell.
• Supportabilità: forse in futuro le batterie da 9 volt diventeranno disponibili come lo è oggi Kodachrome. In tal caso, qualsiasi apparecchiatura potrebbe richiedere la sostituzione. Potrebbe trattarsi di una decisione di marketing, non di ingegneria: ai vostri addetti al marketing potrebbe piacere l'idea che il prodotto diventi inutile in pochi anni e debba essere sostituito.
• Richiesta massima di corrente: la corrente e la potenza massime sono regolate da Thevenin e Norton. La batteria si comporta come se fosse una fonte di tensione perfetta in serie con un resistore. La tensione e la resistenza sono variabili in base alle condizioni interne della batteria. E la massima potenza disponibile è a una corrente di carico che fa cadere metà della tensione della batteria attraverso quella resistenza interna. Alcuni lavori di laboratorio potrebbero essere necessari per decidere la migliore batteria per la tua applicazione, a seconda della massima richiesta di energia.
• Problemi di riciclaggio: solo per motivi ambientali $, ovviamente, mi piace riciclare i miei AA Duracell con i mezzi non ortodossi di ricaricarli e riutilizzarli. Trovo che AA Duracell ricaricato ritorni alla massima tensione, ma abbia una maggiore resistenza interna che impedisce alla mia radio di suonare al massimo volume. Le celle ricaricate hanno anche una durata più breve. Ma ho molte più ore di gioco a volume più basso. Con una batteria da 9 volt, potresti avere solo una cellula morta su sei, quindi la ricarica per ripristinare l'una potrebbe degradare le altre cinque sovraccaricando. Sarebbe necessaria una sperimentazione di laboratorio per determinare il modo migliore di procedere. E qualunque sia il risultato dei tuoi esperimenti, un cambiamento nel fornitore della batteria o nel processo di produzione del fornitore potrebbe invalidare i risultati.

Quindi buona fortuna. In ingegneria la loro potrebbe non essere una risposta giusta o sbagliata. Molte decisioni sono un compromesso tra questioni concorrenti.

Un paio di punti non affrontati in altre risposte:

Il confronto del peso è corretto, ma penso che il confronto diretto volume-volume sia ingiusto, perché di solito c'è uno spazio sprecato quando si imballano oggetti rotondi. Lo spazio occupato dal cuboide contenente una cella AA è di circa 10,5 cm3. Moltiplicalo per PI / 4 per ottenere il volume del cilindro e ci avviciniamo a 8,1 cm3 nella tua tabella.

Con una batteria PP3 da 9 V, paghi per avere 6 minuscole celle da 1,5 V (più piccole di AAA) fornite in un pacchetto conveniente. È questo imballaggio "non necessario" che aggiunge peso e volume extra. Le applicazioni in cui vengono utilizzate queste batterie sono abbastanza piccole da non percepire il costo di questo imballaggio come importante.

Se un produttore di apparecchiature (che normalmente vende i suoi prodotti "batteria non inclusa") sceglie tra l'utilizzo di celle 2xAA più convertitore di tensione o cella 1xPP3, deve considerare non solo il costo aggiuntivo del convertitore, ma anche il connettore della batteria. Le batterie PP3 hanno un connettore del ripiano molto ordinato che si aggancia ad un'estremità, mentre le singole celle hanno bisogno di un portabatterie adeguato integrato nel prodotto, per afferrare la batteria ad entrambe le estremità. Dato che il consumatore considera raramente il costo delle batterie al momento dell'acquisto di attrezzature, ciò dà al produttore due motivi per scegliere il PP3.

Potenziare i regolatori (e gli ingegneri per progettarli) non sono sempre stati economici o piccoli. Di conseguenza, ci sono molte attrezzature sul mercato che utilizzano una guida 9v non regolata o un regolatore lineare. Gli allarmi antifumo e i multimetri sono un paio di esempi: la riprogettazione costerebbe denaro e non ridurrebbe sostanzialmente il costo della distinta base o aumenterebbe la funzionalità commerciabile.

(Ora, un rilevatore di fumo che ha ricaricato un supercondensatore usando le emissioni alfa dalla fonte e non ha mai avuto bisogno di un cambio di batteria avrebbe un vantaggio sul mercato - non sono sicuro che le leggi della fisica lo consentano ...)