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La forma más barata de aumentar la tensión continua

¿Cuál sería la forma menos costosa de aumentar una tensión continua?

El objetivo es convertir 1,2 V/1,5 V (de una pila AA/AAA) en 3,3 V para alimentar un pequeño microprocesador de 8 bits, como el 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 con seguridad de una pila alcalina, después de aumentarla a 3,3 V/6 V?

Por último, ¿cómo podría calcular la duración de la pila alcalina, dado un determinado consumo?

42voto

lillq Puntos 4161

Hay una técnica llamada bomba de carga con el que puedes hacer un duplicador de voltaje, pero que sólo te dará 3V desde una celda de 1.5V, y aún menos desde la celda de 1.2V. Lo menciono porque varios microcontroladores hoy en día funcionan con voltajes de hasta 2V. Una bomba de carga sólo puede suministrar una corriente limitada, suficiente para alimentar el microcontrolador, pero los dispositivos de potencia adicional como motores o relés están fuera. El voltaje también caerá bajo carga. Así que no es lo ideal. El LM2660 es una bomba de carga de condensadores conmutados.

La mejor solución es un regulador de conmutación . Existen dos grandes topologías: "buck" para ir de mayor a menor tensión, y "boost" para ir de menor a mayor tensión. Por lo tanto, usted quiere un regulador boost. Los principales fabricantes son Linear Technologies (más caro) y National Semiconductor (recientemente adquirido por Texas Instruments). El sitio web LM2623 puede funcionar con tensiones de entrada tan bajas como 0,8V.

Sobre la corriente y la duración de la batería. Asumiré que estás trabajando con baterías de 1,5V. Las que están aquí en mi mesa están clasificadas para 2300mAh, así que vamos a usar ese valor. También digamos que tu microcontrolador más los extras necesitan 100mA a 3.3V. Eso es 330mW. Si el conmutador tiene una eficiencia del 85%, eso significa que consume 330mW/0,85 = 390mW de la batería. Eso es a 1,5V, por lo que consumirá 260mA de la batería. La batería tiene una capacidad de 2300mAh, por lo que el dispositivo puede funcionar durante 2300mAh/260mA = 9 horas con una carga.
Si piensas cargar mucho la batería, yo me quedaría por debajo de los 2300mA, que la agotarán en 1 hora.

24voto

RelaXNow Puntos 1164

Para obtener una mayor tensión de alimentación a partir de una batería como ésa se necesita un tipo particular de fuente de alimentación conmutada llamada "convertidor de refuerzo". Este utiliza un inductor para producir chorros de mayor voltaje. El concepto es el mismo que el de un martillo, que produce chorros de presión mucho más altos que los que el brazo puede aplicar directamente al clavo.

Hay chips que integran mucho de esto. Linear Technologies, ST Micro, TI y otros fabrican estos chips. Algunos de los ofrecidos por Microchip son bastante buenos dentro de un estrecho rango de voltaje como el que tienes.

Hacer un voltaje más alto está bien, pero estos chips siguen limitados a las leyes básicas de la física. No pueden proporcionar más potencia de salida que de entrada. Dado que la potencia es el voltaje por la corriente, la corriente de salida debe disminuir a medida que aumenta el voltaje. Al igual que con el martillo, el brazo tiene que hacer mucho más movimiento del que se imparte al clavo a cambio de una mayor fuerza de salida. Por supuesto, también habrá alguna pérdida. Cualquier cosa por encima del 90% es bastante buena. Supongamos, a modo de ejemplo, que el conmutador de refuerzo tiene una eficiencia del 80% y que produce 3,3V a 100mA de salida a partir de 1,3V de entrada. 3,3V * 100mA = 330mW. Teniendo en cuenta la pérdida en el conmutador, 330mW / 80% = 413mW de entrada. 413mW / 1,3V = 317mA, que es la corriente que se extraerá de la batería.

En este ejemplo, la corriente de la batería es de 317mA, que está dentro del rango de lo que puede sostener una de tipo AA durante un tiempo. Para hacerse una idea de cuánto durará la pila, hay que mirar la capacidad de la misma. Ésta se expresa en corriente*tiempo, como mA-horas. Digamos que tu pila AA tiene una capacidad de 2 A-h. En una primera aproximación, 2 A-h / 317 mA = 6,3 horas de funcionamiento. Sin embargo, hay muchas cosas que estropean este análisis básico. Por un lado, la corriente no será de 317 mA durante toda la vida de descarga de la pila. A medida que el voltaje de la batería disminuya, la fuente de alimentación conmutada consumirá más corriente. La temperatura también afecta en gran medida a la capacidad de la batería. Si esto está destinado a funcionar al aire libre en un ambiente frío, es posible que sólo obtenga la mitad o menos de la capacidad nominal de la batería. La propia corriente también afecta a la capacidad. 300mA para una AA probablemente no es el punto donde se degrada la capacidad significativamente, pero 1A ciertamente lo sería. Podrías obtener 2,0 A-h a 300mA, pero sólo 1,6 A-h a 800mA. Me estoy inventando los números. Probablemente no sean totalmente ridículas para la mayoría de las pilas AA, pero realmente hay que mirar la hoja de datos de la pila por uno mismo.

11voto

aryeh Puntos 1594

Las respuestas dadas o bien no funcionarán en las versiones del mundo real de lo que usted describe o bien están muy lejos del menor coste.

LM2623 de Steven hoja de datos es una opción razonable y arrancará con 1,1V y funcionará con 0,9V, pero el CI cuesta unos 60 céntimos.

Si realmente quiere el menor coste, entonces una versión adecuadamente diseñada del Ladrón de julios es un buen candidato. Utilizo ese nombre porque te llevará a muchas variantes, pero la forma original no es muy eficiente. Sin embargo, una vez que tengas la idea puedes mirar las opciones y elegir una.

El "Joule Thief" es un convertidor boost auto-oscilante de un transistor que utiliza un devanado principal inductor más un devanado de retroalimentación inductor. Para el uso de bricolaje usted podría construir uno gratis de casi cualquier dispositivo electrónico moderno desechado o si la compra de piezas nuevas o excedentes podría construir uno con 10 a 20 centavos de piezas.

Aquí hay una buen ejemplo de una página DIY Joule Thief

La imagen compuesta de abajo está hecha de 3 imágenes de la página anterior:

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Otros - Se pueden construir convertidores boost con un transistor y dos inductores separados - la ventaja es que no se necesitan dos devanados. Y el clásico oscilador de Colpitts utiliza un inductor sin conexión.
Un número aquí y


Otras versiones:

Buena

Unos cuantos millones más


Wikipedia:

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Añadido:

El ladrón básico de Joule no es un diseño maravilloso. Su característica más destacada es que funciona en muchos casos, introduciendo así las conversiones de energía, los SMPS, los convertidores boost y otras cosas a muchos aficionados a la electrónica relativamente inexpertos y sin formación.

Se pueden encontrar varias reflexiones sobre las versiones reguladas consultando esta colección (YMWV).

Me he topado con algunas respuestas anteriores del intercambio de pilas de Joule Thief que parecen tener cierta relevancia. Buscando "Joule Thief" en este sitio aparecerán algunas más.

Cómo puedo calcular un ladrón de julios

alternativa a: Cómo puedo calcular un ladrón de julios

Ambos diciembre de 2012


Varios una célula a los controladores LED aquí

6voto

reconbot Puntos 1670

Los CI más baratos para convertidores boost que conozco son el 34063 y el MCP1640. La salida del MCP1640 sólo llega a 5V, pero es más eficiente y parece más fácil de usar (menos piezas externas) que el 34063, excepto que el MCP1640 sólo está disponible como SMD.

6voto

teewuane Puntos 106

El botón Dash

amazon dash button

El Dash Button [de Amazon] funciona a 3,3 V, con un aumento de los 1,5 V nominales de la batería, y consume entre 200 y 300 mA de la batería cuando está encendido y 2,3 μA cuando está en reposo. Esto significa que la batería de ~1200 mAh debería ser capaz de alimentar el dispositivo durante al menos cuatro horas mientras está encendido y décadas mientras está en reposo. Dado que el botón sólo está encendido durante unos segundos cuando se activa, probablemente se puede utilizar cerca de 1000 veces antes de que la batería se agote. Por lo tanto, el botón debería quedar obsoleto mucho antes de que se agote la batería.

boost converter

[Se ha señalado que U1 es probablemente un convertidor de refuerzo TI TPS61201; la huella, las marcas del paquete y la disposición de las clavijas parecen encajar.

Desde Desmontaje del botón Dash de Amazon

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