Cómo reducir 20 V a 3.6 V para alimentar linternas

Question

Estoy planeando usar un paquete de batería DeWalt de 20 V para alimentar dos linternas Thrunite TH30. Necesitan 3.6 voltios y 5.18 amperios para ambas combinadas.

Las linternas estarán conectadas físicamente, pero con botones de encendido separados. Usaré el paquete de batería DeWalt para alimentar exclusivamente las luces, no usarán sus propias baterías. En teoría, podría simplemente soldar los cables a los contactos de la batería en las luces y funcionarían así.

¿Hay alguna manera de reducir el voltaje mientras se extiende la duración de la batería?

-Los LEDs son Cree XHP70.2 que tienen una corriente de conducción máxima: 4800 mA (6 V), 2400 mA (12 V)
-Las baterías son IMR 18650 3.6 V 3100mAh

Estoy abierto a cualquier consejo o refinamiento de la idea que puedas tener.

Aquí está la lista de piezas que tengo.

Convertidor Buck Fusible de 3 Amperios Resistencia de 13 kOhms Capacitor de 220 uF Capacitor de 10 uF Capacitor de 220 uF

TL431 2N3906 2N3904 330 ohms 51K Ohms 10K Ohms 22K Ohms

Construí el PCB dos veces y ambas veces hubo un cortocircuito. Los capacitores no son el problema y no hay cortos en la placa de circuito actual. Cuando sueldo el convertidor buck al resto del circuito, entonces se produce un cortocircuito.

Arriba Aquí está el diagrama del circuito. El cobre es naranja, los capacitores y la resistencia son verdes. Los puntos blancos son los contactos para el convertidor.

Arriba Aquí está el PCB en blanco. No hay cortos.

Arriba Aquí están los condensadores de 10 uF en la placa, nuevamente sin cortos.

Arriba Aquí está el convertidor, se cortocircuitó cuando lo agregué encima de los condensadores de 10 uF y apliqué energía. Derritió el chip negro a la derecha.

Creo que hubo un cortocircuito en algún lugar del convertidor. ¿Tal vez derretí algo accidentalmente al soldar a los cables? Supongo que necesito comprar otro convertidor. Creo que el resto del circuito es correcto, así que reconstruiré el circuito cuando obtenga el convertidor de reemplazo.

Answer 1

Con una diferencia tan alta entre la entrada y la salida y la necesidad de eficiencia (tiempos de ejecución prolongados con batería), se debe preferir un regulador conmutado en lugar de uno lineal.

El tipo de regulador que necesita depende de la corriente de salida que requiera.

Si el consumo de sus linternas es inferior a 3 amperios, busque "LM2596" en Google, encontrará algunos módulos (pequeñas placas) con este tipo de regulador. La tensión de salida se puede ajustar utilizando un trimmer (normalmente una caja azul con cabeza de tornillo en la parte superior).

Para una mayor fiabilidad, el trimmer se puede desoldar y reemplazar por resistores constantes (generalmente hay una almohadilla SMD debajo del trimmer), pero esto no es necesario.

Answer 2

Aquí tienes un buen DC-DC listo para usar (enlace) que se adaptará a tus necesidades. Tiene una corriente máxima de 9A, por lo que solo necesitas uno. Puedes ajustar la tensión de salida con una resistencia (consulta la hoja de datos). Puedes usar un potenciómetro de 50k para ajustar, luego reemplazarlo por una resistencia fija del valor adecuado una vez que esté configurado. Esto es para evitar el modo de falla del potenciómetro desconectándose con la edad.

Las linternas deben estar cableadas en paralelo.

Este enlace te lleva a la búsqueda en mouser si estás interesado en otros modelos.

Por favor, no compres los módulos falsos LM2596. Todos son falsificados, morirán y destruirán las linternas.

Dado que la linterna funciona con una batería de litio, puedes estar seguro de que su tensión de entrada máxima es al menos igual a la tensión de una celda completamente cargada. Por lo tanto, te sugeriría ajustar el DC-DC a 4.2V en lugar de 3.6V. Esto aumentará la eficiencia del controlador LED de la linterna.

También necesitas saber si la batería tiene protección contra subtensión. Algunas marcas de herramientas eléctricas incluyen esa característica en la batería, pero otras la implementan en la herramienta. En el segundo caso, tu proyecto podría sobredescargar la batería, lo que acorta mucho su vida útil. Por lo tanto, si la batería no tiene protección contra subtensión, un TL431 controlando la entrada ENABLE del DC-DC hará el trabajo.

Es importante tener en cuenta que la protección contra subtensión de la linterna no es relevante aquí, porque monitorea la tensión de salida del convertidor DC-DC, no la tensión de salida de tu batería de 20V.

Según las especificaciones, la resistencia de ajuste debe ser de 13 kOhm para una salida de 4.2V. Así que no necesitas un potenciómetro, solo una resistencia, a menos que mi cálculo esté equivocado, por supuesto.

Debes conectar las luces en paralelo (como se muestra). ¡No en serie!

Los capacitores marcados en verde no son opcionales, y ambos deben tener una ESR muy baja. El esquema anterior da los valores mínimos, pero la placa de evaluación recomienda muchos más, así que eso es lo que yo usaría...

Dado los altos corrientes, necesitas un cableado y una conexión a tierra adecuados. Personalmente, haría una PCB o usaría un trozo de PCB de cobre sin impresiones para montar el módulo. Con un poco de fresado con un dremel, puedes hacer algunas pistas de cobre bien grandes como esa, que ofrecen baja resistencia e inductancia, que son importantes aquí.

El cobre en azul, los capacitores en naranja.

Aquí tienes el enlace a los esquemas de la placa de evaluación. Si quieres hacer lo mismo, pon 3x10µF X7R 63V cerámicos en la entrada y 5x10µF cerámicos en la salida, y un cap de polímero en ambos lados.

Puedes usar otros capacitores, no es necesario de 63V ya que solo usarás 20V en la entrada y 4.2V en la salida. Como suele ocurrir con los cerámicos, es más económico obtener 10 del mismo valor en lugar de 3 de un valor y 5 de otro, así que simplemente busca 10µF 35V X7R, elige los más económicos en 10 unidades, compra 10 y simplemente pon 5 en la entrada y 5 en la salida.

Sugerencias para el capacitador de polímero de entrada y el capacitador de polímero de salida.

Si usas un cap de 6.3V en la salida, ¡no lo sueldes antes de ajustar la tensión de salida!

Dado la corriente, debes usar caps de polímero, no caps normales baratos. Estos últimos no pueden manejar la corriente de ondulación, simplemente se sobrecalentarán y se quemarán como los de los módulos falsos LM2596. Y no uses caps cerámicos con plomo, tienen que ser SMD para tener baja inductancia.

Aquí tienes un circuito de protección contra subtensión usando TL431. Cuando la tensión en el pin REF de este chip sube por encima de 2.5V, dibujará suficiente corriente para encender ambos transistores y establecer el pin ON/OFF en 0V, lo que enciende el convertidor conmutado. La tensión se puede ajustar cambiando la resistencia de 51k. Puedes usar transistores pequeños de bajo costo, como 3904/3906, BC547/557, etc.

Answer 3

Un regulador reductor de paso básico funcionará si no quieres interferir con el circuito integrado en las linternas. Con una eficiencia del 80 al 95%, es tu mejor opción.

Si no tienes en cuenta las necesidades de corriente, probablemente querrás medir la amperios con las pilas existentes antes de reemplazarlas. Luego puedes encontrar un regulador adecuado que cumpla con los requisitos tanto de corriente como de voltaje.

Los colocarás en paralelo. No querrás colocarlos en serie.