Najtańszy sposób na zwiększenie napięcia stałego

Jaki byłby najtańszy sposób na zwiększenie napięcia stałego?

Celem jest konwersja 1,2 V / 1,5 V (z ogniwa AA / AAA) na 3,3 V w celu zasilania małego 8-bitowego mikroprocesora, takiego jak Atmel ATtiny45 lub ATtiny2313, a także (jeśli to możliwe) 6 V w celu zasilania brzęczyka.

Jaki byłby maksymalny prąd, który można bezpiecznie pobierać z baterii alkalicznej po zwiększeniu jej do 3,3 V / 6 V.

Wreszcie, w jaki sposób mogę obliczyć czas, przez jaki bateria alkaliczna wystarczy, biorąc pod uwagę pewne zużycie?

Istnieje technika zwana pompą ładującą, za pomocą której można wykonać podwajacz napięcia, ale da to tylko 3 V z ogniwa 1,5 V, a jeszcze mniej z ogniwa 1,2 V. Nadal o tym wspominam, ponieważ kilka mikrokontrolerów w tych dniach będzie działać przy napięciu do 2 V. Pompa ładująca może dostarczać tylko ograniczony prąd, wystarczający do zasilania mikrokontrolera, ale dodatkowe urządzenia mocy, takie jak silniki lub przekaźniki, są wyłączone. Napięcie spadnie również pod obciążeniem. To nie jest idealne. LM2660 jest włączona pompa ładowania kondensatora.

Lepszym rozwiązaniem jest regulator przełączający . Istnieją one w dwóch głównych topologiach: „buck”, aby przejść z wyższego na niższe napięcie oraz „boost”, aby przejść z niższego napięcia na wyższe. Więc chcesz regulator doładowania. Główni producenci to Linear Technologies (droższe) i National Semiconductor (niedawno przejęte przez Texas Instruments). LM2623 może działać na napięciach wejściowych tak niskie, jak 0.8V.

Informacje na temat prądu i żywotności baterii. Zakładam, że pracujesz z bateriami 1,5 V. Te tutaj na moim stole mają moc 2300 mAh, więc użyjmy tej wartości. Powiedzmy również, że twój mikrokontroler i dodatki wymagają 100 mA przy 3,3 V. To 330 mW. Jeśli przełącznik ma sprawność 85%, oznacza to, że pobiera 330 mW / 0,85 = 390 mW z akumulatora. To przy 1,5 V, więc pobierzesz 260 mA z akumulatora. Bateria jest oceniana na 2300 mAh, a następnie urządzenie może działać na 2300 mAh / 260 mA = 9 godzin na jednym ładowaniu.
Jeśli planujesz ładować baterię raczej mocno, pozostanę poniżej 2300 mA, co rozładuje ją w ciągu 1 godziny.

Aby uzyskać wyższe napięcie zasilania z takiej baterii, należy zastosować szczególny rodzaj zasilacza impulsowego zwanego „przetwornicą podwyższającą napięcie”. Wykorzystuje to cewkę indukcyjną do wytwarzania impulsów o wyższym napięciu. Pomysł jest taki sam, jak młot wytwarza wytryski o znacznie większym ciśnieniu, niż twoje ramię może bezpośrednio wywierać na gwóźdź.

Istnieją chipy, które integrują wiele z tego. Takie układy produkują Linear Technologies, ST Micro, TI i różne inne. Niektóre oferty Microchip są całkiem fajne w wąskim zakresie napięć.

Wykonywanie wyższych napięć jest OK, ale układy te są nadal ograniczone do podstawowych praw fizyki. Nie mogą zapewnić większej mocy wyjściowej niż wejściowej. Ponieważ moc jest napięciem razy prąd, prąd wyjściowy musi spadać wraz ze wzrostem napięcia. Podobnie jak w przypadku młotka, twoje ramię musi wprawić w ruch o wiele większy ruch niż jest przekazywany gwóźdźowi w zamian za większą siłę. Oczywiście będzie też trochę strat. Coś ponad 90% jest całkiem dobre. Powiedzmy na przykład, że twój przełącznik boost jest w 80% sprawny i wytwarza 3,3 V przy 100 mA z 1,3 V. C przy 3,3 V * 100 mA = 330 mW. Uwzględniając stratę w przełączniku, 330 mW / 80% = 413 mW. 413 mW / 1,3 V = 317 mA, czyli prąd pobierany z akumulatora.

W tym przykładzie prąd akumulatora wynosi 317 mA, co jest w zakresie tego, co typ AA może wytrzymać przez pewien czas. Aby dowiedzieć się, jak długo wytrzyma bateria, musisz spojrzeć na jej pojemność. Jest to wyrażane w bieżącym * czasie, podobnie jak mA-godziny. Powiedzmy, że twoja bateria AA ma pojemność 2 Ah. Przy pierwszym przybliżeniu 2 Ah / 317 mA = 6,3 godziny pracy. Istnieje jednak wiele rzeczy, które psują te podstawowe analizy. Po pierwsze, prąd nie będzie wynosił 317 mA przez cały czas rozładowywania akumulatora. W miarę obniżania się napięcia akumulatora zasilacz impulsowy pobiera większy prąd. Temperatura ma również duży wpływ na pojemność baterii. Jeśli ma to działać na zewnątrz w chłodnym otoczeniu, możesz uzyskać tylko 1/2 lub mniej znamionowej pojemności akumulatora. Sam prąd wpływa również na pojemność. 300mA dla AA prawdopodobnie nie jest na poziomie, w którym znacznie zmniejsza pojemność, ale 1A na pewno by było. Możesz uzyskać 2,0 Ah przy 300 mA, ale tylko 1,6 Ah przy 800 mA. Tworzę liczby. Prawdopodobnie nie są one całkowicie niedorzeczne w przypadku większości akumulatorów AA, ale naprawdę musisz sam zajrzeć do arkusza danych baterii.

Podane odpowiedzi albo nie będą działać w rzeczywistych wersjach tego, co opisujesz, albo są dalekie od najniższych kosztów.

Arkusz danych Stevena LM2623 jest rozsądnym wyborem i rozpocznie się od 1,1 V i będzie pracował na 0,9 V, ale IC kosztuje około 60 centów.

Jeśli naprawdę chcesz najniższych kosztów, dobrze zaprojektowana wersja Złodzieja Dżuli jest dobrym kandydatem. Używam tej nazwy, ponieważ doprowadzi cię ona do wielu wielu wariantów, ale oryginalna forma nie jest bardzo wydajna. Gdy jednak wpadniesz na pomysł, możesz przejrzeć opcje i wybrać jedną.

„Joule Thief” to jednotranzystorowy konwerter samoscylujący doładowania wykorzystujący uzwojenie główne cewki oraz uzwojenie cewki sprzężenia zwrotnego. Do samodzielnego użytku możesz zbudować je za darmo z prawie każdego nowoczesnego złomowanego urządzenia elektronicznego lub jeśli kupując nowe lub nadwyżki części możesz zbudować jedno z 10 do 20 centów części.

Oto dobry przykład strony DIY Joule Thief

Poniższy złożony obraz składa się z 3 obrazów z powyższej strony:

Inne - Możesz zbudować przetworniki podwyższające napięcie z jednym tranzystorem i dwoma oddzielnymi induktorami - zaletą jest brak konieczności stosowania dwóch uzwojeń. Klasyczny oscylator Colpittsa wykorzystuje niewykorzystany induktor.
Liczba tutaj i

Inne wersje:

Dobry

Kilka zylionów innych

Wikipedia:

Dodany:

Podstawowy złodziej Joule nie jest cudownym projektem. Jego wyjątkową cechą jest to, że działa w wielu przypadkach, wprowadzając w ten sposób konwersje energii, SMPS, przetworniki podwyższające napięcie i wiele innych do stosunkowo niedoświadczonych i niewykształconych dabblerów elektronicznych.

Różne przemyślenia na temat wersji regulowanych można znaleźć, przeglądając tę kolekcję (YMWV).

Natknąłem się na kilka odpowiedzi Joule Thief z wcześniejszej wymiany stosów, które wydają się mieć jakieś znaczenie. Wyszukiwanie „Joule Thief” na tej stronie pojawi się jeszcze kilka.

Jak obliczyć Złodzieja Dżuli

alternatywna poprawka do: Jak obliczyć Złodzieja Dżuli

Zarówno w grudniu 2012 r

Różne tutaj sterowniki od jednej komórki do LED

Najtańsze układy scalone do konwerterów boost, jakie znam, to 34063 i MCP1640. Moc wyjściowa MCP1640 wzrasta tylko do 5 V, ale jest bardziej wydajna i wydaje się łatwiejsza w użyciu (mniej części zewnętrznych) niż 34063, z wyjątkiem tego, że MCP1640 jest dostępny tylko jako SMD.

Przycisk Dash

Przycisk Dash [Amazon] działa przy 3,3 V podwyższonym z nominalnego 1,5 V akumulatora, pobierając 200–300 mA z akumulatora, gdy jest włączony, i 2,3 μA podczas snu. Oznacza to, że bateria ~ 1200 mAh powinna być w stanie zasilać urządzenie przez co najmniej cztery godziny podczas włączenia i dziesięciolecia podczas snu. Ponieważ przycisk jest włączony tylko przez kilka sekund po aktywacji, prawdopodobnie można go użyć prawie 1000 razy, zanim bateria wyczerpie się. Tak więc przycisk powinien stać się przestarzały na długo przed rozładowaniem akumulatora.

[Wskazano], że U1 jest prawdopodobnie przetwornikiem podwyższającym TI TPS61201; ślad, oznakowanie opakowania i pinout wydają się pasować.

Od Amazon Dash Teardown

Na eBayu lub AliExpress istnieje wiele tanich i wesołych (a może nieprzyjemnych) obwodów, jeśli szukasz „obwodu USB Boost” lub podobnego. Sprzedają się one jako gotowe urządzenie za 0,30 USD - 2 USD, w zależności od tego, ile chcesz, zwykle wynoszą około 25 mm x 19 mm, a jeśli spojrzysz uważnie na zdjęcia, czasami możesz przeczytać kod kontrolny produktu IC i obliczyć, co to jest (chociaż lepiej jeszcze niektóre Dostawcy AliExpress udostępnią arkusz danych na liście). Prawie każdy z nich będzie miał dzielnik rezystora, który skaluje napięcie wyjściowe do napięcia odniesienia, a zmiana rezystora na jednej nodze dzielnika pozwoli ci uzyskać 3V3 zamiast 5V, które wysyłają.

Kupiłem 50, aby obniżyć cenę, wylutowałem gniazda USB, przylutowałem na podwójnych uchwytach AA (po 0,19 USD), a teraz mam zapas tanich zasilaczy, które mogę ustawić na dowolne napięcie potrzebne do projektu. Nie sądzę, że naprawdę można pobić 0,50 USD za zasilacz.

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

Rozważ przejście na akumulator o żądanym napięciu i ewentualnie drugi na brzęczyk.

(Jeśli faktycznie potrzebujesz 1,2 V / 1,5 V dla czegoś innego w tym samym obwodzie, to nie dotyczy)