Maneira menos cara de aumentar a tensão DC

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Qual seria a maneira mais barata de aumentar a tensão CC?

O objetivo é converter 1,2 V / 1,5 V (de uma célula AA / AAA) em 3,3 V para alimentar um pequeno microprocessador de 8 bits, como Atmel ATtiny45 ou ATtiny2313, e também (se possível) 6 V para acionar uma campainha.

Além disso, qual seria a corrente máxima que uma corrente alcalina poderia obter com segurança de uma bateria alcalina, depois de aumentada para 3,3 V / 6 V?

Por fim, como calcular a duração da bateria alcalina, considerando um determinado consumo?

icarus74
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Você provavelmente encontrará algumas das respostas em uma folha de dados para a bateria alcalina. Para uma cartilha sobre conversores CC-CC você pode dar uma olhada aqui: eevblog.com/2011/01/17/...
0x6d64
Parece que o attiny45 pode descer para a faixa de 1,8-2V e, dependendo do seu aplicativo, você pode suspender o modo de baixa energia algumas vezes para economizar algum empate na bateria. Existem chips PIC e TI MSP430 pequenos e baratos na linha de iniciantes que oferecem pequenos e malucos consumos de energia.
Rfusca 04/11
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Talvez eu esteja sentindo falta de algo óbvio, mas a solução mais simples (e mais barata) é apenas pegar duas / quatro baterias de 1,5V e colocá-las em série para obter seu ~ 3,0V / 6,0V para alimentar seus microcontroladores.
dr jimbob
Embora a pergunta em si seja interessante, na prática, eu usaria apenas uma bateria de íon de lítio e uma campainha que funcione nessa faixa de tensão.
Codism 4/11/11
@ 0x6d64 obrigado. Todas as baterias alcalinas têm classificação semelhante, porque, além das marcas de primeira linha, para a maioria dos tipos de drogarias, nunca encontrei folhas de dados. Obrigado pelos conversores DC-DC.
precisa saber é o seguinte

Respostas:

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Existe uma técnica chamada bomba de carga com a qual você pode fazer um dobrador de tensão, mas isso só lhe dará 3V de uma célula de 1,5V e menos ainda da célula de 1,2V. Ainda estou mencionando isso, porque vários microcontroladores hoje em dia funcionam com tensões de até 2V. Uma bomba de carga pode fornecer apenas corrente limitada, suficiente para alimentar o microcontrolador, mas dispositivos de energia extras, como motores ou relés, estão fora do ar. A tensão também cairá sob carga. Então não é o ideal. O LM2660 é uma bomba de carga de capacitor comutada.

A melhor solução é um regulador de comutação . Eles existem em duas topologias principais: "buck" para passar da tensão mais alta para a mais baixa e "boost" para ir da tensão mais baixa para a mais alta. Então você quer um regulador de impulso. Os principais fabricantes incluem Linear Technologies (mais caro) e National Semiconductor (recentemente adquirida pela Texas Instruments). O LM2623 pode operar com tensões de entrada tão baixas quanto 0.8V.

Sobre a vida atual e a bateria. Presumo que você esteja trabalhando com baterias de 1,5V. Os aqui na minha mesa são classificados para 2300mAh, então vamos usar esse valor. Digamos também que seu microcontrolador e extras precisam de 100mA em 3,3V. Isso é 330mW. Se o comutador é 85% eficiente, significa que ele extrai 330mW / 0,85 = 390mW da bateria. Isso está em 1,5V, então você extrairá 260mA da bateria. A bateria é classificada em 2300mAh e, em seguida, seu dispositivo pode funcionar por 2300mAh / 260mA = 9 horas com uma carga.
Se você planeja carregar a bateria com muita força, eu permaneceria abaixo de 2300mA, o que a esgotará em 1 hora.

stevenvh
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Outra topologia a considerar em alguns aplicativos é o conversor flyback. Geralmente, os conversores flyback são usados ​​para converter de uma polaridade para outra, mas se a fonte de energia estiver 'flutuando' (como seria o caso das baterias), eles têm a vantagem de poder usar os mesmos transistores, independentemente de a tensão de entrada ser maior. ou menor que a saída desejada. Uma desvantagem é que toda a energia precisa ser manuseada pela bobina. Em comparação, se a conversão de 2 volts para 3 volts, apenas 1/3 da energia teria que ser manuseada pela bobina.
Supercat
Obrigado @stevenvh, por uma resposta muito abrangente, com opções. Você mencionou 2300mAh ... são do tipo Duracell, Energizer? Estou achando difícil descobrir a classificação mAh de baterias alcalinas comuns de farmácias (não duradouras).
icarus74
@ supercat, obrigado por sugerir a opção. Precisa ler um pouco mais sobre a opção do conversor flyback.
icarus74
@ icarus74 - O 2300mAh é um recarregável Memorex NiMH AA . Também tenho um pacote de AAs alcalinos Duracell Plus (MN1500), mas eles não têm informações de capacidade.
stevenvh
Hmm. Curvas de descarga de baterias alcalinas / folhas de dados completas são algo que nunca consegui encontrar para as células AA da farmácia. Encontrei este white paper genérico de células secas alcalinas de magnésio, que fornece algumas informações boas.
precisa saber é o seguinte
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Para produzir uma tensão de energia mais alta a partir de uma bateria assim, é necessário um tipo específico de fonte de alimentação chaveada chamado "conversor de impulso". Isso usa um indutor para produzir surtos de tensão mais alta. O conceito é o mesmo de como um martelo faz jatos de pressão muito maior do que o seu braço pode entregar diretamente ao prego.

Existem chips por aí que integram muito disso. Linear Technologies, ST Micro, TI e vários outros fabricantes de chips. Algumas das ofertas da Microchip são bastante agradáveis ​​dentro de uma faixa de tensão estreita como a sua.

Aumentar a tensão é bom, mas esses chips ainda estão limitados às leis básicas da física. Eles não podem fornecer mais energia do que entrar. Como a energia é a tensão vezes a corrente, a corrente de saída deve diminuir à medida que a tensão aumenta. Assim como no martelo, seu braço precisa fazer muito mais movimento do que o que é conferido ao prego em troca de uma força maior. Claro que também haverá algumas perdas. Qualquer coisa acima de 90% é muito boa. Digamos, por exemplo, que seu switcher boost é 80% eficiente e está produzindo 3.3V a 100mA a partir de 1.3V in. 3.3V * 100mA = 330mW. Considerando a perda no comutador, 330mW / 80% = 413mW pol. 413mW / 1,3V = 317mA, que é a corrente que será consumida pela bateria.

Neste exemplo, a corrente da bateria é 317mA, que está dentro do alcance do que um tipo AA pode suportar por um tempo. Para ter uma idéia de quanto tempo a bateria durará, é necessário analisar a capacidade da bateria. Isso é expresso no horário atual *, como mA-hora. Digamos que sua bateria AA tenha capacidade de 2 Ah. Na primeira aproximação, 2 Ah / 317 mA = 6,3 horas de tempo de execução. No entanto, existem muitas coisas que atrapalham essa análise básica. Por um lado, a corrente não será de 317mA durante toda a vida útil da bateria. À medida que a tensão da bateria diminui, a fonte de alimentação de comutação consome mais corrente. A temperatura também afeta bastante a capacidade da bateria. Se isso for feito ao ar livre em um ambiente frio, você poderá obter apenas 1/2 ou menos da capacidade nominal da bateria. A corrente em si afeta a capacidade também. Provavelmente, 300 mA para um AA não chega ao ponto em que degrada a capacidade significativamente, mas 1A certamente seria. Você pode obter 2,0 Ah a 300mA, mas apenas 1,6 Ah a 800mA. Estou inventando números. Provavelmente, isso não é totalmente ridículo para a maioria das baterias AA, mas você realmente precisa examinar a folha de dados das baterias.

Olin Lathrop
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Obrigado @Olin. Voto positivo, e eu gostaria de poder aceitar 2 respostas. Sua explicação é detalhada e clara, e entre Steven e suas respostas eu aprendi muito. Eu apenas escolhi a ordem de resposta para ser justo.
precisa saber é o seguinte
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As respostas fornecidas não funcionarão nas versões reais do que você descreve ou estão longe do menor custo.

A folha de dados de Steven LM2623 é uma escolha razoável e começará em 1.1V e funcionará em 0.9V, mas o IC custa cerca de 60 centavos.

Se você realmente deseja um custo mais baixo, uma versão do Joule Thief projetada corretamente é um bom candidato. Eu uso esse nome, pois o levará a muitas variantes, mas a forma original não é muito eficiente. No entanto, depois de ter a ideia, você pode examinar as opções e escolher uma.

O "Joule Thief" é um conversor de impulso auto-oscilante de um transistor usando um enrolamento principal do indutor mais um enrolamento de realimentação do indutor. Para uso em bricolage, você pode criar um de graça a partir de praticamente qualquer dispositivo eletrônico descartado moderno ou se a compra de peças novas ou excedentes puder construir uma com 10 a 20 centavos de peças.

Aqui está um bom exemplo de uma página DIY Joule Thief

A imagem composta abaixo é composta por 3 imagens da página acima:

insira a descrição da imagem aqui

Outros - você pode construir conversores de impulso com um transistor e dois indutores separados - a vantagem não é necessária para dois enrolamentos. E o clássico oscilador Colpitts usa um indutor inexplorado.
Um número aqui e


Outras versões:

Boa

Alguns zilhões de outros


Wikipedia:

insira a descrição da imagem aqui


Adicionado:

O ladrão básico de Joule não é um design maravilhoso. Sua característica marcante é que ele funciona em muitos casos, introduzindo conversões de energia, SMPS, conversores de impulso e muito mais para muitos dabblers eletrônicos relativamente inexperientes e sem instrução.

Vários pensamentos sobre versões regulamentadas podem ser encontrados consultando esta coleção (YMWV).

Eu me deparei com algumas respostas anteriores de troca de pilha de Joule Thief que parecem ter alguma relevância. A busca por "Joule Thief" neste site vai aparecer mais alguns.

Como posso calcular um ladrão de Joule

correção alternativa para: como posso calcular um ladrão de Joule

Em dezembro de 2012


Vários drivers de uma célula para LED aqui

Russell McMahon
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Obrigado Russell. Eu realmente gosto dessa abordagem DIY de verdade. Porém, tenho algumas perguntas, postarei cada uma como um comentário aqui e espero que você possa responder.
icarus74
1. Nos tutoriais, não encontrei nenhuma explicação sobre a proporção de voltas, número de voltas para os enrolamentos principais do indutor + feedback. Faça o não. de voltas tem que ser o mesmo para principal e feedback?
icarus74
2. Existe uma maneira de determinar a tensão na qual a entrada é aumentada, através do número de voltas? Ou o número de turnos determina apenas a quantidade de corrente que pode ser consumida?
icarus74
3. Devo assumir que a saída aumentada não é regulamentada e o aumento é um fator quase constante, aplicado à tensão de entrada?
icarus74
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Os ICs mais baratos para conversores de impulso que conheço são o 34063 e o MCP1640. A saída do MCP1640 sobe apenas para 5V, mas é mais eficiente e parece mais fácil de usar (menos peças externas) do que o 34063, exceto que o MCP1640 está disponível apenas como SMD.

starblue
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Obrigado @starblue. Definitivamente vou olhar para isso, mas como você mencionou apenas o SMD, isso seria um problema para mim. Enquanto eu fiz algum trabalho SMD, mas apenas com grande dificuldade. Não tenha a configuração correta (ferramentas e paciência) para executar o trabalho SMD.
icarus74
O 34063 está disponível como um pacote DIL.
starblue
O MC34063 não funciona com tensões baixas o suficiente para atender às suas necessidades.
Russell McMahon
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O botão Dash

botão traço amazon

O botão de traço [Amazon] opera a 3,3 V impulsionado a partir dos 1,5 V nominais da bateria, consumindo 200 a 300 mA da bateria quando está ligado e 2,3 μA quando está em suspensão. Isso significa que a bateria de ~ 1200 mAh deve poder alimentar o dispositivo por pelo menos quatro horas enquanto estiver ligado e décadas durante o sono. Como o botão fica ativo apenas por alguns segundos quando ativado, provavelmente pode ser usado cerca de 1000 vezes antes que a bateria acabe. Assim, o botão deve ficar obsoleto muito antes de a bateria se esgotar.

conversor de impulso

[Foi] salientado que o U1 é provavelmente um conversor de impulso TI TPS61201; a pegada, as marcações da embalagem e a pinagem parecem se encaixar.

Do Amazon Dash Button Teardown

cwd
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Existem muitos circuitos baratos e alegres (ou desagradáveis, talvez?) No eBay ou no AliExpress se você procurar por um "USB Boost Circuit" ou similar. Eles são vendidos como um dispositivo acabado por US $ 0,30 a US $ 2, dependendo de quantos você deseja, geralmente têm cerca de 25 mm x 19 mm e, se você observar atentamente as fotos, poderá ler o código do produto IC de controle e descobrir o que é (embora melhor ainda Os fornecedores do AliExpress fornecerão a folha de dados na listagem). Praticamente todos eles terão um divisor de resistor que dimensiona a tensão de saída para uma tensão de referência e alterar o resistor em uma perna do divisor permitirá obter 3V3 em vez dos 5V enviados como eles.

Comprei 50 para baixar o preço, desoldrei as tomadas USB, soldadas em suportes AA duplos (a US $ 0,19), e agora tenho um estoque de fontes de alimentação baratas que posso definir com a voltagem necessária para um projeto. Eu não acho que você pode realmente vencer US $ 0,50 por fonte de alimentação.

15kΩ47kΩ1547+15×5V1.2V27kΩ

Parakleta
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Por que o voto negativo? A OP queria a solução menos cara que eu acho que forneci.
Parakleta
Como OP, gostei da resposta e votei com agrado. O ESE é extremamente rigoroso quanto à política de "recomendação de produtos". Coisas que falam de produtos específicos, fontes e preço são desaprovadas - foram queimadas duas vezes. No entanto, no contexto geral, acho que você editou a resposta para adicionar a natureza das informações consideradas úteis e genéricas (e é por isso que a votação inicial). A pergunta foi feita 5 anos atrás, e o IIRC tais 'blocos' prontos para uso não estavam prontamente disponíveis.
icarus74
Eu não conhecia a política de "recomendação de produtos". Especificamente, não criei um link para nada, pois estava apenas fornecendo sugestões gerais. Hoje, 90% da engenharia eletrônica é produto / fonte / preço dos componentes para obter um produto final com a funcionalidade necessária ao melhor preço. Sei que a pergunta é bastante antiga, mas, infelizmente, as perguntas permanecem para sempre e precisam de novas respostas à medida que a tecnologia e as soluções mudam. Há cinco anos, os pequenos dispositivos USB boost existiam como "Carregador de Emergência USB" por US $ 10 como produtos acabados que você teria que desmontar.
Parakleta
não tenho certeza se você está no ESE há muito tempo, mas a tendência geral é que essa não é realmente uma comunidade de construção de blocos de lego do Arduino (aka Maker), embora você encontre muitas perguntas e respostas nesse sentido. As perguntas e respostas que incorporam os fundamentos da teoria eletrônica são melhor apreciadas. Enquanto escrevia, gostei da resposta pela praticidade da abordagem. Sim, muita água voou sob a ponte nos últimos 5 anos.
icarus74
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Considere mudar para uma bateria na voltagem desejada e, possivelmente, uma segunda para a campainha.

(Se você realmente precisar de 1,2V / 1,5V para outra coisa no mesmo circuito, isso não se aplica)

Emilio M Bumachar
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obrigado por responder. Várias baterias tornam meu projeto grande + pesado + desajeitado. Mas eu admito, eu nunca mencionou tamanho / peso como requisito :)
icarus74
Existem muitas campainhas que são especificadas em 3.3V e, na verdade, produzem ruído abaixo disso.
precisa saber é o seguinte