Decidir entre 7.4V y 11.1V de potencia

Resumen:

• Con un regulador lineal use 2 celdas

• Con un regulador de conmutación, que debe usar, 3 celdas proporcionan aproximadamente un 50% más de almacenamiento de energía que 2 celdas.

Como han dicho otros, una mejor explicación del requisito, asumo que es 2 x o 3 x LiIon (como 3.7V nominal cada una).  Dice 100 mAh, así que quizás sean células AA (14500) o tal vez un paquete plano de LiPo.

La solución de 2 celdas puede ir tan bajo como 6/3 = 3V / cell para dar 6 voltios. Esto está en el límite inferior cómodo de LiIon, por lo que es aceptable.

LiIon será 4.2V cuando esté completamente cargado = 8.4V / 2 celdas o 12.6V / 3 celdas, aún dentro de sus especificaciones.

Como dice Steven: SI está utilizando un regulador lineal, perderá más energía con la solución de 3 celdas. PERO si utiliza un regulador de conmutación (SR) (como realmente debería hacerlo), la eficiencia energética será similar en cada caso.

Con una SR, la solución de 3 celdas le brinda aproximadamente un 50% más de almacenamiento de energía.

Añadido. Catalizado por el comentario de Mike. (@Mike DeSimone)

¿Qué tipo de regulador interno?

Esperaría que cualquier cosa hecha para funcionar de 6 a 14 V usara una fuente de alimentación conmutada en el interior, pero tal vez no. Entonces, para determinar qué tipo de regulador está dentro de un dispositivo, aumente la tensión de alimentación y observe lo que hace la corriente. Entonces -

• Una fuente de alimentación conmutada consume aproximadamente energía constante.

  Vin x In x Efficinecy = Vout x Iout.

  Entonces, cuando Vin se eleva, Iin cae.
  Duplicando a Vin sobre las mitades Iin.

  Un regulador de conmutación suele ser la solución más eficiente, excepto cuando Vin está cerca de Vout, pero es más ruidoso y, por lo general, un poco más caro y complejo que un regulador lineal.

• Un regulador lineal pasa la corriente de entrada a la salida y deja caer cualquier exceso de voltaje a través del regulador. También necesita una cantidad de corriente (generalmente) relativamente pequeña para su propio uso. Entonces

  Iin ~ = Iout

  Al aumentar Vin, Ion debería permanecer relativamente constante.

  Se debe usar un regulador lineal cuando Vin no es masivamente más alto que Vout.
  Power_dissipated = (Vin-Vout) x Iload.

• Un regulador de derivación o un suministro Zener o un cuentagotas resistivo a un suplemento no regulado (muy malo) mantiene el voltaje y la corriente de salida y, a medida que aumenta Vin, extrae corriente por encima de lo necesario y disipa la energía como (Vin- Vout_internal) x Iin

  Entonces, a medida que Vin aumenta, aumenta Iin.

  Es posible escribir ecuaciones para lo que puedes esperar ver, pero hay un número sorprendente de factores variables que hacen que no valga la pena hacerlo. Por lo general, un regulador shnt es muy barato, pero solo se debe usar para baja potencia y cuando Vin no es mucho más que Vout_internal,

 -

Trabaja a la tensión más baja posible. Si saca \ $ 100mA \ $ a \ $ 7.4V \ $, eso es \ $ 740mW \ $, a \ $ 11.1V \ $ que es \ $ 1100mW \ $, o un 50% más. La capacidad de \ $ 11.1V \ $ también es 50% más alta, por lo que no hay diferencia allí, aparte de que la batería de \ $ 11.1V \ $ es más voluminosa, pesada y costosa.

Pero si la carga es resistiva, de hecho habrá una diferencia. Supongamos que la resistencia es \ $ 74 \ Omega \ $, entonces la potencia extraída de la batería de 7.4V es

  

\ $ P = \ dfrac {V ^ 2} {R} = \ dfrac {(7.4V) ^ 2} {74 \ Omega} = 740mW \ $

mientras que la energía extraída de una batería de 11.1 V es

  

\ $ P = \ dfrac {V ^ 2} {R} = \ dfrac {(11.1V) ^ 2} {74 \ Omega} = 1665mW \ $

o 2.25 veces más. Como la capacidad de la batería de $ 11.1V es $ solo 1.5 veces más alta, se agotará más rápido.

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Kevin desea leer sobre reguladores lineales y quizás otros reguladores
Si la batería alimenta un regulador, entonces la potencia del circuito será independiente del voltaje de la batería. Digamos que regula a 5V y extrae 100mA de eso, entonces el circuito siempre consumirá 500mW, sin importar cuál sea el voltaje de la batería, porque los 5V están fijos. Si se trata de un regulador lineal , la diferencia de voltaje entre la batería y la salida del regulador causará la disipación en el regulador. Para la batería de 7.4V:

  

\ $ P = \ Delta V \ cdot I = (7.4V - 5V) \ cdot 100mA = 240mW \ $

Si el voltaje de la batería es de 11.1 V, sin embargo, esto se convierte en

  

\ $ P = \ Delta V \ cdot I = (11.1V - 5V) \ cdot 100mA = 610mW \ $

por lo que su pérdida de potencia en el regulador será mayor para la batería de mayor voltaje. Pero al igual que en el primer ejemplo, la longevidad de la batería será la misma:

  

Vida útil de la batería = \ $ \ dfrac {1000mAh} {100mA} = 10h \ $

ya que la batería de 11.1V tiene una mayor capacidad. Es una pena desperdiciar esa capacidad en lugar de usarla para obtener un 50% más de duración de la batería.
Un conmutador (SMPS o fuente de alimentación de modo conmutado) resuelve esto. Un conmutador permite la conversión de energía de alta eficiencia. Asumamos un switcher ideal con un 100% de eficiencia. Si extrae 100 mA de la salida de 5 V, esto representará solo 68 mA de la batería de 7.4 V, o 45 mA de la batería de 11.1 V. Eso es porque el poder sigue siendo el mismo:

  

\ $ P = V \ cdot I = 5V \ cdot 100mA = 7.4V \ cdot 68mA = 11.1V \ cdot 45mA \ $

Una batería de 1000mAh durará

  

\ $ \ dfrac {1000mAh} {68mA} = 14.8h (7.4V) \ $ o \ $ \ dfrac {1000mAh} {45mA} = 22.2h (11.1V) \ $

así que aquí vemos que tenemos un 50% más de duración de la batería para la batería más grande, ya que no tenemos pérdidas de conversión. Recuerda que calculamos para un switcher 100% eficiente. Podríamos recalcular para una eficiencia de conversión del 85% más realista y encontrar la misma relación. Dejaré eso como un ejercicio para el lector interesado :-).

No menciona qué tipo de unidad tiene, especialmente qué tipo de circuito de fuente de alimentación tiene. Necesita saber qué corriente toma en esos dos voltajes. No nos lo dijo, por lo que sabemos que podría estar consumiendo 0 mA a ambos voltajes. Eso le daría una vida útil infinita con cualquiera de las dos baterías, lo que podría ser lo que desea (o no, ¡no lo dijo! Pero esta es una suposición razonable).

Esto es sólo una especulación:

• Su dispositivo podría tener un regulador lineal, que esencialmente consume corriente constante. En este caso, ambas baterías durarán aproximadamente lo mismo. Pero la batería de 11.1 V probablemente será más pesada y más cara.

• Su dispositivo podría tener un regulador de modo de conmutación, que esencialmente consume energía constante. En este caso, la batería de 11.1 V almacena más energía, por lo que si está buscando la vida útil más larga, esa sería la preferida.

Hay otras situaciones (menos probables), por ejemplo: su dispositivo es un calentador con una carga resistiva simple.