La forma más eficiente de lograr 3.6V o menos con baterías de NiMH o Li-Ion (cuando está completamente cargada)

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Tengo un módulo de micro y RF que me gustaría alimentar desde 3 celdas de NiMH AA o desde una sola celda de ion de litio 18650. Aún no he decidido cuál usaré. Mis requisitos actuales no son mucho (aproximadamente 2mA o algo así), pero estoy buscando lograr un tiempo de ejecución bastante largo (más de 30 días entre recargas).

Tanto el micro como el módulo de RF tienen un voltaje de entrada bastante amplio, sin embargo, el módulo de RF tiene una entrada máxima de 3.6V. Entonces, el problema es con las baterías completamente cargadas, ya que cualquiera de estas configuraciones suministraría fácilmente más que el máximo de 3.6V: más como 3.8-4.2V supongo.

Mi instinto me dice que la caída desde, digamos, un diodo 1N4001 (~ 0.6V) debería hacer el truco, al menos inicialmente, pero a medida que se descarguen las células ya no necesitaré ese 0.6 V cae y entonces solo será un desperdicio.

Mi otro pensamiento fue usar un convertidor buck / boost de alta eficiencia ( como este ) con Vout configurado a 3V o menos. No necesariamente necesito una salida fija de 3V, ya que tanto el módulo micro como el de RF funcionarán a 1.9V.

¿Cuál es la forma más eficiente de eliminar la salida para que cualquiera de estos ajustes de batería proporcione 3,6 V o menos?

    
pregunta Craig

3 respuestas

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Buena solución:

2 x AA NimH AA de un fabricante reconocido (NO 3).

Mejor aún, use baja auto descarga NimH AA.

2 mA x 24 horas x 30 días = ~ 1500 mA horas.   Una célula AA NimH moderna de buena calidad de 2500 mAh tiene una capacidad genuina que se acerca a los 2500 mAh (por ejemplo, 2400 mAh para estar seguro). De hecho, la capacidad será mayor a la tasa de descarga muy baja de 2 mA.  Un Sanyo Eneloop AA tiene una capacidad de aproximadamente 2000 mAh.

Para suministrar > = 1500 mAh, la llamada de 2400 mAh no tendría que perder más de (2400-1500) / 2400 = ~ 37% de capacidad. Cualquier célula de NimH con buena reputación tendrá menos de esa pérdida en un mes.
 Un Eneloop o cualquier otra llamada de NimH con baja autodescarga de buena reputación perderá mucho menos que eso en un mes.

Como puede tolerar un voltaje de suministro de 1.9V, usar 2 x NimH tiene sentido. A 2 mA, un AA Nimh suministrará 1.2 V + durante la mayor parte de su ciclo de descarga.

Con dos celdas y 3.6V de voltaje máximo permitido, puede tener hasta 1.8V / celda, que nunca alcanzará. El máximo es de 1.5V / celda en la carga abs máx, 1.35 V / celda solo de la carga que cae rápidamente por debajo de 1.3V / celda.

La descarga no debe descender por debajo de 1.05 - 1.1V / celda a tasas de descarga muy bajas. (Baja a tasas más altas).

    
respondido por el Russell McMahon
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Hay varias cosas aquí ...

Las celdas de NiMH que eligió podrían, en teoría, admitir el consumo de corriente de 2 mA durante más de 30 días basándose solo en la clasificación de mAH. Sin embargo, hay autodescarga a considerar. Este artículo de Wikipedia dice que una batería de NiMH típica perderá 5-10% de Se carga el primer día y aproximadamente otro 1% todos los días después de eso. Mi experiencia es que es cierto solo para las baterías nuevas, y las baterías más viejas se auto descargan mucho más rápido. Mi taladro inalámbrico, por ejemplo, sería inútil 6 semanas después de una carga completa cuando es nuevo, pero ahora es inútil después de solo una semana, cuando no se usa en absoluto durante ese tiempo.

Las baterías recargables de litio, sin embargo, tienen una tasa de autodescarga mucho más baja. ¡Es por eso que pronto compraré un taladro inalámbrico a base de litio!

En cuanto a su pregunta ... El problema con el uso de un diodo es que la caída de voltaje no siempre es de 0.6v. A bajas corrientes podría ser mucho menos. La hoja de datos del diodo contendrá un gráfico que muestra la caída de voltaje en comparación con la corriente. Dice 2 mA, pero lo más probable es que sea menor que 0,5 mA la mayor parte del tiempo con pulsos mayores que 4 mA (solo una suposición). Por lo tanto, cuando toma 0.5 mA, el voltaje del módulo puede ser demasiado alto.

El dispositivo ideal es un Regulador Lineal de Baja Deserción (LDO) diseñado específicamente con esto en mente. Lo siento, pero no tengo tiempo para encontrar uno ahora mismo. Pero hay LDO diseñados para funcionar con una batería. Cuando la batería es nueva, se regula de manera normal, pero a medida que Vin cae por debajo del Vout ideal, el regulador dejará de regular y el Vout básicamente igualará a Vin. ¡No todos los LDO harán esto! Si no lo dice en la hoja de datos, debe asumir que no hará esto.

Otra idea sería crear tu propio "convertidor buck de conmutación cojo". El extremo comercial del convertidor es un simple MOSFET que alimenta Vbat a un límite de almacenamiento. La salida de la tapa alimenta tu módulo. Si el voltaje de la tapa cae debajo, digamos, 2.5v, entonces el MOSFET se enciende. Cuando el voltaje de la tapa alcanza 3.3v, la tapa se apaga. Un simple comparador de voltaje con histéresis puede hacer esto. Busque un comparador de potencia súper baja, ya que no desea que esta cosa consuma más energía que su módulo. Haga que la tapa sea lo suficientemente grande como para que la velocidad de activación / desactivación del MOSFET no sea demasiado rápida. Por debajo de 10 KHz, o incluso por debajo de 1 KHz. Un inductor en serie con el MOSFET podría no ser una mala idea, para reducir la corriente máxima de la batería. Sin embargo, preferiría usar un LDO a esto, ya que sería mucho más fácil hacerlo bien la primera vez.

    
respondido por el user3624
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Use un regulador de baja caída que esté muy por debajo del punto en el que las baterías se vuelven inútiles para usted, algo así como 2.5V (o incluso 2V) deberían hacer el truco si sus dos dispositivos funcionarán a ese voltaje. Son baratos, fáciles de usar y solo necesitan un par de condensadores de desacoplamiento. En general, sus baterías no van a bajar de 3V antes de que necesiten cargarse.

No desperdicies dinero en un regulador de conmutación, solo son problemas y componentes adicionales.

Por ejemplo, MCP1825S puede obtener una versión fija de 2.5V con un abandono de alrededor de 2.7V.

    
respondido por el Josh

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