Nivel de batería AA

Supuesto: tensión de alimentación mínima de 3V deseada por el sistema.

La mejor solución :

• Regulador LDO lineal con 3 celdas

• o Buck Converter con 4 celdas.

La solución de 4 celdas obtiene un poco más de la energía total disponible de la batería y tiene 4/3 del volumen de la batería, de modo que 4 celdas funcionarán durante aproximadamente 1,4 veces hasta 3 celdas.

Las baterías que usan las personas PROBABLEMENTE tendrán un voltaje por celda de aproximadamente 0.9 voltios mínimo a aproximadamente 1.6 voltios máximo.

Es muy poco probable que las personas utilicen LiIon (3V a 4.2V / celda). Las células AA (= 14500) están disponibles en LiIon, pero son extremadamente raras en el mercado de consumo. Las personas que las tienen generalmente tendrán la suficiente educación para no usarlas en esta aplicación.

Es posible que las personas tengan células primarias de litio AA (aproximadamente 3V) u otras muy pocas veces disponibles, pero esto es extremadamente improbable. Mercurio, Zinc Air, LiFePO4.

Los voltajes a continuación son los límites razonablemente extremos. Las células más probables son -

• NiCd - 0.9 - 1.3 V
• NimH - 0.9 - 1.4V
• Alkaline - 0.8 - 1.6V
• "Cloruro de zinc / LeClanche: 0,8 - 1,5 V
• LiIon - 3 - 4.2V

ZnCl es una linterna barata estándar o batería de radio.

Las baterías alcalinas tienen nominalmente 1.5V pero miden constantemente 1.55V o un poco más cuando están completamente cargadas. NimH son nominalmente 1.2V pero pueden ser 1.35V poco después de la carga.

Por lo tanto, excluyendo LiIon, el rango de voltaje es de aproximadamente 0,8 a 1,6 V / celda.
 Si desea que los recargables se traten bien, entonces 1.0V es un límite inferior sensible a bajas corrientes, por lo que 1.0 - 1.6V

SO:

3 celdas: 3 x 1.0 - 1.6 V = 3V - 4.8V
 4 celdas: 4 x 1.0 - 1.6V = 4V - 6.4V

(Lo anterior es para celdas nuevas y agotadas. Para voltajes "sensibles" de 1.0 - 1.5V, el rango es de 3-4.5V y 4 - 6V para 3 y 4 celdas)

En el caso más improbable de que LiIon se use, 3 células dan 9 - 12.6V y 4 células dan 12V - 16.8V. Inusual, pero debe diseñarse para evitar daños.

SO:

Con 3 celdas, SOLO baje a 3 V a 1.0 V / celda. Debajo de eso con, por ejemplo, ZnCl corre muy plano. Por debajo de 1.0V, todas las celdas tienen muy poca capacidad por lo que un regulador LDO de 3V sería "lo suficientemente bueno" Esto podría ser lineal con casi 100% de eficiencia a 3V y 3 / 4.5 = 66% de eficiencia a 4.5 V. Un convertidor de dólar puede funcionar en el rango de 80% - 90%. El Vin y el rango de voltajes relativamente bajos significan que el 90-95% alcanzable con buck en algunos casos no se aplicaría fácilmente aquí. Por lo tanto, un regulador LDO lineal funcionaría lo suficientemente bien aquí.

Con 4 celdas, SÓLO bajar a 4V a 1.0V / celda. (O hasta 4 x 0,8 V = 3,2 V con, por ejemplo, ZnCl, muy plano. Por lo tanto, un regulador LDO de 3V proporcionaría fácilmente 3 voltios. Esto podría ser lineal con una eficiencia máxima de alrededor del 75% a voltajes muy bajos de la batería y tan solo 50%). eficiencia a 6V pulg. Un convertidor Buck puede funcionar en el rango de 85% - 90%, ligeramente mejor que con 3 celdas. Por lo tanto, un convertidor Buck tendría mucho sentido con 4 celdas.

Si desea protegerse contra personas que usan celdas de LiIon, debe protegerse contra 3 x 4.2 = 12.6V o 4 x 4.2 = 18.8V Vin.
 Puede apagar el sistema con una advertencia a estos voltajes (especialmente si se usó un regulador lineal) o aceptar la menor eficiencia general con un convertidor reductor, ya que un sistema optimizado para la mitad del voltaje de las celdas de LiIon probablemente no sea óptimo cuando se usó LiIon.

En el extremo inferior, cortaría la operación a 1 V / celda para proteger las celdas recargables, a menos que quisiera hasta la última "gota" de energía. (Con 3 celdas necesita un poco más de 1 V / celda con un LDO lineal).

Buck-boost con 3 celdas le permite obtener un poco más de las baterías con 3 celdas, pero tiene menos eficiencia en general, por lo que probablemente no tenga sentido en comparación con un LDO lineal.

Para aclarar la pregunta original: Frank está diseñando un sistema que toma 4 x pilas AA, que tendrá un ADC y rieles regulados de 3.3VDC y 5.0VDC (los cuales ofrece podrían usarse como referencia para el ADC). Quiere usar el ADC para medir la capacidad restante de la batería, o al menos encender un LED rojo cuando la batería está baja y necesita ser reemplazada. Las células AA pueden ser de cualquier química, capacidad, edad, etc. Parece que el sistema puede ser de baja potencia pero no se indica el uso de potencia.

Respuesta: Cuando usa celdas AA descubiertas (en lugar de un paquete de baterías ensamblado), el usuario puede poner cualquier cosa en cualquier momento, incluida una mezcla de alcalina y NiMH (o cualquier producto químico que se ajuste), mezcla de muertos Y celdas frescas, celdas al revés, lo que sea. Tratar de adivinar la capacidad restante simplemente por el voltaje es prácticamente imposible.

Sin embargo, si solo desea encender un LED rojo cuando la batería está muy baja, es posible que pueda detectar simplemente cuando el voltaje de la batería está por debajo de algún umbral bajo. Alcalino, NiMH, litio primario, etc. todos tienen su rango particular de voltaje, pero en todos los casos el voltaje caerá en picado cuando se estén muriendo. El NiMH, en particular, no debe descargarse por debajo de algo como 0.9 o 1.0V o las células pueden sufrir daños permanentes. Las celdas desechables, como las alcalinas, se pueden descargar por debajo de eso, pero no ofrecen más que una pequeña cantidad de tiempo de ejecución adicional. Por lo tanto, puede configurar un detector de bajo voltaje a aproximadamente 1.05 V por celda o 4.20 V para su 4 x AA y encender el LED rojo cuando la batería esté por debajo de ese umbral. Puede experimentar en un rango de 1.0V a 1.1V para ver qué funciona mejor para dar una cantidad adecuada de tiempo de advertencia para su sistema.

Este método funciona mejor cuando la carga de la batería es pequeña y bastante constante. Si la batería está cargada con pulsos intensos, el voltaje disminuirá durante el pulso y se recuperará, lo que provocará que el detector de bajo voltaje se dispare en esas caídas en lugar de cuando la batería esté "realmente" muerta. Si utiliza el ADC en lugar de un detector de voltaje dedicado, es fácil sub-muestrear mal, o incluso causar caídas al medir si el procesador consume mucha energía. Cuanto más a menudo mida, más rápido se agotará la batería.