Duración de la batería: 2xAA o 4xAAA, ¿cuál es mejor?

Sinopsis: 4xAAA + un convertidor buck síncrono para una vida útil máxima.

Esta es una buena pregunta, ya que muestra las ventajas y desventajas de un par de enfoques para la administración de energía. La siguiente tabla muestra un conjunto típico de curvas de descarga para una celda alcalina.

Lacurvamarrónestáenunacorrientededescargade34mA,queesmayorquelade10mAensuescenario,peroaúnesdeaplicacióngeneral.Loprimeroquesedebetenerencuentaesquelabateríasoloproporciona1.5Vjustoalcomienzodesuvidaútil:secaerápidamente.Yaquedicequedesea3V,estosignificaque(a)nohaygastosgeneralesparaunreguladorlinealodecolaaquíy(b)sucircuitonodurarámuchoenabsoluto,¡conlapotenciadeestos!Siresultaquepuedestolerarvoltajesinferioresa3V,obtendrásuntiempodefuncionamientomáslargo,perociertamentenoutilizarásningunodelosreguladoresquemencionas.Ustedpodríausarunreguladorderefuerzoyobtenermásenergíadelascélulasdescargándolasmásprofundamente,peroesonoesloquepidió,porloquevoyaevitarloporelmomentoyregresar.paramástarde.

Encuantoa4xAAA,suvoltajedesalidanominalseríade6V,porloquetenemosespacioparaunconvertidor.UnreguladorLDOdecorrientedereposobajoseríalaopciónlinealaquí.Paraunacorrientedesalidade30mA(suficienteparausted),100mVdevoltajededeserciónnoesinfrecuente,porloquesupondremosquepodemosoperardesde6Vhasta3.1V,esdecir,hasta0.78Vporcelda,tanbajoqueestáfueradelatabladeabajo!Laeficienciaoscilarádesdeel50%inicialmentehastael96%justoantesdequeelLDOfinalmentedesaparezca.Elconsumodecorrientedeentradaseguirásiendode10mAentodo.

LasiguientetablamuestralavidaútildeunaceldaAAAtípica( fuente ) a diferentes profundidades de descarga.

Nuevamente,estamostrabajandofueradelgráfico,locualnoesexcelente,peropodemosdecirconseguridadquelavidaútilaunacorrientededescargade10mAparaunvoltajedeceldaaceptablede0.8Vesmayorque100horas.Entonceslapreguntaes:¿seríaestomayorconunconvertidordedinero?Enteoría,sí,pero¿quépasaenlapráctica?¿Lascorrientesdereposoylaspérdidasdecambioinundancualquiergananciateórica?

Estegráfico(tomadode aquí ) muestra que la eficiencia > 90% es posible para 6 V de entrada, 3 V de salida con un consumo de corriente de 10 mA.

Dado que el voltaje de deserción de un convertidor reductor es efectivamente 0 (la activación del transistor de paso solo actúa como un paso) también iremos a 3V, lo que nos pondrá (un poco) más profundamente en la descarga curva.

Entonces, ¿quién es el ganador? Si realmente necesita el 3V completo, obtendrá el máximo rendimiento de un convertidor buck sincrónico de diseño eficiente alimentado por celdas 4xAAA, seguido por el lineal.

Si puede lidiar con voltajes inferiores a 3V, el enfoque de las células 2xAA podría funcionar por más tiempo del que mostró mi análisis inicial (desdeñoso), pero dada la energía total en 4xAAA es aproximadamente la misma que la de 2xAA y la combinación serie + buck Permita una descarga más profunda, siempre va a ser el mejor con el buck 4xAAA +.

2xAA almacena un poco más de energía que 4xAAA. Pero no es tan simple.

Una batería alcalina nueva apagará 1,6 V y se descargará aproximadamente a 1 V o 0,9 V durante su vida útil. Entonces, si eliges 2xAA, tendrás que usar un convertidor boost para obtener 3V. Elija uno que pueda funcionar hasta 1.8V Vin. Desafortunadamente, esta es probablemente tu mejor opción. Sé que 3.2V Vin es mayor que 3V, y puede parecer extraño que opere un convertidor boost en estas condiciones, pero debería estar bien para la mayoría de los convertidores boost.

Si vas con 4xAAA, eso te dará un voltaje máximo de 1.6x4 = 6.4V. Puede conectar esto a un LDO y regularlo a 3V. Pero hoy en día, la mayoría de las LDO baratas y pequeñas no pueden manejar 6.4V. Todos están diseñados para sistemas de baterías de litio / USB, por lo que el voltaje de entrada máximo es de 5.5 o 6V. Así que necesitarás usar un LDO más caro. También podría volver a la configuración 2xAA y usar el convertidor boost en ese caso.

Si pudiera hacer 3xAA (si esa es una opción aceptable), entonces podría usar un LDO de bajo costo y aún así obtener una duración de batería decente. Con una carga de 10 mA, probablemente obtendría alrededor de 200 horas de duración de la batería.