Piense en un convertidor de impulso de estilo Joule Thief funcionando con una sola batería AA.

Recojo sus baterías AAAA de especificaciones porque tiene espacio limitado y cree que el voltaje de la batería debe exceder el voltaje del LED. Eso no es verdad, dice el ladrón Joule.

Los clientes odian las baterías extrañas. Nos gustan los tamaños de batería normales como AA, que tienen mucha más capacidad y son más baratos que AAA o AAAA. AAAA es poco frecuente y nadie comprará un producto que los use.

Los clientes también odian los dispositivos que no funcionan con las baterías NiCD o NiMH recargables (que generan 1.2 voltios por celda).

Más de una batería también significa más de cuatro superficies de contacto para ensuciarse y corroerse. ¿Conoces esas horribles linternas LED que están por todas partes? Toman 3 AAA en un "cartucho" que es aproximadamente del tamaño (pero no del todo) de un 18650. 4 superficies por batería, 4 para el cartucho, 2 para la tapa inferior y 2 para el interruptor. ¡No es de extrañar que nunca funcionen! En la basura se va.

Todo dice que un convertidor boost de una sola batería es el camino a seguir.

Si hace esto con un regulador lineal, tiene que aceptar el hecho de que tan pronto como el voltaje de la batería caiga por debajo de 2.75 V, no podrá "crear" el voltaje directo para el LED (s) , y así, su corriente caerá, inevitablemente.

Por lo tanto, basado en suministros en modo sin conmutador, este enfoque está condenado; vea la curva de descarga típica para una batería alcalina a continuación:

Note que rápido cae por debajo de 2.75 V / 2 = 1.375 V; Tendría que agregar otro margen para la caída de voltaje del regulador lineal. Los mejores LDO que conozco hacen aproximadamente ~ 90 mV a 50 mA, por lo que serían 1.415 V como voltaje de umbral.

Así que veamos el proceso de diseño:

Rango de voltaje de entrada

Algo entre 2 · 1.55 V = 3.10 V y lo que la curva de descarga a continuación nos dice acerca de lo que sucede después de extraer 50 mA durante 4 h. Eso sería 0.2 Ah, y necesitamos escalar eso de una batería de 2.20 Ah a la capacidad AAAA típica de 0.5 Ah, por lo que debemos observar el 0.2 Ah · 4.4 = 0.88 Ah

Lacurvadedescargadiceaproximadamente1,2V.Esosuenarealista,porloquenuestrorangodeentradageneral,incluidoelhechodequecualquiercosaquenotengaunaeficienciadel100%,seríadealmenos2,3Va3,1V.

EsoresaltaquetodoslosenfoquesbasadosenLDO/linealesestáncondenados,porquenopuedenaumentarelvoltaje.

Eleccióndediseño

Comosemuestra,necesitamosunafuentedealimentacióndemodoconmutado.Suponiendoquenoqueremosprimeroquemarenergíaparatrabajarsiemprepordebajodelvoltajeobjetivode2.75V,esnecesariounsuministroenmododeconmutaciónqueseacapazdeaumentaryreducir.

Paralograrlarestriccióndeespaciode40mm²,debemosbuscarcircuitosaltamenteintegrados,definitivamentecircuitosintegradosqueincluyanelinterruptor,nosoloelcontrolador,sinotambiénelinductor,ousarcapacitanciaconmutada(porquenuestracorrientenoesquegrande).

Eleccióndecomponentes

Visitamoslossitioswebdelos"sospechosos habituales", siendo

• TI
• NXP
• Maxim
• lineal
• ST
• ONSemi

Convertidores Buck / Boost

Supongamos que TI está funcionando bastante bien con sus módulos de conmutador simple que integran el inductor. Veamos si lo que podemos encontrar se acerca a nuestras restricciones de espacio. Si no lo hace, podemos dejar de lado ese enfoque (probablemente no lo haremos mejor que TI, ¿verdad?).

También, veamos ON, que son conocidos por la venta de IC SMPS altamente integrados y de gran volumen, generalmente en paquetes que son a escala de chips, y también son expertos en cosas como los controladores LED de flash para teléfonos móviles.

Capacitancia conmutada

Revisemos la cartera de TI para eso.

Resultados

1. el módulo de conmutador simple más pequeño es de 99 mm²: enlace ay. Más del doble de grande que el permitido,
2. En tiene una categoría para controladores LED: enlace . El CAT3224 parece ajustarse muy bien a nuestra factura, y tiene un paquete de 3 mm x 3 mm = 9 mm², lo que deja mucho espacio para los componentes externos necesarios para el diseño de capacitancia conmutada. Necesitarías algo como (suposición aproximada) 25mF como supercap, pero creo que debería funcionar. Necesita más lectura de la hoja de datos. Sin embargo, necesitarán mucho espacio: realmente experimentaría con MLCC de alta capacidad y vería si funciona si no necesito el modo "flash".
3. En la categoría de capacitancia conmutada, un dispositivo ONsemi parece ser el más interesante para esta aplicación: el NCP1729 es un controlador de inversión que satisfaría sus necesidades y es muy fácil de usar:
   
   pero no estoy 100% seguro de haber rozado la hoja de datos, funciona con 50 mA con un voltaje de entrada tan bajo como 2.4 V. Se deben considerar bombas de carga adicionales.

Un montón de opciones. Lo más simple en mente son los controladores de un solo chip, que a menudo solo necesitan un diodo y un inductor pequeño con forma de resistencia. Los chips vienen en paquetes smd como SOT-23, o paquetes SIP para espacio en el tablero bajo.

O un diodo limitador de corriente, una solución de una pieza. Pero el voltaje de la cabeza de sus baterías puede ser un problema.

  

La selección de la batería depende de las opciones de química y tamaño

     

Los criterios de diseño para el uso de LED con una batería, se basan en;

• voltaje, Vmin: Vmax, Vf e If para LED (s), capacidad en (mili) amp-hora [mAh] o [VAh = Wh], costo, tamaño y / o eficiencia.

Las linternas de diseño moderno utilizan pequeñas SMPS para regular de manera eficiente la corriente y reducir las pérdidas de conducción con células tipo 18650 para obtener una vida útil prolongada y una luz de alta intensidad. A menudo, los principiantes quieren evitarlos por simplicidad, pero deben tener en cuenta que esto también sacrifica el rendimiento.

  

Sin embargo, analicemos un método de baja caída (LDO, por sus siglas en inglés) de conducir los LED desde una batería para obtener el mejor compromiso.

atributos de diseño

1. minimice la deserción en el sentido actual a 50 mV (estándar std. derivación actual)
2. elija un "nivel lógico" MOSFET con RdsOn cerca o menos que el ESR de la batería

3. use un comparador o amplificador operacional que permita detectar cerca de una entrada de 0V

    - Vout must >= Vgs spec using single supply from Vbat for low RdsOn
   

4. Para tarifas de 1C de voltaje inicial, Vi a final, Vf
5. Capacidad C o 1C = Ah (para h = 20 horas) mi. la resistencia interna de la batería (serie efectiva) \ $ ESR = | \ frac {\ Delta V} {\ Delta I} | \ $

6. % Vbat rango no regulado \ $ \ frac {\ Delta V} {V_i} = \ frac {V_i-V_f} {V_i} * 100 {\%} \ $

   • % Vbat, caída de voltaje de la batería de 100 a 0% estado de carga (SoC)
     • 8% en ácido de plomo secundario
     • 10% en litio 3.0V primario
     • 19% en LiPo 3.7V a 3.0V secundario
     • 33% en alcalina 1.5V primaria

A continuación se muestra un sim. Para 3 celulas alcalinas. Un mejor diseño utiliza 1 celda LiPo.

mi solución java sugerida necesita la aprobación como se muestra a continuación

• Elseguimientoanteriordelacorrienteactualmuestraunaexcelenteestabilidadcon4.5a3.5V(no3V)parabateríasAAA3x
  • Sensibilidad\$\frac{I_f}{V_{bat}}=\frac{49.0-48.96[mA]}{4.5-3.5[V]}*100=4\%\$

excuse:FalstadnoteníaunFETdeRdsOnbajo,asíqueusédos.

ReferenciasampliaseneldiseñodelcontroladorLED

• enlace

• Soluciones de consumo de alta potencia y bajo costo Controlador LED 10A $ 13 cdn

• Voltajedeentrada8.5~48V

• Voltajedesalida10~50V
• Max.Corrientedesalida10Aajustable
• mássolucionesparaelconsumidor
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Puede ser inútil reinventar la rueda, pero es útil para entender cómo funciona.