Me pregunto: ¿es posible proporcionar, por ejemplo, 5 V / 500 mA de una sola batería de 1,2 V y consumir solo 50 mAh de la batería usando un convertidor de aumento de voltaje de entrada baja y un amplificador de potencia? (L272 y un TPS61200 por ejemplo)
Descubrí que es posible pasar de 1.2 a 5 v con el TPS61200 y de 50 mA a 500 mA con el L272, pero ¿qué pasa si se usan juntos? ¿Conservará la vida útil de mi batería?
Considere la conservación de la energía.
Muy aproximadamente, 1.2 V * 50 mAh es aproximadamente 215 J.
5 V * 500 mA es .25 W.
A una velocidad de uso de .25 W, 215 J se consumirá en aproximadamente 450 segundos, o 7.5 minutos.
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Veamos los chips que mencionas.
TPS61200 es un convertidor boost. Esto "aumentará" el voltaje de la fuente de alimentación de 1.2 V a un voltaje mayor --- 5 V en su caso. Pero consumirá más corriente de la batería de la que suministra a la carga. Esto se debe a que no es mágico y no puede crear energía de la nada.
L272 es un amplificador operacional. Puede suministrar una corriente de salida de hasta 700 mA, controlada por una entrada de menor potencia. Pero debe obtener la energía para entregar esa salida de sus pines de suministro de energía. Debe proporcionar un suministro de +/- 12 V para utilizar este amplificador de acuerdo con sus especificaciones. Si tiene alguna otra fuente de energía para proporcionar el +/- 12 V, entonces ciertamente puede usar el L272 para controlar una señal de 5 V / 500 mA alimentada por esa fuente. Pero la potencia se tomará (muy ineficientemente) de la fuente de +/- 12 V, no creada mágicamente por el L272.
Descubrí que es posible pasar de 1.2 a 5 v con el TPS61200 y de 50 mA a 500 mA con el L272, pero ¿qué pasa si se usan juntos? ¿Conservará la vida útil de mi batería?
Digamos que la respuesta es "sí". Digamos que tenía una batería de 1.2V que ahora puede proporcionar 5V, y donde podría proporcionar 50mA, ahora podría proporcionar 500mA, sin reducción en el tiempo de ejecución.
Di que necesito para alimentar mi casa. Necesito aproximadamente 120V y 40A. Luego podría tomar esta pequeña batería, luego conectar en cascada estos "amplificadores de voltaje" y "amplificadores de corriente" hasta que alcance la potencia necesaria. No hay necesidad de la utilidad eléctrica! ¡Solo cambia un par de baterías AAA cada pocos meses!
Claramente, esto sería una violación de la ley de conservación de la energía. La batería solo contiene tanta energía, y nada de lo que nos conectamos (que no contenga energía almacenada) puede permitirnos obtener más energía de ella.
¿Cómo funcionan los convertidores de impulso? Claramente, es posible obtener 5V de una batería de 1.2V, pero ¿cómo?
Recuerde que el voltaje es una fuerza que funciona con la carga eléctrica, como los electrones. Existen máquinas análogas para impulsar los convertidores que funcionan con fuerza mecánica, en lugar de con voltaje (fuerza de carga). Por ejemplo:
Si un sistema mecánico no tiene pérdidas, la potencia de entrada (mi trabajo moviendo la manija del gato) debe ser igual a la potencia de salida (aumento del potencial gravitatorio de la cabina elevada). Recuerde (o referencia en Wikipedia ) que la potencia mecánica es el producto de la fuerza y la velocidad:
$$ P = Fv $$
Entonces, si estoy levantando un automóvil con un gato, y el coche se está moviendo a la mitad de velocidad que cuando muevo el mango del gato, la fuerza aplicada al coche debe ser el doble de la que estoy aplicando al mango, De lo contrario, la potencia de entrada y salida no sería igual. Esto sería una ventaja mecánica . Así es como puedo levantar un auto muy pesado con solo fuerza muscular: aplico menos fuerza, pero a una distancia mayor.
Los convertidores Boost (y, de hecho, todas las fuentes de alimentación en modo conmutado) son esencialmente lo mismo. Sin embargo, la energía eléctrica es el producto del voltaje y la corriente:
$$ P = IE $$
Digamos que tengo un convertidor boost que me da 5V de una batería de 1.2V, y mido la corriente de carga (en el lado de 5V) como 50mA, entonces la corriente de la batería debe ser:
$$ \ require {cancel} \ begin {align} P_ {batería} & = P_ {cargar} \\ I_ {batería} \ cdot E_ {batería} & = I_ {carga} \ cdot E_ {carga} \\ I_ {batería} \ cdot 1.2V & = 50mA \ cdot 5V \\ I_ {batería} & = \ frac {50mA \ cdot 5 \ cancel {V}} {1.2 \ cancel {V}} \\ I_ {batería} & \ approx 208mA \ end {align} $$
Esto también funciona en la otra dirección: si un convertidor reductor reduce el voltaje de la batería, entonces se extraerá menos corriente de la batería. O de manera equivalente, si un dispositivo reduce la carga de corriente en la batería, necesariamente debe reducir el voltaje disponible en la carga.