Comprensión de la disipación de energía por el regulador LDO en relación con la vida útil de la batería

  

Si tenemos 8,000 mAh de capacidad de batería, nuestro regulador   ¿Reducir efectivamente la capacidad utilizable a 4,400 mAh?

No, no es una relación lineal.

La capacidad se clasifica desde voltaje total (1.5V) hasta el límite de 0.8V.
Con el tiempo la batería se descarga y la capacidad disminuye. El voltaje de la batería también disminuye.

El voltaje de corte es 3.3V + 0.15 voltaje de deserción o 3.45V.
Con cuatro baterías, el voltaje de corte de una sola batería es 3.45V ÷ 4 = 0.8625V

El área amarilla debajo de la curva es la capacidad no utilizada.

  

Esosignificaría  quesiusamos3bateríasAAensulugaryobtenemosunaeficienciadel73%  convirtiendo4.5Va3.3Vqueaúntendríamos4.400mAhdeutilidad  duracióndelabatería?

Con3AA,latensióndecortedelabateríaesde3.45V÷3=1.15V
Nadamásde1.15Vnoseutiliza.

Eláreaamarilladebajodelacurvaeslacapacidadnoutilizada.

Ustedgastaríasignificativamentemenosenergíadelabateríasiusara3bateríasenlugarde4.

Laúnicagananciaqueobtienealusar4bateríasesreducirelcortede1.15a0.8625V,loquelebrindaunavidaútildelabateríaligeramentemáslarga.Peroalmismotiempolaenergíaentre1.15y0.8625Vesundesperdicio.

Entrelaslíneasrojasestáeltiempodeejecuciónadicionalqueseganaconlacuartabatería.
Elamarillodebajodelacurvaaquíeslacapacidadganadaalusar4bateríasenlugarde3.

Unconmutadordeaumentodebateríapara3.3Vesmuysimple.
Unejemploesel LV61225 convertidor elevador altamente eficiente de una sola celda

Silacorrienteesmuybaja,consulte CONVERTIDOR DE ALIMENTACIÓN SINCRÓNICA DE BAJA POTENCIA

El voltaje de la batería disminuye desde el momento en que las baterías están llenas hasta que están vacías. Al calcular la eficiencia para un regulador lineal (LDO es un tipo de regulador lineal), esto debe tenerse en cuenta de alguna manera. La forma más sencilla es utilizar el voltaje PROMEDIO de las baterías en toda la curva de descarga. El voltaje promedio de una batería alcalina AA es de alrededor de 1.3V, aunque esto depende de la carga. Entonces, con 4 baterías en serie, el voltaje promedio será de alrededor de 1.3V * 4 = 5.2V. Por lo tanto, la eficiencia promedio del LDO será 3.3 / 5.2, que es de alrededor del 63%.

Si usa un convertidor de dinero, es probable que cuente con un 85% con relativa facilidad. También son posibles mayores eficiencias, pero tendrá que hacer todo con mucho cuidado. Por lo tanto, obtendrás aproximadamente un 30% más de duración de la batería con un conversor Buck.

Hay algo más que considerar. La disipación de potencia en el LDO será igual a Iload * (Vin - Vout). Ahora, aquí, tienes que usar el voltaje máximo, no el promedio. Así que vamos a usar 1.5V. Eso es Iloud * (6 - 3.3) = Iload * 2.7.

Para 100mA que es solo 270mW. Bastante manejable. Pero si su carga es de 500 mA, entonces eso es 1.35W, lo que será difícil de administrar. Por lo tanto, las corrientes más altas deberían alejarlo de un LDO y dirigirse hacia un convertidor reductor.

Ahora consideremos la corriente de reposo. Si el regulador va a operar por períodos prolongados con poca carga o sin carga, entonces se debe considerar la corriente de reposo. Los LDO tendrán una corriente de reposo mucho más baja que los convertidores Buck, aunque algunos convertidores Buck son lo suficientemente bajos para funcionar durante muchos meses (sin carga) con baterías AA. Preste atención a la especificación de la corriente de reposo si eso se aplica a usted. Además, la eficiencia del regulador Buck con cargas muy ligeras no será mucho mejor que un LDO.

Ahora consideremos el costo. Si solo estás construyendo uno, la diferencia de precio realmente no importa. Pero si está produciendo esto de forma masiva, tenga en cuenta que los LDO son mucho más económicos que los convertidores Buck (en volumen). Aunque esto puede no ser cierto si tiene 200 mA o más de salida de corriente, porque entonces necesitará un gran LDO o un LDO más disipador de calor.

Así que esas son todas las compensaciones. Mi conjetura es que estará mejor con un convertidor de dinero en su aplicación a menos que la corriente de salida sea inferior a 50 mA, en cuyo caso usaría un LDO.

  

Si tenemos 8,000 mAh de capacidad de batería, ¿nuestro regulador reduciría efectivamente la capacidad utilizable a 4,400 mAh?

No. La carga de la batería, descuidando la corriente LDO desviada a tierra, aparece en la carga.

Sin embargo, si mide su batería primaria en Wh, entonces sí, muchos menos Wh aparecerán en la carga, ya que ha "perdido" el exceso de voltaje de la batería. Con esa diferencia de voltaje, vale la pena considerar una SMPS.

  

Es decir, si tengo un circuito de 3.3V y estoy usando un regulador lineal LDO, obtendré más o menos la misma duración de la batería con 3 baterías AA que con 4 baterías AA debido a la eficiencia y disipación de calor?

Obtendrá más vida útil de la batería de 4 AA, ya que podrá caer a un voltaje más bajo por celda antes de alcanzar el voltaje mínimo en el LDO. Suponiendo que su LDO se reducirá a 300 mV, entonces con 3 AA solo puede bajar a 1.2v por celda, con 4 puede bajar a 0.9v, una mejora significativa en la capacidad utilizable.

Si quieres la mejor eficiencia, debes usar una estrategia diferente para diferentes químicas celulares. Para los tipos de celdas donde la energía de salida se entrega con un gran cambio de voltaje como el litio alcalino y recargable, un LDO desperdiciará mucho voltaje al comienzo de la vida útil, por lo general estará mejor con un SMPS. Para los tipos de células con una curva de tensión relativamente plana, como el níquel, el plomo, el litio primario y el óxido de plata, una elección cuidadosa de las tensiones será razonablemente eficiente incluso con un LDO.