Maneira menos cara de aumentar a tensão DC

Qual seria a maneira mais barata de aumentar a tensão CC?

O objetivo é converter 1,2 V / 1,5 V (de uma célula AA / AAA) em 3,3 V para alimentar um pequeno microprocessador de 8 bits, como Atmel ATtiny45 ou ATtiny2313, e também (se possível) 6 V para acionar uma campainha.

Além disso, qual seria a corrente máxima que uma corrente alcalina poderia obter com segurança de uma bateria alcalina, depois de aumentada para 3,3 V / 6 V?

Por fim, como calcular a duração da bateria alcalina, considerando um determinado consumo?

Existe uma técnica chamada bomba de carga com a qual você pode fazer um dobrador de tensão, mas isso só lhe dará 3V de uma célula de 1,5V e menos ainda da célula de 1,2V. Ainda estou mencionando isso, porque vários microcontroladores hoje em dia funcionam com tensões de até 2V. Uma bomba de carga pode fornecer apenas corrente limitada, suficiente para alimentar o microcontrolador, mas dispositivos de energia extras, como motores ou relés, estão fora do ar. A tensão também cairá sob carga. Então não é o ideal. O LM2660 é uma bomba de carga de capacitor comutada.

A melhor solução é um regulador de comutação . Eles existem em duas topologias principais: "buck" para passar da tensão mais alta para a mais baixa e "boost" para ir da tensão mais baixa para a mais alta. Então você quer um regulador de impulso. Os principais fabricantes incluem Linear Technologies (mais caro) e National Semiconductor (recentemente adquirida pela Texas Instruments). O LM2623 pode operar com tensões de entrada tão baixas quanto 0.8V.

Sobre a vida atual e a bateria. Presumo que você esteja trabalhando com baterias de 1,5V. Os aqui na minha mesa são classificados para 2300mAh, então vamos usar esse valor. Digamos também que seu microcontrolador e extras precisam de 100mA em 3,3V. Isso é 330mW. Se o comutador é 85% eficiente, significa que ele extrai 330mW / 0,85 = 390mW da bateria. Isso está em 1,5V, então você extrairá 260mA da bateria. A bateria é classificada em 2300mAh e, em seguida, seu dispositivo pode funcionar por 2300mAh / 260mA = 9 horas com uma carga.
Se você planeja carregar a bateria com muita força, eu permaneceria abaixo de 2300mA, o que a esgotará em 1 hora.

Para produzir uma tensão de energia mais alta a partir de uma bateria assim, é necessário um tipo específico de fonte de alimentação chaveada chamado "conversor de impulso". Isso usa um indutor para produzir surtos de tensão mais alta. O conceito é o mesmo de como um martelo faz jatos de pressão muito maior do que o seu braço pode entregar diretamente ao prego.

Existem chips por aí que integram muito disso. Linear Technologies, ST Micro, TI e vários outros fabricantes de chips. Algumas das ofertas da Microchip são bastante agradáveis ​​dentro de uma faixa de tensão estreita como a sua.

Aumentar a tensão é bom, mas esses chips ainda estão limitados às leis básicas da física. Eles não podem fornecer mais energia do que entrar. Como a energia é a tensão vezes a corrente, a corrente de saída deve diminuir à medida que a tensão aumenta. Assim como no martelo, seu braço precisa fazer muito mais movimento do que o que é conferido ao prego em troca de uma força maior. Claro que também haverá algumas perdas. Qualquer coisa acima de 90% é muito boa. Digamos, por exemplo, que seu switcher boost é 80% eficiente e está produzindo 3.3V a 100mA a partir de 1.3V in. 3.3V * 100mA = 330mW. Considerando a perda no comutador, 330mW / 80% = 413mW pol. 413mW / 1,3V = 317mA, que é a corrente que será consumida pela bateria.

Neste exemplo, a corrente da bateria é 317mA, que está dentro do alcance do que um tipo AA pode suportar por um tempo. Para ter uma idéia de quanto tempo a bateria durará, é necessário analisar a capacidade da bateria. Isso é expresso no horário atual *, como mA-hora. Digamos que sua bateria AA tenha capacidade de 2 Ah. Na primeira aproximação, 2 Ah / 317 mA = 6,3 horas de tempo de execução. No entanto, existem muitas coisas que atrapalham essa análise básica. Por um lado, a corrente não será de 317mA durante toda a vida útil da bateria. À medida que a tensão da bateria diminui, a fonte de alimentação de comutação consome mais corrente. A temperatura também afeta bastante a capacidade da bateria. Se isso for feito ao ar livre em um ambiente frio, você poderá obter apenas 1/2 ou menos da capacidade nominal da bateria. A corrente em si afeta a capacidade também. Provavelmente, 300 mA para um AA não chega ao ponto em que degrada a capacidade significativamente, mas 1A certamente seria. Você pode obter 2,0 Ah a 300mA, mas apenas 1,6 Ah a 800mA. Estou inventando números. Provavelmente, isso não é totalmente ridículo para a maioria das baterias AA, mas você realmente precisa examinar a folha de dados das baterias.

As respostas fornecidas não funcionarão nas versões reais do que você descreve ou estão longe do menor custo.

A folha de dados de Steven LM2623 é uma escolha razoável e começará em 1.1V e funcionará em 0.9V, mas o IC custa cerca de 60 centavos.

Se você realmente deseja um custo mais baixo, uma versão do Joule Thief projetada corretamente é um bom candidato. Eu uso esse nome, pois o levará a muitas variantes, mas a forma original não é muito eficiente. No entanto, depois de ter a ideia, você pode examinar as opções e escolher uma.

O "Joule Thief" é um conversor de impulso auto-oscilante de um transistor usando um enrolamento principal do indutor mais um enrolamento de realimentação do indutor. Para uso em bricolage, você pode criar um de graça a partir de praticamente qualquer dispositivo eletrônico descartado moderno ou se a compra de peças novas ou excedentes puder construir uma com 10 a 20 centavos de peças.

Aqui está um bom exemplo de uma página DIY Joule Thief

A imagem composta abaixo é composta por 3 imagens da página acima:

Outros - você pode construir conversores de impulso com um transistor e dois indutores separados - a vantagem não é necessária para dois enrolamentos. E o clássico oscilador Colpitts usa um indutor inexplorado.
Um número aqui e

Outras versões:

Boa

Alguns zilhões de outros

Wikipedia:

Adicionado:

O ladrão básico de Joule não é um design maravilhoso. Sua característica marcante é que ele funciona em muitos casos, introduzindo conversões de energia, SMPS, conversores de impulso e muito mais para muitos dabblers eletrônicos relativamente inexperientes e sem instrução.

Vários pensamentos sobre versões regulamentadas podem ser encontrados consultando esta coleção (YMWV).

Eu me deparei com algumas respostas anteriores de troca de pilha de Joule Thief que parecem ter alguma relevância. A busca por "Joule Thief" neste site vai aparecer mais alguns.

Como posso calcular um ladrão de Joule

correção alternativa para: como posso calcular um ladrão de Joule

Em dezembro de 2012

Vários drivers de uma célula para LED aqui

Os ICs mais baratos para conversores de impulso que conheço são o 34063 e o MCP1640. A saída do MCP1640 sobe apenas para 5V, mas é mais eficiente e parece mais fácil de usar (menos peças externas) do que o 34063, exceto que o MCP1640 está disponível apenas como SMD.

O botão Dash

O botão de traço [Amazon] opera a 3,3 V impulsionado a partir dos 1,5 V nominais da bateria, consumindo 200 a 300 mA da bateria quando está ligado e 2,3 μA quando está em suspensão. Isso significa que a bateria de ~ 1200 mAh deve poder alimentar o dispositivo por pelo menos quatro horas enquanto estiver ligado e décadas durante o sono. Como o botão fica ativo apenas por alguns segundos quando ativado, provavelmente pode ser usado cerca de 1000 vezes antes que a bateria acabe. Assim, o botão deve ficar obsoleto muito antes de a bateria se esgotar.

[Foi] salientado que o U1 é provavelmente um conversor de impulso TI TPS61201; a pegada, as marcações da embalagem e a pinagem parecem se encaixar.

Do Amazon Dash Button Teardown

Existem muitos circuitos baratos e alegres (ou desagradáveis, talvez?) No eBay ou no AliExpress se você procurar por um "USB Boost Circuit" ou similar. Eles são vendidos como um dispositivo acabado por US $ 0,30 a US $ 2, dependendo de quantos você deseja, geralmente têm cerca de 25 mm x 19 mm e, se você observar atentamente as fotos, poderá ler o código do produto IC de controle e descobrir o que é (embora melhor ainda Os fornecedores do AliExpress fornecerão a folha de dados na listagem). Praticamente todos eles terão um divisor de resistor que dimensiona a tensão de saída para uma tensão de referência e alterar o resistor em uma perna do divisor permitirá obter 3V3 em vez dos 5V enviados como eles.

Comprei 50 para baixar o preço, desoldrei as tomadas USB, soldadas em suportes AA duplos (a US $ 0,19), e agora tenho um estoque de fontes de alimentação baratas que posso definir com a voltagem necessária para um projeto. Eu não acho que você pode realmente vencer US $ 0,50 por fonte de alimentação.

$15k\Omega$$47k\Omega$$\frac{15}{47+15}\times5V \approx 1.2V$$27k\Omega$

Considere mudar para uma bateria na voltagem desejada e, possivelmente, uma segunda para a campainha.

(Se você realmente precisar de 1,2V / 1,5V para outra coisa no mesmo circuito, isso não se aplica)