Cara paling murah untuk meningkatkan tegangan DC

27

Apa cara paling murah untuk meningkatkan tegangan DC?

Tujuannya adalah untuk mengubah 1,2 V / 1,5 V (dari sel AA / AAA) menjadi 3,3 V untuk memberi daya mikroprosesor 8-bit kecil, seperti Atmel ATtiny45 atau ATtiny2313, dan juga (jika mungkin) 6 V untuk menyalakan buzzer.

Selain itu, berapa arus maksimum yang dapat diambil dengan aman dari baterai alkaline, setelah ditingkatkan menjadi 3,3 V / 6 V?

Akhirnya, bagaimana saya bisa menghitung berapa lama baterai alkaline akan bertahan, mengingat konsumsi tertentu?

— icarus74
sumber

3

Anda mungkin menemukan beberapa jawaban dalam lembar data untuk baterai alkaline. Untuk primer pada konverter DC-DC Anda dapat melihatnya di sini: eevblog.com/2011/01/17/…

— 0x6d64

Sepertinya attiny45 dapat turun ke kisaran 1.8-2V dan tergantung pada aplikasi Anda, Anda mungkin dapat menangguhkan ke mode daya rendah pada waktu-waktu tertentu untuk menghemat daya baterai. Ada chip PIC yang murah dan kecil dan TI MSP430 dalam kisaran pemula yang menawarkan daya kecil yang gila.

— rfusca

3

Mungkin saya kehilangan sesuatu yang jelas, tetapi solusi paling sederhana (dan paling murah) adalah dengan hanya mengambil dua / empat baterai 1.5V dan memasukkannya secara seri untuk mendapatkan ~ 3.0V / 6.0V Anda untuk memberi daya pada mikrokontroler Anda.

— dr jimbob

Meskipun pertanyaannya sendiri menarik, dalam praktiknya, saya hanya akan menggunakan baterai Li-ion dan menggunakan bel yang bekerja pada rentang tegangan itu.

— Codism

@ 0x6d64 terima kasih. Apakah semua baterai Alkaline memiliki peringkat yang sama, karena selain merek-merek papan atas, untuk sebagian besar jenis toko obat, saya tidak pernah menemukan lembar data. Terima kasih untuk konverter DC-DC.

— icarus74

39

Ada teknik yang disebut pompa pengisian dengan mana Anda dapat membuat pengganda tegangan, tetapi itu hanya akan memberi Anda 3V dari sel 1.5V, dan bahkan lebih sedikit dari sel 1.2V. Saya masih menyebutkannya karena beberapa mikrokontroler hari ini akan bekerja dengan voltase hingga 2V. Pompa pengisian daya hanya dapat memasok arus terbatas, cukup untuk memberi daya pada mikrokontroler, tetapi perangkat daya tambahan seperti motor atau relay tidak tersedia. Tegangan juga akan jatuh di bawah beban. Jadi tidak ideal. The LM2660 adalah biaya pompa kapasitor diaktifkan.

Solusi yang lebih baik adalah regulator switching . Ini ada dalam dua topologi utama: "buck" untuk beralih dari tegangan tinggi ke rendah, dan "boost" untuk beralih dari tegangan rendah ke tinggi. Jadi, Anda ingin meningkatkan regulator. Pabrikan besar termasuk Linear Technologies (lebih mahal) dan National Semiconductor (baru-baru ini diakuisisi oleh Texas Instruments). The LM2623 dapat beroperasi pada tegangan masukan serendah 0.8V.

Tentang masa pakai dan masa pakai baterai. Saya akan menganggap Anda bekerja dengan baterai 1.5V. Yang ada di sini di meja saya diberi nilai 2300mAh, jadi mari kita gunakan nilai itu. Juga katakanlah mikrokontroler Anda plus ekstra membutuhkan 100mA pada 3.3V. Itu 330mW. Jika switcher 85% efisien itu berarti ia menarik 330mW / 0,85 = 390mW dari baterai. Itu di 1,5V, jadi Anda akan menarik 260mA dari baterai. Baterai diberi nilai 2300mAh, maka perangkat Anda dapat berjalan selama 2300mAh / 260mA = 9 jam dengan sekali pengisian daya.
Jika Anda berencana memuat baterai agak berat, saya akan tetap di bawah 2300mA, yang akan menghabiskannya dalam 1 jam.

— stevenvh
sumber

1

Topologi lain yang perlu dipertimbangkan untuk beberapa aplikasi adalah konverter flyback. Konverter flyback umumnya digunakan untuk mengkonversi dari satu polaritas ke polaritas lain, tetapi jika sumber daya 'mengambang' (seperti halnya baterai), mereka memiliki keuntungan bahwa seseorang dapat menggunakan transistor yang sama terlepas dari apakah tegangan input lebih tinggi. atau lebih rendah dari output yang diinginkan. Salah satu kelemahannya adalah bahwa semua energi harus ditangani oleh koil. Sebagai perbandingan, jika mengkonversi dari 2 volt menjadi 3 volt, hanya 1/3 dari energi yang harus ditangani oleh koil.

— supercat

Terima kasih @stevenvh, untuk jawaban yang sangat komprehensif, dengan opsi. Anda menyebutkan 2300mAh ... apakah ini jenis Duracell, Energizer? Saya menemukan kesulitan untuk mengetahui peringkat mAh dari baterai Alkaline toko obat biasa (tidak tahan lama).

— icarus74

@supercat, terima kasih telah menyarankan opsi. Perlu membaca lebih lanjut tentang opsi konverter flyback.

— icarus74

@ icarus74 - 2300mAh adalah Memorex NiMH AA yang dapat diisi ulang. Saya juga memiliki paket Duracell Plus Alkaline AAs (MN1500), tetapi mereka tidak memiliki info kapasitas.

— stevenvh

hmm Kurva pelepasan baterai alkaline / lembar data lengkap adalah sesuatu yang saya tidak pernah berhasil temukan untuk sel AA toko obat. Saya memang menemukan whitepaper sel kering Magnesium Alkaline generik ini , yang memberikan beberapa informasi bagus.

— icarus74

22

Untuk membuat tegangan daya yang lebih tinggi dari baterai seperti itu dibutuhkan jenis catu daya switching tertentu yang disebut "boost converter". Ini menggunakan induktor untuk membuat semburan tegangan yang lebih tinggi. Konsepnya sama dengan cara palu menghasilkan tekanan yang jauh lebih tinggi daripada yang bisa diberikan lengan Anda ke kuku secara langsung.

Ada chip di luar sana yang mengintegrasikan banyak hal ini. Teknologi Linear, ST Micro, TI, dan berbagai lainnya membuat chip tersebut. Beberapa penawaran dari Microchip cukup bagus dalam rentang tegangan sempit seperti yang Anda miliki.

Membuat tegangan lebih tinggi adalah OK, tetapi chip ini masih terbatas pada hukum dasar fisika. Mereka tidak dapat memberikan lebih banyak daya keluar dari pada. Karena daya adalah tegangan kali arus, arus keluaran harus turun karena tegangan naik. Seperti halnya palu, lengan Anda harus bergerak jauh lebih banyak daripada yang diberikan pada kuku dengan imbalan kekuatan yang lebih tinggi. Tentu saja akan ada kerugian juga. Lebih dari 90% cukup bagus. Katakanlah untuk tujuan contoh bahwa boost switcher Anda 80% efisien dan membuat 3.3V pada 100mA keluar dari 1.3V masuk. 3.3V * 100mA = 330mW. Menghitung kerugian pada switcher, 330mW / 80% = 413mW in. 413mW / 1.3V = 317mA, yang merupakan arus yang akan diambil dari baterai.

Dalam contoh ini, arus baterai adalah 317mA, yang berada dalam kisaran jenis AA yang dapat bertahan untuk sementara waktu. Untuk mengetahui berapa lama baterai akan bertahan, Anda harus melihat kapasitas baterainya. Ini dinyatakan dalam waktu * saat ini, seperti mA-jam. Katakanlah baterai AA Anda memiliki kapasitas 2 Ah. Pada perkiraan pertama, 2 Ah / 317 mA = 6,3 jam waktu berjalan. Namun, ada banyak hal yang mengacaukan analisis dasar ini. Untuk satu hal, arus tidak akan 317mA selama masa pemakaian baterai. Ketika tegangan baterai semakin rendah, catu daya switching akan menarik lebih banyak arus. Suhu juga sangat memengaruhi kapasitas baterai. Jika ini dimaksudkan untuk berjalan di luar ruangan di lingkungan yang dingin, Anda mungkin hanya mendapatkan 1/2 atau kurang dari kapasitas baterai terukur. Arus itu sendiri juga mempengaruhi kapasitas. 300mA untuk AA mungkin bukan ke titik di mana ia menurunkan kapasitas secara signifikan, tetapi 1A pasti. Anda mungkin mendapatkan 2,0 Ah pada 300mA, tetapi hanya 1,6 Ah pada 800mA. Saya mengarang angka. Ini mungkin tidak sepenuhnya konyol untuk sebagian besar baterai AA, tetapi Anda benar-benar harus melihat datasheet baterai sendiri.

— Olin Lathrop
sumber

@Olin terima kasih. Telah ditingkatkan, dan saya berharap saya bisa menerima 2 jawaban. Penjelasan Anda terperinci dan jelas, dan antara Steven & jawaban Anda, saya belajar banyak. Saya hanya memilih urutan jawaban agar adil.

— icarus74

9

Jawaban yang diberikan tidak akan berfungsi dalam versi dunia nyata dari apa yang Anda gambarkan atau jauh dari biaya terendah.

Datasheet LM2623 Steven adalah pilihan yang masuk akal dan akan mulai pada 1.1V dan berjalan pada 0.9V tetapi IC harganya sekitar 60 sen.

Jika Anda benar-benar ingin biaya terendah maka versi Joule Thief yang direkayasa dengan baik adalah kandidat yang baik. Saya menggunakan nama itu karena akan membawa Anda ke banyak varian tetapi bentuk aslinya tidak terlalu efisien. Namun, begitu Anda memiliki ide, Anda dapat melihat opsi dan memilih satu.

"Pencuri Joule" adalah konverter penambah osilasi mandiri satu transistor menggunakan belitan utama induktor plus belitan umpan balik induktor. Untuk penggunaan DIY, Anda dapat membuat satu secara gratis dari hampir semua perangkat elektronik modern yang dibuang atau jika membeli suku cadang baru atau berlebih dapat membangunnya dengan 10 hingga 20 sen komponen.

Ini adalah contoh yang bagus dari halaman Pencuri Joule DIY

Gambar komposit di bawah ini terbuat dari 3 gambar dari halaman di atas:

masukkan deskripsi gambar di sini

Lainnya - Anda dapat membangun konverter penambah dengan satu transistor dan dua induktor terpisah - keuntungan tidak perlu untuk dua belitan. Dan osilator Colpitts klasik menggunakan induktor yang belum dimanfaatkan.
Sejumlah di sini dan

Versi lain:

Baik

Beberapa miliar lainnya

Wikipedia:

masukkan deskripsi gambar di sini

Ditambahkan:

Pencuri Joule dasar bukanlah desain yang luar biasa. Ini fitur luar biasa adalah bahwa hal itu berfungsi dalam banyak kasus, sehingga memperkenalkan konversi energi, SMPS, meningkatkan konverter dan banyak lagi ke banyak dabbler elektronik yang relatif tidak berpengalaman dan tidak berpendidikan.

Berbagai pemikiran tentang versi yang diatur dapat ditemukan dengan melihat melalui koleksi ini (YMWV).

Saya menemukan beberapa pertukaran tumpukan sebelumnya jawaban Joule Thief yang tampaknya memiliki relevansi. Mencari "Pencuri Joule" di situs ini akan muncul beberapa lagi.

Bagaimana saya bisa menghitung Pencuri Joule

perbaikan alternatif untuk: Bagaimana saya bisa menghitung Pencuri Joule

Keduanya Desember 2012

Berbagai sel untuk driver LED di sini

— Russell McMahon
sumber

Terima kasih Russell. Saya sangat suka pendekatan DIY yang benar-benar biru ini. Akan tetapi, ada beberapa pertanyaan, akan memposting masing-masing sebagai komentar di sini, dan berharap Anda bisa menjawab.

— icarus74

1. Dalam tutorial saya tidak menemukan penjelasan tentang rasio belokan, jumlah belokan untuk belitan + umpan balik induktor utama. Lakukan yang tidak. dari belokan harus sama untuk utama & umpan balik?

— icarus74

2. Apakah ada cara untuk menentukan tegangan input ditingkatkan, melalui jumlah belokan? Atau jumlah belokan hanya menentukan jumlah arus yang bisa ditarik?

— icarus74

3. Haruskah saya berasumsi bahwa peningkatan output tidak diatur, dan peningkatannya adalah faktor yang hampir konstan, diterapkan pada tegangan input?

— icarus74

6

IC termurah untuk konverter boost yang saya tahu adalah 34063 dan MCP1640. Output MCP1640 hanya naik hingga 5V, tetapi lebih efisien dan tampaknya lebih mudah digunakan (lebih sedikit bagian eksternal) daripada 34063, kecuali bahwa MCP1640 hanya tersedia sebagai SMD.

— starblue
sumber

Terima kasih @starblue. Pasti akan melihatnya, tetapi seperti yang Anda sebutkan hanya SMD, itu akan menjadi masalah bagi saya. Meskipun saya telah melakukan beberapa pekerjaan SMD, tetapi hanya dengan kesulitan besar. Tidak memiliki pengaturan yang tepat (alat dan kesabaran) untuk melakukan pekerjaan SMD.

— icarus74

The 34063 tersedia sebagai paket DIL.

— starblue

MC34063 tidak bekerja pada tegangan yang cukup rendah untuk memenuhi kebutuhannya.

— Russell McMahon

6

Tombol Dash

Tombol Dash [Amazon] beroperasi pada 3,3 V didorong dari nominal 1,5 V baterai, menarik 200-300 mA dari baterai saat dihidupkan dan 2,3 μA saat dalam tidur. Ini berarti ~ 1200 mAh baterai harus dapat memberi daya pada perangkat selama setidaknya empat jam saat dalam dan dekade saat dalam tidur. Karena tombol ini hanya hidup selama beberapa detik saat diaktifkan, mungkin dapat digunakan hampir 1000 kali sebelum baterai mati. Dengan demikian, tombol harus menjadi usang jauh sebelum baterai habis.

[Itu] menunjukkan bahwa U1 mungkin adalah konverter boost TI TPS61201; jejak, tanda paket, dan pinout sepertinya cocok.

Dari Amazon Dash Button Teardown

— cwd
sumber

2

Ada banyak sirkuit yang murah dan ceria (atau mungkin tidak menyenangkan?) Di eBay atau AliExpress jika Anda mencari "Sirkuit Peningkatan USB" atau sejenisnya. Ini dijual sebagai perangkat jadi seharga $ 0,30 - $ 2 tergantung pada berapa banyak yang Anda inginkan, biasanya sekitar 25mm x 19mm, dan jika Anda melihat dengan hati-hati foto-foto Anda kadang-kadang dapat membaca kode produk IC kontrol dan mencari tahu apa itu (meskipun lebih baik lagi beberapa Pemasok AliExpress akan memberikan lembar data dalam daftar). Hampir setiap dari ini akan memiliki pembagi resistor yang skala tegangan output ke tegangan referensi dan mengubah resistor pada satu kaki pembagi akan membiarkan Anda mendapatkan 3V3 bukannya 5V mereka mengirim sebagai.

Saya membeli 50 untuk menurunkan harga, menyolder soket USB, disolder dengan pemegang AA ganda (seharga $ 0,19), dan sekarang saya memiliki setumpuk catu daya murah yang dapat saya atur ke tegangan apa pun yang saya butuhkan untuk suatu proyek. Saya tidak berpikir Anda benar-benar dapat mengalahkan $ 0,50 per catu daya.

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

— Parakleta
sumber

Mengapa downvote? OP menginginkan solusi yang paling murah yang saya pikir saya berikan.

— Parakleta

Sebagai OP, saya suka jawabannya dan terangkat. ESE sangat ketat tentang kebijakan "rekomendasi produk". Hal-hal yang berbicara tentang produk, sumber, harga tertentu disukai - telah dibakar beberapa kali. Namun, dalam konteks keseluruhan, saya pikir Anda telah mengedit jawaban untuk menambahkan sifat informasi yang dianggap berguna dan generik (itulah sebabnya suara terbanyak). Pertanyaan itu ditanyakan 5 tahun yang lalu, dan IIRC 'blok' yang siap digunakan tidak tersedia.

— icarus74

Saya tidak tahu tentang kebijakan "rekomendasi produk". Saya secara khusus tidak menautkan ke apa pun karena saya hanya memberikan saran umum. Saya menemukan 90% dari teknik elektronik hari ini adalah produk / sumber / harga komponen untuk mencapai produk akhir dengan fungsi yang diperlukan untuk harga terbaik. Saya tahu pertanyaannya sudah cukup lama, tetapi sayangnya tumpukan pertanyaan langsung untuk selamanya dan membutuhkan jawaban baru karena teknologi dan solusi berubah. 5 tahun yang lalu perangkat USB boost kecil ada sebagai "USB Emergency Charger" seharga $ 10 sebagai produk jadi yang harus Anda bongkar.

— Parakleta

tidak yakin apakah Anda sudah lama menggunakan ESE, tetapi alasan umumnya adalah ini bukan komunitas konstruksi lego-blok Arduinoque (alias Pembuat), meskipun Anda akan menemukan banyak T&J di sepanjang jalur tersebut. T&J yang telah menanamkan dasar-dasar teori elektronik lebih dihargai. Ketika saya menulis, saya menyukai jawaban untuk kepraktisan pendekatan. Ya, banyak air mengalir di bawah jembatan dalam 5 tahun terakhir.

— icarus74

1

Pertimbangkan untuk beralih ke baterai dengan voltase yang Anda inginkan, dan mungkin yang kedua untuk buzzer.

(Jika Anda benar-benar membutuhkan 1.2V / 1.5V untuk hal lain di sirkuit yang sama, maka ini tidak berlaku)

— Emilio M Bumachar
sumber

terimakasih telah menjawab. Banyak baterai membuat proyek saya besar + berat + kikuk. Tapi saya akui, saya tidak pernah menyebut ukuran / berat sebagai persyaratan :)

— icarus74

Ada banyak buzzers yang ditentukan pada 3.3V dan sebenarnya membuat noise jauh di bawah itu.

— Jon Watte