У меня есть микро- и радиочастотный модуль, оба из которых я хотел бы питать либо от 3 элементов AA NiMH, либо от одного литий-ионного элемента 18650. Еще не решил, что буду использовать. Мои текущие требования не так уж велики (~ 2 мА или около того), но я хочу добиться довольно длительного времени работы (более 30 дней между подзарядками).
Как микро, так и ВЧ-модуль имеют довольно широкое входное напряжение, однако ВЧ-модуль имеет максимальное входное напряжение 3,6 В. Таким образом, проблема заключается в том, что с полностью заряженными батареями любая из этих установок легко обеспечит больше, чем максимальное значение 3,6 В: скорее, 3,8-4,2 В, я предполагаю.
Моя интуиция подсказывает мне, что падение, скажем, с диода 1N4001 (~ 0,6 В) должно помочь, по крайней мере, на начальном этапе, но по мере разрядки элементов мне больше не понадобится это падение 0,6 В, и тогда оно будет просто пустой тратой времени.
Другой моей мыслью было использовать высокоэффективный повышающе-понижающий преобразователь ( например, этот ) с Vout, установленным на 3 В или около того. Мне не обязательно нужен фиксированный выход 3 В, поскольку и микро-, и радиочастотный модуль будут работать до 1,9 В.
Каков наиболее эффективный способ снизить выходную мощность, чтобы любая из этих батарей обеспечивала 3,6 В или меньше?
Хорошее решение:
2 x AA NimH AA от известного производителя (НЕ 3).
Еще лучше использовать NimH AA с малым саморазрядом.
2 мА x 24 часа x 30 дней = ~ 1500 мА часов. Современный качественный элемент AA NimH емкостью 2500 мАч имеет реальную емкость, приближающуюся к 2500 мАч (скажем, 2400 мАч для надежности). На самом деле емкость будет выше при очень низкой скорости разряда 2 мА. Sanyo Eneloop AA имеет емкость около 2000 мАч.
Чтобы обеспечить> = 1500 мАч, звонок на 2400 мАч должен потерять не более (2400-1500) / 2400 = ~ 37% емкости. Любая уважаемая NimH-ячейка будет иметь меньше потерь за один месяц.
Eneloop или любой другой авторитетный NimH-коллектор с низким саморазрядом потеряет гораздо меньше за месяц.
Поскольку вы можете выдержать напряжение питания 1,9 В, использование 2 x NimH имеет смысл. При 2 мА AA Nimh будет подавать 1,2 В + в течение очень большой части цикла разрядки.
С двумя ячейками и максимально допустимым напряжением 3,6 В вы можете получить до 1,8 В на ячейку, чего вы никогда не достигнете. Максимум, скажем, 1,5 В на элемент при зарядке, абс. 1,35 В на элемент сразу после зарядки быстро падает до менее 1,3 В на элемент.
Разряд не должен опускаться ниже, скажем, 1,05–1,1 В/элемент при очень низкой скорости разряда. (ниже при более высоких ставках).
Тут есть несколько вещей...
Выбранные вами никель-металлгидридные элементы теоретически могут поддерживать потребление тока 2 мА в течение 30+ дней, основываясь только на рейтинге мАч. Однако следует учитывать саморазряд. В этой статье в Википедии говорится, что типичный NiMH аккумулятор теряет 5-10% своего заряда в первый день и еще около 1% каждый день после этого. По моему опыту, это верно только для новых аккумуляторов, а старые аккумуляторы саморазряжаются гораздо быстрее. Моя беспроводная дрель, например, была бы бесполезна через 6 недель после полной зарядки, когда она была новой, но сейчас она бесполезна всего через неделю, когда она вообще не использовалась в течение этого времени.
Однако литиевые аккумуляторы имеют гораздо более низкую скорость саморазряда. Вот почему я скоро куплю аккумуляторную дрель на литиевой основе!
Что касается вашего вопроса ... Проблема с использованием диода заключается в том, что падение напряжения не всегда составляет 0,6 В. При малых токах может быть намного меньше. Техническое описание диода будет содержать график, показывающий падение напряжения в зависимости от тока. Вы говорите 2 мА, но, скорее всего, большую часть времени он будет меньше 0,5 мА с импульсами более 4 мА (просто предположение). Поэтому, когда он потребляет 0,5 мА, напряжение на модуле может быть слишком высоким.
Идеальным устройством является линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO), разработанный специально с учетом этого. Извините, но у меня нет времени, чтобы найти его прямо сейчас. Но есть LDO, предназначенные для работы от батареи. Когда батарея новая, она регулирует как обычно, но когда Vin падает ниже идеального Vout, регулятор прекращает регулировку, и Vout в основном равняется Vin. Не каждый LDO будет делать это! Если в техпаспорте об этом не сказано, то вы должны предположить, что он этого не сделает.
Другой идеей было бы создать свой собственный «понижающий преобразователь с хромающим переключением». Конечная часть преобразователя — это простой полевой МОП-транзистор, подающий напряжение Vbat на крышку накопителя. Вывод из шапки питает ваш модуль. Если напряжение на конденсаторе падает ниже, скажем, 2,5 В, полевой МОП-транзистор включается. Когда напряжение на крышке достигает 3,3 В, крышка выключается. Это может сделать простой компаратор напряжения с гистерезисом. Ищите компаратор со сверхнизким энергопотреблением, так как вы не хотите, чтобы эта штука потребляла больше энергии, чем ваш модуль. Сделайте крышку достаточно большой, чтобы скорость включения/выключения MOSFET не была слишком высокой. Ниже 10 кГц, а может даже ниже 1 кГц. Катушка индуктивности, включенная последовательно с полевым МОП-транзистором, может быть неплохой идеей, чтобы уменьшить пиковый ток от батареи. Однако я бы предпочел использовать LDO, чем это, поскольку с первого раза было бы намного проще сделать все правильно.
Используйте регулятор с малым падением напряжения, который значительно ниже точки, при которой батареи становятся бесполезными для вас — что-то вроде 2,5 В (или даже 2 В) должно помочь, если оба ваших устройства будут работать при этом напряжении. Они дешевы, просты в использовании и требуют всего пару развязывающих конденсаторов. Как правило, ваши батареи не опускаются ниже 3 В, прежде чем им потребуется зарядка.
Не тратьте деньги на импульсный регулятор, это просто дополнительные хлопоты и компоненты.
Например, MCP1825S, вы можете получить фиксированную версию 2,5 В с падением напряжения около 2,7 В.
Крейг
Крейг