Выбор между питанием 7,4 В и 11,1 В

Резюме:

• С линейным регулятором используйте 2 ячейки

• С переключающим регулятором, который вы должны использовать, 3 ячейки обеспечивают примерно на 50% больше накопления энергии, чем 2 ячейки.

Как уже говорили другие, лучшее объяснение требования я предполагаю, что это 2 или 3 литий-ионных элемента (с номинальным напряжением 3,7 В каждый).
Вы говорите, что 100 мАч, так что, возможно, это элементы AA (14500) или, может быть, плоский пакет LiPo.

Решение с двумя ячейками может достигать 6/3 = 3 В на ячейку, что дает 6 вольт. Это комфортный нижний предел для LiIon, так что это приемлемо.

LiIon будет 4,2 В при полной зарядке = 8,4 В / 2 элемента или 12,6 В / 3 элемента - все еще в пределах вашей спецификации.

Как говорит Стивен, ЕСЛИ вы используете линейный регулятор, вы будете тратить больше энергии с решением с 3 ячейками. НО, если вы используете импульсный регулятор (SR) (как вам действительно очень нужно), то энергоэффективность будет одинаковой в каждом случае.

С SR решение с 3 ячейками дает вам примерно на 50% больше энергии.

Добавлен. Катализируется комментарием Майка. (@Майк Дезимоун)

Какой внутренний регулятор?

Можно было бы надеяться, что все, что сделано для работы от 6 до 14 В, будет использовать внутри импульсный источник питания, но, возможно, нет. Итак, чтобы определить, какой регулятор находится внутри устройства, увеличьте напряжение питания и посмотрите, что делает ток. Затем -

• Импульсный источник питания потребляет приблизительно постоянную энергию.

  Vin x In x Эффективность = Vвых x Iвых.

  Итак, когда Вин поднимается, Иин падает.
  Удвоение Vin примерно вдвое Iin.

  Импульсный стабилизатор обычно является наиболее эффективным решением, за исключением случаев, когда Vin близко к Vout, но он более шумный и, как правило, несколько дороже и сложнее, чем линейный регулятор.

• Линейный регулятор пропускает входной ток на выход и сбрасывает любое избыточное напряжение на регуляторе. Ему также требуется (обычно) относительно небольшое количество тока для собственного использования. Так

  Iвх ~= Iвых

  При увеличении Vin значение Ion должно оставаться относительно постоянным.

  Линейный регулятор следует использовать, когда Vin не намного превышает Vout.
  Рассеиваемая_мощность = (Vin-Vout) x Iнагрузка.

• Шунтовой регулятор, источник стабилитрона или резистивный дроссель к нерегулируемому источнику питания (очень плохо) поддерживает выходное напряжение и ток, а по мере увеличения Vin потребляет ток сверх необходимого и рассеивает энергию как (Vin-Vout_internal) x Инь

  Таким образом, по мере увеличения Vin увеличивается Iin.

  Можно написать уравнения для того, что вы ожидаете увидеть, но есть удивительное количество переменных факторов, которые делают это нецелесообразным. Регулятор shnt обычно очень дешев, но обычно его следует использовать только для малой мощности и когда Vin не намного больше, чем Vout_internal,

-

Работайте при минимально возможном напряжении. Если вы рисуете$100mA$в$7.4V$это$740mW$, в$11.1V$это$1100mW$или на 50% больше. Вместимость$11.1V$тоже на 50% выше, так что разницы никакой, кроме$11.1V$аккумулятор крупнее, тяжелее и дороже.

Но если нагрузка резистивная, разница действительно будет. Предположим, что сопротивление$74\Omega$, то мощность, потребляемая от батареи 7,4 В, равна

$P = \dfrac{V^2}{R} = \dfrac{(7.4V)^2}{74\Omega} = 740mW$

в то время как мощность, потребляемая от батареи 11,1 В, составляет

$P = \dfrac{V^2}{R} = \dfrac{(11.1V)^2}{74\Omega} = 1665mW$

или в 2,25 раза больше. Поскольку$11.1V$емкость аккумулятора всего в 1,5 раза выше, он быстрее разряжается.

редактировать
Кевин хочет прочитать о линейных и, возможно, других регуляторах.
Если батарея питает регулятор, то мощность цепи не будет зависеть от напряжения батареи. Скажем, вы регулируете до 5 В и получаете от этого 100 мА, тогда схема всегда будет потреблять 500 мВт, независимо от напряжения батареи, потому что 5 В фиксированы. Если это линейный регулятор , то разница напряжений между аккумулятором и выходом регулятора вызовет рассеяние в регуляторе. Для батареи 7,4 В:

$P = \Delta V \cdot I = (7.4V - 5V) \cdot 100mA = 240mW$

Однако, если напряжение батареи составляет 11,1 В, это становится

$P = \Delta V \cdot I = (11.1V - 5V) \cdot 100mA = 610mW$

поэтому ваши потери мощности в регуляторе будут выше для батареи с более высоким напряжением. Но так же, как и в первом примере, срок службы батареи будет таким же:

Срок службы батареи =$\dfrac{1000mAh}{100mA} = 10h$

так как аккумулятор на 11,1 В имеет большую емкость. Просто жалко тратить эту емкость вместо того, чтобы использовать ее для увеличения времени автономной работы на 50%.
Коммутатор (SMPS или импульсный источник питания) решает эту проблему . Коммутатор обеспечивает высокоэффективное преобразование энергии. Предположим, у нас есть идеальный коммутатор со 100% эффективностью. Если вы потребляете 100 мА от выхода 5 В, это будет представлять только 68 мА от батареи 7,4 В или 45 мА от батареи 11,1 В. Это потому, что мощность остается прежней:

$P = V \cdot I = 5V \cdot 100mA = 7.4V \cdot 68mA = 11.1V \cdot 45mA$

Аккумулятора на 1000 мАч хватит.

$\dfrac{1000mAh}{68mA} = 14.8h (7.4V)$или$\dfrac{1000mAh}{45mA} = 22.2h (11.1V)$

Итак, здесь мы видим, что у нас на 50% больше времени автономной работы для большей батареи, поскольку у нас нет потерь преобразования. Помните, что мы рассчитали коммутатор со 100% эффективностью. Мы могли бы пересчитать для более реалистичной эффективности преобразования 85% и найти такое же соотношение. Я оставлю это в качестве упражнения для заинтересованного читателя :-).

Вы не указываете, что у вас за блок, особенно какая у него схема питания. Вам нужно знать, какой ток он потребляет при этих двух напряжениях. Вы не сказали нам, поэтому, насколько нам известно, это может быть 0 мА при обоих напряжениях. Это дало бы вам бесконечный срок службы с любой батареей, что может быть тем, что вам нужно (или нет, вы не сказали!, но это разумное предположение).

Это всего лишь предположение:

• Ваш гаджет может иметь линейный регулятор, который потребляет постоянный ток. В этом случае обе батареи прослужат примерно одинаково долго. А вот батарея на 11,1В, вероятно, будет тяжелее и дороже.

• Ваш гаджет может иметь регулятор режима переключения, который, по сути, потребляет постоянную мощность. В этом случае батарея на 11,1 В хранит больше энергии, поэтому, если вам нужен самый долгий срок службы, предпочтительнее использовать ее.

Бывают и другие (менее вероятные) ситуации, например: ваш гаджет — обогреватель с простой резистивной нагрузкой.