КПД boost dc-dc для одной щелочной батарейки

[Vovanopoulos]

Вводная: есть одна щелочная батарейка (1,5 - 0,8 В), есть светодиод которому нужно 2,9 В и 0,15 А независимо от того новая батарейка или почти использованная.
Я посмотрел ISL9111, LTC3429, TPS6122x и MCP1640C. Либо они вообще такой ток не выдают при напряжении на входе ниже 1,2 В, либо КПД какой-то совсем низкий. Я смотрю на неправильные компоненты или есть какая-то принципиальная сложность в таком повышении напряжения при таком токе?

[B@R5uk]

Современные микросхемы все изготавливаются на основе кремния. А кремниевые транзисторы и диоды имеют 0,6 вольт в качестве открывающего напряжения. При этом надо учесть, что конструируя даже низковольную схему тяжело её организовать так, чтобы не было двух последовательно включенных перехода эмиттер-база. Это означает, что напряжение питания должно быть как минимум 1,2 вольта. А ведь там ещё нужна всякая вспомогательная обвязка из резисторов! Если же и удаётся выкрутится, то будет страдать цена и/или КПД, а так же могут возникнуть другие тонкости.

Далее, ваша вводная немного неграмотная. У батарейки в процессе разрядки в первую очередь падает не напряжение, а проводимость (расход электролита на химические процессы, дающие электроэнергию). Другими словами, растёт её внутреннее сопротивление. Это, при постоянном потребляемом токе, означало бы линейное падение КПД самой батарейки, но в связи с падением входного напряжения и необходимостью поддерживать постоянную мощность на выходе преобразователя, потребляемый им ток будет, соответственно, расти. В процессе разряда батарейки общий КПД будет катиться по наклонной, которая более крута, чем линейная функция.

Если вы действительно хотите сделать упор на КПД, то вам надо включить десяток батареек последовательно и использовать понижающий преобразователь. Тогда его входной ток будет на порядок меньше, и внутреннее сопротивление батареек в процессе их разряда будет давать на порядок меньший вклад в падение КПД. Как следствие, использование химической энергии, изначально запасённой в батарейках, будет значительно более рациональным.

[tonyk]

Это означает, что напряжение питания должно быть как минимум 1,2 вольта. ...вам надо включить десяток батареек последовательно

Чушь и бред. Учите матчасть! Подскажу, что транзисторы бывают не только биполярные.

ТС, смотри повышающие DC-DC преобразователи, например, у МАХIМ. Начинаю работать от 0.9В. После запуска работают вплоть до 0.7В. Обрати внимание в даташитах на работу при малых входных напряжениях. Для такого режима потребуется дополнительный диод и, возможно, что-то ещё, что я уже не помню за давностью лет. В нагрузку отдают до 1А и больше. Применяли такие в портативных приборах. Высасывают батарейки досуха. Выбирай те преобразователи, что имеют функцию задания выходного напряжения резистивным делителем. А дальше уж сам покумекай, как вместо режима стабилизации напряжения перевести такой преобразователь в режим стабилизатора тока. Мы делали на таких преобразователях стабилизаторы тока для питания светодиодной подсветки ЖК индикаторов, а не только преобразователи напряжения для питания приборов.
Кстати, КПД был довольно высоким, 80-95% в зависимости от напряжения и тока нагрузки.

[BlackKilkennyCat]

B@R5uk, это всё было бы замечательно, но есть два существенных но:
1) приведенные преобразователи (а также другие подобные) успешно работают от 0.6 вольт
2) графики на приведенные преобразователи не учитывают внутреннее сопротивление батарей, я рискну утверждать, что в подобных преобразованиях оно нигде не учитывается на уровне компонентов, это просто уже в общем проекте учитывается.

Не очень разбираюсь в импульсной технике (картинки видел), но предполагаю, что здесь имеет место быть ограничение по максимальному заполнению накачки на дросселе - не поднять напряжение выше. А ведь именно за счёт напряжения можно поднять ток.
Но это так, мысли безграмотного...

Добавлено after 6 minutes 14 seconds:
Кстати, о высасывании батареек досуха: если глянуть на кривую разряда, то смысл в "высасывании" может потеряться. Я к тому, что когда батарейка начинает разряжаться ниже номинального, этот процесс недолог и если посчитать, то может оказаться, что потери на преобразовании больше.
То есть, "высасывание" вряд ли может быть нормальным пунктом в проектировании.

Добавлено after 5 minutes 4 seconds:
хотя... графики противоречивые какие-то у всех. Похоже, эта мысль справедливее для аккумуляторов.

[tonyk]

То есть, "высасывание" вряд ли может быть нормальным пунктом в проектировании.

Поэтому если проанализировать Максимовские преобразователи, то очень многие их преобразователи, "заточенные" для работы от одной батарейки батарейки, имеют на борту ИОН+компаратор для своевременного отключения питаемой схемы, дабы избежать её нестабильной работы. И не путай батарейку с аккумулятором! Это аккум нельзя разряжать ниже допустимого предела, а батарейку запросто можно и нужно. Она ведь не_заряжается как аккум, поэтому ты её просто выбросишь.

[BlackKilkennyCat]

tonyk, почему аккумулятор нельзя разряжать? Кто-то запретил? В моих рациях и фонарике позволяется разрядить до упора - функциональность максимальное время важнее сохранности. Что толку мне от возможности когда-нибудь его зарядить, если в данный момент не связаться и не видно?
А насчёт максимовских преобразователей - это очень хорошо. А стоимость их проанализировать? Да и у других фирм есть подобные. Я предпочитаю TI - для моих приложений подходят.

P.S. Говоря о возможности необратимого разряда аккумуляторов лучше уточнять, каких именно. Ибо некоторые - можно и обратимо.

[tonyk]

почему аккумулятор нельзя разряжать? Кто-то запретил?

Производитель. Разрядить, безусловно, можно, но без гарантии дальнейшей работоспособности и ресурса. Всё-таки для подавляющего числа доступных на рынке аккумуляторов разряд до нуля крайне нежелателен, поэтому производители указывают минимальное напряжение, до которого его следует разряжать.

Да и у других фирм есть подобные. Я предпочитаю TI - для моих приложений подходят.

Я назвал то, с чем когда-то работал.

[сэм]

Если посмотреть кривую разряда, то после некоторого напряжения , к примеру у щелочных при начальном 1,25 В , после 0.9 вольт, остаток емкости составляет не больще3-5 проц. Так, что до 0 нет никакого смысла. Применение повышайки съест гораздо больше емкости своим КПД

[BlackKilkennyCat]

[uquote="tonyk",url="/forum/viewtopic.php?p=3959179#p3959179"]

почему аккумулятор нельзя разряжать? Кто-то запретил?

Производитель. Разрядить, безусловно, можно, но без гарантии дальнейшей работоспособности и ресурса.[/uquote]
Когда спасатели найдут Ваш хладный труп, они поблагодарят,что Вы учли рекомендации производителей и не разрядили аккумулятор до конца - теперь наследники могут продолжить им пользоваться, с гарантией и ресурсом.
А разрядили бы - может, и успели бы добраться до выхода из пещеры, или передать координаты, или ещё что...

[Vovanopoulos]

[uquote="tonyk",url="/forum/viewtopic.php?p=3958988#p3958988"]смотри повышающие DC-DC преобразователи, например, у МАХIМ[/uquote]Спасибо, посмотрю!

Добавлено after 42 minutes 42 seconds:
[uquote="BlackKilkennyCat",url="/forum/viewtopic.php?p=3959176#p3959176"]А насчёт максимовских преобразователей - это очень хорошо. А стоимость их проанализировать?[/uquote]Вы намекаете что они дорогие? А с чем сравниваете?[uquote="BlackKilkennyCat",url="/forum/viewtopic.php?p=3959176#p3959176"]Я предпочитаю TI - для моих приложений подходят.[/uquote]Какой будет аналог для MAX1674 у TI, например? На входе одна щелочная батарейка, на выходе 2,9 В 150 мА.

[АлександрЛ]

В чипдипе:
https://www.chipdip.ru/catalog/ic-dc-dc ... ceup&ps=x3
От Ti ничего нет..

[BlackKilkennyCat]

[uquote="Vovanopoulos",url="/forum/viewtopic.php?p=3959360#p3959360"]Какой будет аналог для MAX1674 у TI, например? На входе одна щелочная батарейка, на выходе 2,9 В 150 мА.[/uquote]
Не знаю... Но сайт ТИ доступен вроде бы всем, и та есть параметрический подбор. Искали?
Думаю, что TPS61099х вполне может конкурировать. Или другая. Мне лень смотреть все. Хотя, вот ещё посмотрел: TPS61202 стартует от 0.5 в, работает до 0.3 в , хотя может кпд и поменьше на 150 ма.
Предложенный вариант от Максим имеет Start-up is guaranteed from 1.1V inputs - на разряженной батарейке может уже и не включиться.
А надо ли включаться - неизвестно, по ТЗ лишь батарейка, напряжение и ток...

АлександрЛ, а я и не покупаю ничего в чипдипе уже очень давно: отвратительное обслуживание в питере, дорого и попадается всякое г с али. Так что, меня не печалит, что там чего-то нет

[КРАМ]

[uquote="Vovanopoulos",url="/forum/viewtopic.php?p=3959360#p3959360"]На входе одна щелочная батарейка, на выходе 2,9 В 150 мА.[/uquote]
Тут много чего наговорили о питании преобразователей от 0,8 Вольт и менее.
Обсуждать этот вопрос в рамках потребных на выходе 150 мА через один белый светодиод СМЕШНО.
Милостивые государи, падение на белом светодиоде при токе 150 мА составит 3,6...3,9 Вольт. Это означает, что ДАЖЕ БЕЗ УЧЕТА КПД от химического источника при его выходном напряжении 0,8 В потребуется ток примерно в 700 мА. Вы вообще представляете СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ элемент питания проработает в таком режиме? Полагаю, что меньше 1 минуты.
И вообще, при понижении выходного напряжения щелочного элемента ниже 1 вольта (при разрядном токе около 0,5 А) остаток емкости составит единицы процентов.

[piligrim130]

]для питания одного светодиода от батарейки достаточно одного транзистора -

[КРАМ]

[uquote="piligrim130",url="/forum/viewtopic.php?p=3959470#p3959470"]]для питания[/uquote]
Дьявол кроется в деталях. Речь идет о токе светодиода 150 мА. Ну и напряжении, хотя бы, от 1 В.
При этом КПД нужен не совсем позорный.

[piligrim130]

подобрать транзистор по мощней и колечко побольше . А запускается такая схема от 0.9 в точно сам проверял но по току не скажу .С другой стороны гирлянду из 3 белых светодиодов зажигал не 150 ма конечно но красному то и не 3.6 в надо

[КРАМ]

[uquote="piligrim130",url="/forum/viewtopic.php?p=3959478#p3959478"]подобрать транзистор[/uquote]

А что вы скажете нам о том, что ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с нагрузкой включен диод с падением на токе 150 мА примерно в 0,5 В?
Какой прок от схемы, КПД которой и до 50% с трудом дотягивает?
Должен вас разочаровать. Даже если опустить проблемы с габаритами этой простой схемы, то у нее нет ни единого шанса против преобразователей с СИНХРОННЫМИ выпрямителями на МОСФЕТах, позволяющими обеспечить практически нулевое падение против диода Шоттки и биполярного ключа. Ну и бонусом идет частота преобразования выше 1 МГц, что дает возможность применить миниатюрный дроссель с номиналом в единицы мкГн. А это, в свою очередь, уменьшает потери на дросселе, особенно при значительных токах нагрузки. Напомню, что ток дросселя заметно больше тока нагрузки...
ЗЫ. Про красные светодиоды тут никто не говорил. Речь шла о белом с током 150 мА.

[piligrim130]

этот диод совсем не обязательная деталь - нужен только для подключения мигающих цветных светодиодов.Красный будет гореть без диода и конденсатора.
КПД при таком низком напряжении вещь очень относительная ,тот же 1мгц получить от напряжения меньше вольта сложней чем кгц.
Микроконтроллер с тактовой частой 1 мгц работает с напряжением 3 в а если выставить тактовые частоты меньше то и питание можно снижать до 1в.

[BlackKilkennyCat]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=3959465#p3959465"]от химического источника при его выходном напряжении 0,8 В потребуется ток примерно в 700 мА.[/uquote]
Да, но может там не AAA, а F

Добавлено after 54 seconds:
piligrim130, c микроконтроллерами всё немного не так совсем.

[КРАМ]

[uquote="piligrim130",url="/forum/viewtopic.php?p=3959527#p3959527"]этот диод совсем не обязательная деталь - нужен только для подключения мигающих цветных светодиодов.Красный будет гореть без диода и конденсатора.[/uquote]
Ну ясен пень, красный будет гореть даже без этой схемы - прямо от элемента питания.
Давайте вы сначала разберетесь в принципе работы представленной вами схемы, а потом решите - писать глупости или нет.
[uquote="piligrim130",url="/forum/viewtopic.php?p=3959527#p3959527"]КПД при таком низком напряжении вещь очень относительная ,тот же 1мгц получить от напряжения меньше вольта сложней чем кгц.
Микроконтроллер с тактовой частой 1 мгц работает с напряжением 3 в а если выставить тактовые частоты меньше то и питание можно снижать до 1в.[/uquote]
Еще одна фееричная нелепость.
Должен вас разочаровать во второй раз. Ядра ВСЕХ БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ процессоров (с тактовыми от 0,5 ГГц и выше) работают при напряжениях 0,8...1 В.
И КПД для обсуждаемого устройства имеет прямой практический смысл, ибо пользователя интересует ВРЕМЯ работы от элемента питания. Те самые преобразователи от Maxim и Linear имеют КПД порядка 85...95% ВО ВСЕМ ДИАПАЗОНЕ питающих напряжений.


Добавлено after 3 minutes 1 second:
[uquote="BlackKilkennyCat",url="/forum/viewtopic.php?p=3959532#p3959532"]не AAA, а F[/uquote]
Это не принципиально. Разрядная характеристика ниже 1 В падает в пол практически отвесно. Ну будет не 15 сек как у ААА, а целых 2 минуты. Что это по факту меняет?