Denken Sie an einen Aufwärtswandler im Joule-Thief- Stil, der mit einer einzigen AA-Batterie betrieben wird.

Ich nehme an, Sie spezifizieren AAAA-Batterien, weil Sie nur begrenzten Platz haben, aber glauben, dass die Batteriespannung die LED-Spannung überschreiten muss. Das stimmt nicht, sagt der Joule-Dieb.

Kunden hassen seltsame Batterien. Wir mögen normale Batteriegrößen wie AA, die viel mehr Kapazität haben und gleichzeitig billiger sind als AAA oder AAAA. AAAA ist selten und niemand wird ein Produkt kaufen , das sie verwendet.

Kunden hassen auch Geräte, die nicht mit NiCD- oder NiMH -Akkus (die 1,2 Volt pro Zelle abgeben) funktionieren.

Mehr als eine Batterie bedeutet auch mehr als vier Kontaktflächen, die verschmutzen und korrodieren können. Kennst du diese schrecklichen LED-Taschenlampen, die überall sind? Sie nehmen 3 AAAs in einer "Patrone" auf, die ungefähr die Größe (aber nicht ganz) eines 18650 hat. 4 Oberflächen pro Batterie, 4 für die Patrone, 2 für die untere Kappe und 2 für den Schalter. Kein Wunder, dass sie nie funktionieren! Ab in den Müll.

Alles sagt, dass ein Aufwärtswandler von einer einzelnen Batterie der richtige Weg ist.

Wenn Sie dies mit einem Linearregler machen, müssen Sie akzeptieren, dass Sie, sobald die Batteriespannung unter 2,75 V fällt, die Vorwärtsspannung für die LED(s) nicht mehr "erzeugen" können und somit , Ihr Strom wird unweigerlich fallen.

Daher ist dieser Ansatz auf der Grundlage von Nicht-Schaltmodus-Versorgungen zum Scheitern verurteilt; siehe unten die typische Entladekurve für eine Alkalibatterie:

Beachten Sie, wie schnell es unter 2,75 V /2 = 1,375 V fällt; Sie müssten einen weiteren Spielraum für den Spannungsabfall des Linearreglers hinzufügen. Die besten LDOs, die ich kenne, erreichen etwa ~ 90 mV bei 50 mA, das wären also 1,415 V als Schwellenspannung.

Gehen wir also den Designprozess durch:

Eingangsspannungsbereich

Irgendetwas zwischen 2·1,55 V = 3,10 V und dem, was die nachstehende Entladekurve uns darüber sagt, was passiert, nachdem 4 h lang 50 mA gezogen wurden. Das wären 0,2 Ah, und wir müssen das von einer 2,20-Ah-Batterie auf die typische AAAA-Kapazität von 0,5 Ah herunterskalieren, also müssen wir uns die 0,2 Ah · 4,4 = 0,88 Ah ansehen

Die Entladekurve sagt ungefähr 1,2 V aus. Das klingt realistisch, also würde unser gesamter Eingangsbereich, einschließlich der Tatsache, dass alles einen nicht 100%igen Wirkungsgrad hat, mindestens 2,3 V bis 3,1 V betragen.

Das unterstreicht, dass alle LDO/linear-basierten Ansätze zum Scheitern verurteilt sind, weil sie die Spannung nicht erhöhen können.

Designwahl

Wie gezeigt, benötigen wir ein Schaltnetzteil. Angenommen, wir wollen nicht zuerst Energie verbrennen, um immer unterhalb der Zielspannung von 2,75 V zu arbeiten, ist ein Schaltnetzteil erforderlich, das Boosten und Buckeln kann.

Um die Platzbeschränkung von 40 mm² zu erreichen, müssen wir uns mit hochintegrierten Schaltungen befassen – auf jeden Fall ICs, die den Schalter enthalten, nicht nur den Controller, sondern wenn möglich sogar die Induktivität, oder geschaltete Kapazitäten verwenden (weil unser Strom nicht so groß ist ) .

Komponentenauswahl

Wir besuchen die Webseiten der "üblichen Verdächtigen", seiend

• TI
• NXP
• Maxime
• Linear
• ST
• ONSemi

Buck/Boost-Wandler

Nehmen wir an, TI schneidet mit seinen Simple-Switcher-Modulen, die den Induktor integrieren, ziemlich gut ab. Mal sehen, ob das, was wir finden können, unseren Platzbeschränkungen nahe kommt – wenn nicht, können wir diesen Ansatz fallen lassen (wir werden wahrscheinlich nicht besser sein als TI, oder?).

Werfen wir auch einen Blick auf ON, das dafür bekannt ist, hochintegrierte SMPS-ICs in großen Stückzahlen zu verkaufen – typischerweise in Gehäusen im Chipmaßstab, und auch Experten für Dinge wie Blitz-LED-Controller für Mobiltelefone.

Geschaltete Kapazität

Lassen Sie uns dafür das Portfolio von TI überprüfen.

Ergebnisse

1. das kleinste Simple-Switcher-Modul ist 99 mm² groß: http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/buck-boost-negative-output-module-products.page Aua. Mehr als doppelt so groß wie zulässig,
2. On hat eine Kategorie für LED-Treiber: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/taxonomy.do?id=16200&lctn=header . Der CAT3224 scheint sehr gut in unsere Rechnung zu passen und hat ein 3 mm x 3 mm = 9 mm² großes Gehäuse – was viel Platz für die externen Komponenten lässt, die für das Design mit geschalteten Kapazitäten erforderlich sind. Sie bräuchten so etwas wie (ganz grob geschätzt) 25 mF als Supercap – aber ich denke, das sollte funktionieren. Benötigt mehr Lesen des Datenblatts. Sie werden jedoch viel Platz benötigen – ich würde wirklich mit Hochleistungs-MLCC experimentieren und sehen, ob das funktioniert, wenn ich den "Flash" -Modus nicht benötige.
3. In der Kategorie der geschalteten Kapazitäten scheint ein ONsemi-Gerät für diese Anwendung am interessantesten zu sein: Der NCP1729 ist ein invertierender Treiber, der Ihre Anforderungen erfüllen würde und kinderleicht zu bedienen ist: aber ich bin mir nicht 100% sicher, wenn ich das Datenblatt überfliege es arbeitet mit 50mA schon bei 2,4V Eingangsspannung. Weitere Ladungspumpen sollten in Betracht gezogen werden.
   
   

Viele Optionen. Am einfachsten sind Single-Chip-LED-Treiber, die oft nur eine Diode und einen kleinen widerstandsförmigen Induktor benötigen. Die Chips sind in SMD-Gehäusen wie SOT-23 oder SIP-Gehäusen für wenig Platz auf der Platine erhältlich.

Oder eine Strombegrenzungsdiode, eine einteilige Lösung. Aber die Kopfspannung Ihrer Batterien kann ein Problem sein.

Die Batterieauswahl hängt von der Wahl der Chemie und Größe ab

Designkriterien für die Verwendung von LEDs mit einer Batterie basieren auf;

• Spannung, Vmin:Vmax, Vf und If für LED(s), Kapazität in (Milli)Amperestunden [mAh] oder [VAh=Wh], Kosten, Größe und/oder Effizienz.

Modern gestaltete Taschenlampen verwenden winzige SMPS, um den Strom effizient zu regulieren und Leitungsverluste mit Zellen vom Typ 18650 zu reduzieren, um eine lange Lebensdauer und ein Licht mit hoher Intensität zu erzielen. Oft möchten Anfänger diese der Einfachheit halber vermeiden, sollten sich aber darüber im Klaren sein, dass dies auch zu Lasten der Performance geht.

Lassen Sie uns jedoch eine LDO-Methode (Low Dropout) zum Ansteuern von LEDs aus einer Batterie analysieren, um den besten Kompromiss zu erzielen.

Designattribute

1. Minimieren Sie den Ausfall der Strommessung auf 50 mV (typischer Std.-Strom-Shunt)
2. Wählen Sie einen MOSFET mit "Logikpegel" mit RdsOn nahe oder weniger als dem ESR der Batterie

3. Verwenden Sie einen Komparator oder Operationsverstärker, der eine Erfassung nahe dem 0-V-Eingang ermöglicht

    - Vout must >= Vgs spec using single supply from Vbat for low RdsOn
   

4. Für 1C-Raten Anfangsspannung Vi bis Endspannung Vf
5. Kapazität C oder 1C=Ah (für h=20 Stunden) e. der interne (effektive Serien-) Widerstand der Batterie$ESR=|\frac{\Delta V}{\Delta I}|$

6. % Vbat ungeregelter Bereich$\frac{\Delta V}{V_i} = \frac{V_i-V_f}{V_i}*100{\%}$

   • % Vbat, Batteriespannungsabfall von 100 auf 0 % Ladezustand (SoC)
     • 8 % Bleisäure sekundär
     • 10 % auf Lithium 3,0 V primär
     • 19 % auf LiPo 3,7 V bis 3,0 V sekundär
     • 33 % auf Alkaline 1,5 V primär

Unten ist eine Sim. für 3 Alkaline-Zellen. Ein besseres Design verwendet 1 LiPo-Zelle.

Meine vorgeschlagene Java-Lösung muss wie unten beschrieben genehmigt werden

• Beachten Sie, dass die obige Spur für den Strom eine hervorragende Stabilität mit 4,5 bis 3,5 V (nicht 3 V) für 3x AAA-Batterien zeigt
  • Empfindlichkeit $\frac{I_f}{V_{bat}} = \frac{49.0-48.96 [mA]}{4.5-3.5 [V]}*100 = 4\%$

Entschuldigung : Falstad hatte keinen niedrigen RdsOn FET, also habe ich zwei verwendet.

Breite Referenzen im Design von LED-Treibern

• http://www.1000bulbs.com/pdf/understanding-led-drivers.pdf

• Low-Cost-Lösungen für Verbraucher mit hoher Leistung 10-A-LED-Treiber 13 $ cdn

• Eingangsspannung 8,5 ~ 48 V

• Ausgangsspannung 10~50V
• max. Ausgangsstrom 10A einstellbar
• mehr Verbraucherlösungen
  • http://www.dx.com/s/led+drivers
  • https://www.amazon.com/s/ref=nb_sb_noss_1?url=search-alias%3Daps&field-keywords=led+drivers
  • http://www.ebay.com/sch/i.html?_from=R40&_sacat=0&_nkw=led+drivers&_sop=15

Es mag sinnlos sein, das Rad neu zu erfinden, aber es ist nützlich zu verstehen, wie es funktioniert.