Piense en un convertidor elevador estilo Joule Thief que funciona con una sola batería AA.

Entiendo que especificó baterías AAAA porque tiene espacio limitado pero cree que el voltaje de la batería debe exceder el voltaje del LED. Eso no es cierto, dice el Joule Thief.

Los clientes odian las baterías excéntricas. Nos gustan los tamaños de batería normales como AA, que tienen mucha más capacidad y son más baratos que AAA o AAAA. AAAA es raro y nadie comprará un producto que los use.

Los clientes también odian los dispositivos que no funcionan con baterías recargables de NiCD o NiMH (que producen 1,2 voltios por celda).

Más de una batería también significa más de cuatro superficies de contacto para ensuciarse y corroerse. ¿Conoces esas horribles linternas LED que están por todas partes? Toman 3 AAA en un "cartucho" que tiene aproximadamente el tamaño (pero no del todo) de un 18650. 4 superficies por batería, 4 para el cartucho, 2 para la tapa inferior y 2 para el interruptor. ¡No es de extrañar que nunca funcionen! A la basura se va.

Todo dice que un convertidor elevador de una sola batería es el camino a seguir.

Si hace esto con un regulador lineal, debe aceptar el hecho de que tan pronto como el voltaje de la batería caiga por debajo de 2,75 V, ya no podrá "crear" el voltaje directo para los LED y, por lo tanto, , tu corriente caerá, inevitablemente.

Por lo tanto, basado en suministros de modo no conmutado, este enfoque está condenado; vea la curva de descarga típica para una batería alcalina a continuación:

Observe cuán rápido cae por debajo de 2,75 V/2 = 1,375 V; tendría que agregar otro margen para la caída de voltaje del regulador lineal. Los mejores LDO que conozco hacen alrededor de ~ 90 mV a 50 mA, por lo que sería 1.415 V como voltaje de umbral.

Así que veamos el proceso de diseño:

Rango de voltaje de entrada

Algo entre 2·1,55 V = 3,10 V y lo que la curva de descarga de abajo nos dice sobre lo que sucede después de consumir 50 mA durante 4 h. Eso sería 0,2 Ah, y debemos escalar eso desde una batería de 2,20 Ah hasta la capacidad AAAA típica de 0,5 Ah, por lo que debemos observar los 0,2 Ah · 4,4 = 0,88 Ah

La curva de descarga dice alrededor de 1,2 V. Eso suena realista, por lo que nuestro rango de entrada general, incluido el hecho de que cualquier cosa no tiene una eficiencia del 100 %, sería de al menos 2,3 V a 3,1 V.

Eso destaca que todos los enfoques basados ​​en LDO/lineales están condenados, porque no pueden aumentar el voltaje.

Elección de diseño

Como se muestra, necesitamos una fuente de alimentación conmutada. Suponiendo que primero no queremos quemar energía para trabajar siempre por debajo del voltaje objetivo de 2,75 V, es necesario un suministro de modo de conmutación que pueda aumentar y disminuir.

Para lograr la restricción de espacio de 40 mm², debemos buscar circuitos altamente integrados, definitivamente circuitos integrados que incluyan el interruptor, no solo el controlador, sino, si es posible, incluso el inductor, o usar capacitancia conmutada (porque nuestra corriente no es tan grande ) .

Elección de componentes

Visitamos los sitios web de los "sospechosos habituales", siendo

• TI
• NXP
• Máxima
• Lineal
• CALLE
• ONSemi

Convertidores reductor/elevador

Supongamos que a TI le está yendo bastante bien con sus módulos de conmutación simple que integran el inductor. Veamos si lo que podemos encontrar se acerca a nuestras restricciones de espacio; si no es así, podemos abandonar ese enfoque (probablemente no lo haremos mejor que TI, ¿verdad?).

Además, echemos un vistazo a ON, que son conocidos por vender circuitos integrados SMPS altamente integrados y de gran volumen, generalmente en paquetes a escala de chip, y también son expertos en cosas como controladores LED de flash de teléfonos móviles.

Capacitancia conmutada

Revisemos la cartera de TI para eso.

Resultados

1. el módulo conmutador simple más pequeño es de 99 mm²: http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/buck-boost-negative-output-module-products.page Ouch. Más del doble de lo permitido,
2. On tiene una categoría para controladores LED: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/taxonomy.do?id=16200&lctn=header . El CAT3224 parece ajustarse muy bien a nuestros requisitos y tiene un paquete de 3 mm x 3 mm = 9 mm², lo que deja mucho espacio para los componentes externos necesarios para el diseño de capacitancia conmutada. Necesitaría algo como (suposición muy aproximada) 25mF como supercap, pero creo que debería funcionar. Necesita más lectura de la hoja de datos. Sin embargo, necesitarán mucho espacio: realmente experimentaría con MLCC de alta capacidad y vería si funciona si no necesito el modo "flash".
3. En la categoría de capacitancia conmutada, un dispositivo ONsemi parece ser el más interesante para esta aplicación: el NCP1729 es un controlador inversor que satisfaría sus necesidades y es muy fácil de usar: pero no estoy 100% seguro de hojear la hoja de datos funciona con 50 mA con un voltaje de entrada tan bajo como 2,4 V. Se deben considerar otras bombas de carga.
   
   

Un montón de opciones. Los más simples en mente son los controladores LED de un solo chip, que a menudo necesitan solo un diodo y un pequeño inductor en forma de resistencia. Los chips vienen en paquetes smd como SOT-23 o paquetes SIP para poco espacio en la placa.

O un diodo limitador de corriente, una solución de una sola pieza. Pero el voltaje principal de sus baterías puede ser un problema.

La selección de la batería depende de las opciones de química y tamaño.

Los criterios de diseño para el uso de LED con batería se basan en;

• voltaje, Vmin:Vmax, Vf y If para LED(s), capacidad en (mili)amp-hora [mAh] o [VAh=Wh], costo, tamaño y/o eficiencia.

Las linternas de diseño moderno utilizan pequeñas SMPS para regular de manera eficiente la corriente y reducir las pérdidas conductivas utilizando celdas de tipo 18650 para obtener una vida útil prolongada y una luz de alta intensidad. A menudo, los principiantes quieren evitarlos por simplicidad, pero deben tener en cuenta que esto también sacrifica el rendimiento.

Sin embargo, analicemos un método de baja caída (LDO) de conducción de LED desde una batería para obtener el mejor compromiso.

atributos de diseño

1. minimizar la caída en el sentido de corriente a 50 mV (derivación de corriente estándar típica)
2. elija un MOSFET de "nivel lógico" con RdsOn cerca o menos que ESR de la batería

3. use un comparador o un amplificador operacional que permita detectar una entrada cercana a 0V

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

4. Para tasas 1C Tensión inicial, Vi a final, Vf
5. Capacidad C o 1C=Ah (para h=20 horas) e. la resistencia interna de la batería (serie efectiva)$ESR=|\frac{\Delta V}{\Delta I}|$

6. % Vbat rango no regulado$\frac{\Delta V}{V_i} = \frac{V_i-V_f}{V_i}*100{\%}$

   • % Vbat, caída de voltaje de la batería de 100 a 0 % de estado de carga (SoC)
     • 8% en plomo ácido secundario
     • 10% en Litio 3.0V primario
     • 19% en LiPo 3.7V a 3.0V secundario
     • 33% en primaria alcalina de 1,5 V

A continuación se muestra un simulador. para 3 pilas alcalinas. Un mejor diseño usa 1 celda LiPo.

mi solución Java sugerida necesita aprobación como se muestra a continuación

• Tenga en cuenta que la traza anterior para la corriente muestra una excelente estabilidad con 4,5 a 3,5 V (no 3 V) para 3 pilas AAA
  • Sensibilidad $\frac{I_f}{V_{bat}} = \frac{49.0-48.96 [mA]}{4.5-3.5 [V]}*100 = 4\%$

excusa : Falstad no tenía un FET RdsOn bajo, así que usé dos.

Amplias referencias en diseño de Driver LED

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

• soluciones de bajo costo de alta potencia para el consumidor Controlador LED 10A $ 13 cdn

• Voltaje de entrada 8.5~48V

• Voltaje de salida 10~50V
• máx. Corriente de salida 10A ajustable
• más soluciones de consumo
  • http://www.dx.com/s/led+controladores
  • 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

Puede que no tenga sentido reinventar la rueda, pero es útil entender cómo funciona.