Decidir entre 7,4 V y 11,1 V de potencia

Resumen:

• Con un regulador lineal use 2 celdas

• Con un regulador de conmutación, que debe usar, 3 celdas proporcionan aproximadamente un 50 % más de almacenamiento de energía que 2 celdas.

Como han dicho otros, una mejor explicación del requisito, supongo que son 2 o 3 celdas LiIon (con 3,7 V nominales cada una). Usted dice
100 mAh, por lo que tal vez sean celdas AA (14500) o quizás paquete plano de LiPo.

La solución de 2 celdas puede bajar hasta 6/3 = 3 V/celda para dar 6 voltios. Esto está en el cómodo límite inferior de LiIon, por lo que es aceptable.

LiIon será de 4,2 V cuando esté completamente cargado = 8,4 V/2 celdas o 12,6 V/3 celdas, aún dentro de su especificación.

Como dice Steven: SI está utilizando un regulador lineal, desperdiciará más energía con la solución de 3 celdas. PERO si usa un regulador de conmutación (SR) (como realmente debería hacerlo), la eficiencia energética será similar en cada caso.

Con un SR, la solución de 3 celdas le brinda alrededor de un 50 % más de almacenamiento de energía.

Agregado. Catalizada por el comentario de Mike. (@Mike DeSimone)

¿Qué tipo de regulador interno?

Esperaría que cualquier cosa hecha para funcionar de 6 a 14 V usaría una fuente de alimentación conmutada en el interior, pero tal vez no. Entonces, para determinar qué tipo de regulador hay dentro de un dispositivo, aumente el voltaje de suministro y observe lo que hace la corriente. Entonces -

• Una fuente de alimentación conmutada consume energía aproximadamente constante.

  Vin x In x Eficiencia = Vout x Iout.

  Entonces, cuando Vin sube, Iin cae.
  Doblar a Vin sobre las mitades de Iin.

  Un regulador de conmutación suele ser la solución más eficiente, excepto cuando Vin está cerca de Vout, pero es más ruidoso y, por lo general, algo más costoso y complejo que un regulador lineal.

• Un regulador lineal pasa la corriente de entrada a la salida y reduce cualquier exceso de voltaje a través del regulador. También necesita una cantidad relativamente pequeña (generalmente) de corriente para su propio uso. Entonces

  Iin ~= Iout

  Al aumentar Vin, Ion debe permanecer relativamente constante.

  Se debe usar un regulador lineal cuando Vin no sea mucho más alto que Vout.
  Potencia_disipada = (Vin-Vout) x Icarga.

• Un regulador de derivación o un suministro zener o un cuentagotas resistivo a un suministro no regulado (muy malo) mantiene el voltaje y la corriente de salida y, a medida que aumenta Vin, aumenta la corriente por encima de lo que se necesita y disipa la energía como (Vin-Vout_internal) x yo en

  Entonces, a medida que Vin aumenta, Iin aumenta.

  Es posible escribir ecuaciones para lo que puede esperar ver, pero hay una cantidad sorprendente de factores variables que hacen que no valga la pena hacerlo. Un regulador shnt suele ser muy barato, pero por lo general solo debe usarse para baja potencia y cuando Vin no es mucho más que Vout_internal,

-

Trabaje al voltaje más bajo posible. si dibujas$100mA$en$7.4V$eso es$740mW$, en$11.1V$eso es$1100mW$, o un 50% más. La capacidad del$11.1V$también es un 50% más alto, por lo que no hay diferencia allí, aparte de la$11.1V$siendo la batería más voluminosa, más pesada y más cara.

Pero si la carga es resistiva, de hecho habrá una diferencia. Supongamos que la resistencia es$74\Omega$, entonces la potencia extraída de la batería de 7,4 V es

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

mientras que la potencia extraída de una batería de 11,1 V es

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

o 2,25 veces más. Desde el$11.1V$la capacidad de la batería es solo 1,5 veces mayor, se agotará más rápido.

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Kevin quiere leer sobre reguladores lineales y tal vez otros.
Si la batería alimenta un regulador, entonces la energía del circuito será independiente del voltaje de la batería. Digamos que regula a 5V y extrae 100mA de eso, entonces el circuito siempre consumirá 500mW, sin importar cuál sea el voltaje de la batería, porque los 5V son fijos. Si es un regulador lineal , la diferencia de voltaje entre la batería y la salida del regulador provocará la disipación en el regulador. Para la batería de 7,4 V:

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

Sin embargo, si el voltaje de la batería es de 11,1 V, esto se vuelve

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

por lo que su pérdida de energía en el regulador será mayor para la batería de mayor voltaje. Pero al igual que en el primer ejemplo, la duración de la batería será la misma:

Duración de la batería =$\dfrac{1000mAh}{100mA} = 10h$

ya que la batería de 11.1V tiene mayor capacidad. Es una lástima desperdiciar esa capacidad en lugar de usarla para obtener un 50% más de duración de la batería.
Un conmutador (SMPS o fuente de alimentación conmutada) resuelve esto. Un conmutador permite una conversión de energía de alta eficiencia. Supongamos un conmutador ideal con una eficiencia del 100 %. Si extrae 100 mA de la salida de 5 V, esto representará solo 68 mA de la batería de 7,4 V o 45 mA de la batería de 11,1 V. Eso es porque el poder sigue siendo el mismo:

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

Entonces durará una batería de 1000 mAh

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

así que aquí vemos que tenemos un 50% más de duración de la batería para la batería más grande, ya que no tenemos pérdidas de conversión. Recuerde que calculamos para un conmutador 100% eficiente. Podríamos recalcular para una eficiencia de conversión más realista del 85% y encontrar la misma proporción. Eso lo dejo como ejercicio para el lector interesado :-).

No menciona qué tipo de unidad tiene, especialmente qué tipo de circuito de suministro de energía tiene. Necesita saber qué corriente consume en esos dos voltajes. No nos lo dijo, por lo que sabemos, podría estar consumiendo 0 mA en ambos voltajes. Eso le daría una vida útil infinita con cualquiera de las baterías, lo que podría ser lo que desea (o no, ¡no lo dijo! pero esta es una suposición razonable).

Esto es solo especulación:

• Su dispositivo podría tener un regulador lineal, que básicamente consume corriente constante. En este caso, ambas baterías durarán aproximadamente el mismo tiempo. Pero la batería de 11,1 V probablemente será más pesada y más cara.

• Su dispositivo podría tener un regulador de modo de conmutación, que básicamente consume energía constante. En este caso, la batería de 11,1 V almacena más energía, por lo que si busca la vida útil más larga, esa sería la preferida.

Hay otras situaciones (menos probables), por ejemplo: su dispositivo es un calentador con una carga resistiva simple.