पल्स-पॉवरिंग भारी भार एक सिक्का सेल के साथ

Question

लिथियम सिक्का कोशिकाओं को 1 से 5 एमए के आदेश पर काफी कम मानक वर्तमान ड्रॉ के लिए रेट किया गया है। इसके अलावा, जबकि वे अधिक स्पंदित वर्तमान आरेख (यानी, आवधिक फटने) की अनुमति देते हैं, यह कोशिका क्षमता के लिए हानिकारक प्रतीत होता है (और नाड़ी के दौरान वोल्टेज में गिरावट का कारण भी बन सकता है)।

मैं सामान्य उपयोग के मामलों (जैसे एल ई डी या अधिक हाल ही में कम-शक्ति वायरलेस ट्रांसमिशन) के लिए सिक्का कोशिकाओं की प्रयोज्यता में इस विषय को दिलचस्पी से बाहर ला रहा हूं, इसलिए मेरे पास एक विशिष्ट सर्किट नहीं है।

लेकिन दो परिदृश्यों की कल्पना करें, एक कम-कर्तव्य चक्र और एक अधिक मांग वाला मामला:

• केस ए : लोड प्रत्येक 2.5 सेकंड में एक बार 25 मिलीसेकंड के लिए 25 एमए खींचता है।
• केस बी : लोड हर 1 सेकंड में एक बार 100 मिलीसेकंड के लिए 50 mA खींचता है।

मुझे एक विश्लेषण में दिलचस्पी है कि क्या संधारित्र-आधारित जलाशय को (और इस प्रकार, चाहे वह बुद्धिमान हो) एक सिक्का सेल के ऊपर पल्स-ड्रा मामलों में से किसी एक पर चलाया जा सकता है।

नोट 1: दोनों मामलों में, मैं सिक्का सेल के साथ एक सामान्य स्थिति पर विचार कर रहा हूं -> 3.3V बूस्ट नियामक -> लोड [माइक्रोकंट्रोलर + सीरीज़ रेसिस्टर्स + वायरलेस मॉड्यूल + आदि के साथ एलईडी]। और कैप / सुपरकैप लोड सप्लाई के समानांतर।

नोट 2: मुझे पता है कि कोई ली-आयन / LiPo बैटरी का उपयोग कर सकता है, लेकिन उनके पास उच्च स्व-निर्वहन होता है (चाहे उनके रसायन विज्ञान के कारण या उनके संरक्षण सर्किटरी के कारण), इसलिए वे वायरलेस के लिए आदर्श नहीं हो सकते हैं, कहते हैं तापमान लकड़हारा जो हर घंटे में एक बार प्रसारित होता है।

प्रासंगिक दस्तावेज: निम्नलिखित डेटाशीट सूचना के विभिन्न टुकड़ों को दिखाती है, जिसमें पल्स डिस्चार्ज विशेषताओं, ऑपरेटिंग वोल्टेज बनाम लोड, आदि शामिल हैं:

1. एनर्जाइज़र CR2032 डेटशीट
2. पैनासोनिक CR2032 डेटशीट
3. सोनी CR2032 डेटशीट
4. मैक्सल CR2032 डेटशीट

इसके अलावा, निम्नलिखित दस्तावेज़ कुछ अनुभवजन्य मूल्यांकन / गुणात्मक चर्चा के बारे में कुछ बड़े भार (एक सिक्का सेल का उपयोग करके milliamps के दसियों के शिखर पर वर्तमान ड्रॉ के साथ) चलाने के बारे में चर्चा करते हैं:

1. टीआई ऐप नोट: सिक्का सेल और पीक करंट ड्रॉ

2. नॉर्डिक सेमीकंडक्टर ऐप नोट: CR2032 सिक्का सेल बैटरी की क्षमता पर उच्च पल्स ड्रेन प्रभाव

3. फ्रीस्केल ऐप नोट: सिक्का सेल बैटरियों द्वारा संचालित ZigBee अनुप्रयोगों के लिए कम बिजली के विचार

4. जेनेरिक ऐप नोट: वायरलेस पैन में सिक्का सेल का उपयोग करना

Comments

क्या आपके पास लिथियम सिक्का कोशिकाओं पर पल्स वर्तमान सीमाओं के बारे में किसी निर्माता का डेटा है? मेरे पास सिक्का सेल डेटा शीट का एक संग्रह है, लेकिन वे वास्तव में पल्स लोड के तहत वर्तमान पर चर्चा नहीं करते हैं।

— मार्किट

@ बुकमार्क: प्रश्न के अंत में जोड़े गए डेटशीट (साथ ही कुछ ऐप नोट), जिसमें पल्स विशेषताओं के बारे में SOME (यद्यपि सीमित) जानकारी है।

— बोर्डबाइट

25 एमए, क्या डेव की व्याख्या की तरह एक निरंतर वर्तमान, या एलईडी के लिए एक श्रृंखला रोकनेवाला के साथ एक अधिक सामान्य सेटअप है? वर्तमान स्रोत आपको एक आसान समाधान देता है (डेव का जवाब देखें), लेकिन वह नहीं हो सकता है जो आप जंगली में देखेंगे।

— स्टीवनवह

@stevenvh: प्रश्न अपडेट किया गया: "नोट 1"

— बोर्डबाइट

उस जेनेरिक एएन के लिए उच्च और निम्न खोज की गई, यह इंटरवेब से चला गया है। चारों ओर केवल संदर्भ, कोई कैश भी नहीं।

— kert

Answer 1

गणना सीधी है। कैपेसिटर का आकार बस एक सवाल है कि आप पल्स की अवधि में कितना वोल्टेज ड्रॉप कर सकते हैं। बैटरी से औसत वर्तमान कर्तव्य चक्र का एक कार्य है।

ΔV = I × /t / C

सी के लिए हल देता है:

C = I × =t / ΔV

मान लेते हैं कि आप =V = 0.1V की अनुमति दे सकते हैं। आपके पहले उदाहरण के लिए, यह निम्नलिखित के लिए काम करता है:

C = 25 mA × 25 ms / 0.1 V = 6.25 mF

औसत वर्तमान ड्रा 25 mA * 25 ms / 2.5 s = 0.25 mA है।

दूसरे उदाहरण के लिए, संख्याएँ निम्न कार्य करती हैं:

C = 50 mA × 100 ms / 0.1 V = 50 mF

औसत वर्तमान = 50 mA * 100 ms / 1.0 s = 5 mA।

Comments

@ क्या - आपको प्रतिरोधों की आवश्यकता नहीं है क्योंकि आप निरंतर वर्तमान स्रोत / सिंक मान रहे हैं। इस तरह आप घातीय के बजाय रैखिक समीकरण प्राप्त करते हैं। सही है, मैंने प्रतिरोधों को जोड़ा है जो कि प्रश्न में नहीं हैं, लेकिन आप वर्तमान स्रोतों को जोड़ते हैं जो या तो :-) नहीं हैं

— स्टीवनह

@stevenvh: वास्तव में, वे हैं; मूल प्रश्न वर्तमान दालों के संदर्भ में प्रस्तुत किया गया था। इस प्रकार के सामान्य व्यवहार्यता प्रश्न के लिए, समीकरणों को रैखिक करना (जबकि यह समझते हुए कि यह एक अनुमान है) पूरी तरह से वैध है।

— डेव ट्वीड

Answer 2

समानांतर संधारित्र उपयुक्त होगा, लेकिन केवल अगर आप इसे सावधानी से चुनते हैं।

जैसा कि @stevenvh द्वारा समझाया गया है, लोड के समानांतर एक संधारित्र स्पंदित भार के लिए उपयुक्त है। संधारित्र की महत्वपूर्ण विशेषता (इसके समाई C के अलावा ) इसका इन्सुलेशन प्रतिरोध (IR) है। इन्सुलेशन प्रतिरोध संधारित्र से दालों के बीच प्रतीक्षा करते समय आवेश के रिसाव को निर्धारित करता है।

$$\mathrm{IR}_\mathrm{X5R}\cdot C = 50~\Omega\cdot\mathrm{F}$$ $$\mathrm{IR}_\mathrm{X5R} = 50~\Omega\cdot\mathrm{F}/C = \frac{50}{1000\cdot 10^{-6}} = 50~\mathrm{k}\Omega$$

3 V पर आपके पास 60 μA का लीकेज करंट होगा, जो आपके लोड के औसत करंट ड्रॉ के बराबर है।

$$\mathrm{IR}_\mathrm{NP0}\cdot C = 500~\Omega\cdot\mathrm{F}$$

Answer 3

पहली नजर में ए ऐसा नहीं लगता कि यह हमें परेशान करने वाला है (लेकिन इंतजार करें!)। बैक-ऑफ-लिफाफा-गणना: शुल्क चक्र केवल 1% है, इसलिए 25 एमए को 250 byA चार्जिंग करंट द्वारा मुआवजा दिया जाएगा। यह निरंतर प्रवाह के लिए है, जो समय के साथ रैखिक रूप से संधारित्र वोल्टेज बदलता है।

$C = \dfrac{t_1 \times I_1}{\Delta V} = \dfrac{25 ms \times 25 mA}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

$C = \dfrac{t_2 \times I_2}{\Delta V} = \dfrac{(2.5 s - 25 ms) \times 253 \mu A}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

So $C$ will be determined by the voltage drop you'll allow. If you would allow 200 mV drop, to 2.8 V, then you'd need a capacitor of 3100 µF.

But in most real-world applications current won't be constant, and charging/discharging the capacitor over a resistor will go exponentially. You have only 1 V difference between the capacitor's 3 V and the LED's 2 V, and you don't want to drop the capacitor's too much before the 25 ms are over; not that fading will be noticeable as such, but the average brightness will be. So assuming a maximum allowed 200 mV drop in 25 ms will mean:

$(3 V - 2 V) \times e^{\left(\dfrac{-25 ms}{R C}\right)} + 2 V = 2.8 V$

then $R C$ = 0.11 s.

For recharging we'll have to set an end voltage; if we would like to recharge to the full 3 V it would take an infinite time. So if we set our target at 99 % of 3 V we can write a similar equation:

$(3 V- 2.8 V) \times e^{\dfrac{-(2.5 s-25 ms)}{R C}} = 3 V \times 1 \%$

then $R C$ = 1.30 s.

Yes, that's different $R C$ times because the $R$ is different: for the discharge it's the LED's series resistor, for the recharging it's the resistor from the battery.

For the series resistor with the LED we can calculate

$R_1 = \dfrac{2.9 V - 2 V}{25 mA} = 36 \Omega$

The 2.9 V is the average voltage during discharging, which allows us to calculate the average current. The begin current will be 27.5 mA, but that's not going to be a problem. I calculated the 2.9 V simply as the average between 3 V and 2.8 V, but that's quite OK, over this short time you can assume the discharge to be nearly linear. (I just did the calculation with the integral of the discharge curve, and that gives us 2.896 V average, which confirms that; the error is only 0.13 .)

Since we know $R_1 C$ and $R_1$ we can find $C$:

$C = \dfrac{0.11 s}{36 \Omega} = 3100 \mu F$

And now we can find the charging resistor too:

$R_2 = \dfrac{1.30 s}{3100 \mu F} = 420\Omega$.

Note that the capacitance is the same as with our constant current charging and discharging. That's because the short discharge can be approximated well as linear, like we saw earlier, and also I rounded the values.

Comments

Where did all these resistors come from? They're certainly not part of the original question, and if you were really concerned about running something from a coin cell, you wouldn't be wasting a significant fraction of your energy in resistors!

— Dave Tweed

@Dave - Are you going to short-circuit the capacitor over the LED? You'll have a lot more than 25 mA then. Granted, only for a short time, but nevertheless the LED wouldn't like it. For charging I'll have to see if I can make use of the battery's internal resistance, but IMO a series resistance will still be needed: otherwise the capacitor discharge to 2 V will also brown-out the microcontroller, if it's directly connected. Remember that we don't have a hard 3 V, but a 3 V with a series resistance, which will take the difference between the 3 V and the capacitor's 2 V.

— stevenvh

A resistor is just one of many ways to control current. Appropriate active circuits will be much more efficient. The original question was about the feasibility of the general concept.

— Dave Tweed

Answer 4

It is important to choose the right size cell and supplier for your application and understand the loss of capacity drops a lot when you exceed the rated load. They need to supply the capacity vs load resistance for your operating temperature. If not given you calculate the battery's ESR at rated cutout voltage and load.

Keep in mind the initial ESR is much smaller e.g. 10% cutout ESR and that also degrades from cold temperature by almost 3x from 23'C to 0'C. They means your capacity is reduced.

ड्यूटी फैक्टर (df) ESR = V / I * 1 / df के साथ लोड ESR बढ़ता है
आपके दोनों मामलों में A & B, df 2.ms/2.5s = 0.01 (1%) है

आइए इन मूल्यों के साथ शुरू करें और बैटरी के ईएसआर की उपेक्षा करें।

• केस A, 3V @ 25mA, 1% df ESR = 12 k assum (अभी के लिए रेखीय मानकर)
• केस B, 3V @ 50mA, 1% df ESR = 6 k "(" ")

आपका Vmin या विनियमन युक्ति,। रेटेड क्षमता से आजीवन कमी को बहुत प्रभावित करेगा। कई आपूर्तिकर्ता 33 से 50% का उपयोग करते हैं, आपको 10 ~ 20% की आवश्यकता हो सकती है।

बैटरी के ईएसआर के ग्राफ के नीचे नोट 2/3 के उपभोग के बाद क्षमता के नुकसान के साथ तेजी से बढ़ता है। यह अपनी क्षमता के जीवनकाल में परिमाण के लगभग 1 आदेशों को बढ़ाता है। (5.5 (~ 45 ()

MAh में बैटरी की क्षमता बैटरी ESR के विपरीत आनुपातिक है। आप रेटेड लोड प्रतिरोध और ईओएल वोल्टेज से इसका अनुमान लगा सकते हैं।

जो मैं समझता हूं, स्पंदित लोड बैटरी की क्षमता को नुकसान नहीं पहुंचाता है, बल्कि ऐसा कुछ भी होता है जो लोड के ईएसआर के करीब पहुंचने वाले ईएसआर को बढ़ाता है। जाहिर है, आपका रेगुलेशन स्पेक यह निर्धारित करता है कि बैटरी आपके पास के लोड के ईएसआर के करीब कैसे पहुंच सकती है।

अगर आप जानते हैं कि कटआउट वोल्टेज 50% या 1.5V है तो कटआउट ESR लोड प्रतिरोध के बराबर हो जाता है। यदि कटआउट 2 वी पर निर्दिष्ट है, तो 2/3 कटआउट बिंदु देने के लिए रेटेड लोड प्रतिरोध 2x ईएसआर बैटरी होना चाहिए।

इसलिए यदि आपका कटआउट 90% है (3V से 10% की गिरावट), तो आपको यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि कटआउट रेटेड वोल्टेज पर उस सेल के लिए ESR 9x ESR है और फिर आपके सबसे खराब स्थिति अस्थायी द्वारा व्युत्पन्न है।

यदि उस कटआउट बिंदु पर लोड कम हो जाता है, तो कोई कुछ विस्तारित समय को निस्तारण करने में सक्षम हो सकता है अन्यथा आपके ईएसआर को लोड करने से खो जाने के कारण ट्रांसमिशन के बीच का समय अंतराल बढ़ा सकता है।

एक बड़ा संधारित्र केवल एक संचरण के लिए मदद करता है लेकिन हर कुछ सेकंड @ 1% नहीं।

जो मैं देख रहा हूं, वह आपके ड्रॉपआउट सहिष्णुता और बैटरी जीवन की कल्पना पर निर्भर करता है, मुझे संदेह है कि आपको सीआर 2032 को न्यूनतम मानने की आवश्यकता है। http://www.gpbatteries.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=271&Itemid=686