DC-DC STEP-UP: PROGETTAZIONE PACCO BATTERIE
Volgarmente detto: elevatore di tensione
Piccolo circuito esterno o a bordo delle schede madri dei metal detector, atto a prendere la tensione delle batterie e ad elevarla per aumentarne le performance. Prendiamo d’esempio una delle più famose serie di metal detector in commercio ( che ora non c’è più) della Garrett…la serie ACE, di cui fanno parte il 150,250,ecc. Questa serie montava un dc dc step up al suo interno, che innalzava INDIFFERENTEMENTE la corrente delle batterie sia esse al Nichel Cadmio (es. Duracel, Energizer,ecc) da 1.5 Volt, sia che fossero ricaricabili al Nichel Metal da 1.2 Volt. Il totale delle prime è 6 Volt, il totale delle seconde è 4.8 Volt, in entrambi i casi, l’innalzatore montato al suo interno le levava fino a completa scarica (3 Volt totali) fino a 8 Volt! Quindi chiunque abbia buttato o sostituito le batterie quando sul display segnava 1 o addirittura 2 tacche, ha sbagliato di grosso…perché all’interno la scheda madre continuava a lavorare ugualmente a 8 Volt. C’è da fare comunque una considerazione: il garrett ace, può dare instabilità col passare del tempo, ma questo è dovuto a fattori diversi, batterie di scarsa qualità oppure il dc-dc step up che non lavora più correttamente (se avvicinate l’orecchio alla centralina accesa, sentirete un ronzio…) non ultimo, lo stagno usato per saldare i componenti di scarsissima qualità (vedasi problemi di visualizzazione sul display. Lo step up è montato anche su circuiti più piccoli di metal detector come le serie della Quest, Teknetiks, Fisher… discorso differente per i metal detector ucraini/russi come Fortune e Quasar che hanno il circuito non sulla scheda madre come i precedenti descritti, ma direttamente nella scatola del pacco batterie.
Il grosso problema dei circuiti step up è che maggiore sarà l’elevazione di tensione (Volt), maggiore sarà la diminuzione di corrente (Ampere)Facciamo un esempio a grandi linee considerando i dati tecnici veri di un datasheet:
· Tensione di ingresso: da 3 V a 32 V (Max.)
· Corrente di uscita: 2 A (max. 3 A – utilizzando una ventola per dissipare il calore)
· Tensione di uscita regolabile: da 5 V a 35 V
· Efficienza conversione: <94%
Pendiamo 4 batterie ricaricabili da 1.2 Volt a 3000 mAh, quindi in serie, mi daranno 4.8 Volt sempre a 3000 mAh, secondo i dati sopra riportati il dc dc può elevare la mia tensione dato che va da un minimo di 3 V, noi gliene stiamo dando 4.8 V. Con la corrente di uscita, ci siamo…dato che può sopperire 2A fino ad un max di 3A con dissipatore (con i prossimi esempi, vedrete come ne passeranno anche meno se non progettiamo tutto correttamente). Il dc dc lavora così…maggiore sarà la tensione, maggiore sarà la diminuzione della corrente, quindi perderemo Ampere…meno l’Efficienza di conversione!!
Quindi: decido di volere 9.6 Volt (il doppio della tensione delle mie batterie) il dc dc in entrata avrà 4.8 V a 3000mAh, in uscita avremo 9.6 V a 1500mAh (meno l’efficienza del 6% dato che lavora al 94% !!!)
La formula con 2 esempi:
- 4.8 Volt x 3 Ampere= 14.4 Watt
Voglio elevare del doppio la mia tensione, cioè a 9.6V:
14.4 Watt : 9.6 Volt= 1.5 Ampere (come vedete, elevando al 50% in più, perderò il 50% di corrente)
2. Altro esempio con pacco batterie da 10 Volt a 3000 mAh da elevare a 13 Volt:
10 Volt x 3 Ampere= 30 Watt
30 Watt : 13 Volt= 2.307 Ampere (elevando di 3 Volt perdo circa 700 mAh dalle batterie)
IN ENTRAMBI GLI ESEMPI NON HO SOTTRATTO IL 6% DAGLI AMPERE RIMANENTI (Fatelo…)
CONSIDERAZIONI:
se dovete creare un pacco batterie ad-hoc per il vostro metal, dovrete tenere conto che all’aumentare dei volt, caleranno gli ampere e soprattutto dai calcoli negli esempi, dovrete considerare l’efficienza del vostro step up! Negli esempi: va considerato al valore finale degli ampere rimanenti ancora una diminuzione del 6% !!! (dal data-sheet efficienza: 94% 😉 ) Quindi prendete in considerazione la progettazione partendo dal numero di batterie, a quanto volete elevare il voltaggio, alla qualità del dc dc step up…altrimenti vi troverete un pacco batterie leggerissimo ma che dura pochissime ore e con un metal detector che non spinge…
