Батарейки. Зачем использовать 9V?

Учитывая все доступные сегодня технологии и возможность эффективно повышать напряжение с помощью SMPS, почему мы до сих пор используем батареи 9 В? Есть ли у них какое-то секретное преимущество, о котором я не знаю?

Если вы посмотрите на размер, 9 В просто большой и громоздкий, и я разработал проекты, в которых я могу использовать батареи 2xAA и повысить напряжение, что даст мне более длительный срок службы батареи, чем 9 В. И это занимает столько же места.

Многие схемы сегодня также нуждаются в регулировании, и самый простой способ сделать это с 9В - это линейный регулятор (обычно примерно до 5В), и я знаю, что это не так для каждой конструкции, но именно здесь расходуется энергия, и опять же, повышение напряжения от 1 или 2 батареек типа АА, вероятно, продлит срок годности вашего продукта.

Я видел сравнение между батареей 9 В и некоторыми батареями типа АА, где кто-то нашел доступную энергию и получил следующие данные: ПРИМЕЧАНИЕ. Эти результаты получены для щелочных батарей Energizer.

Итак, со всеми этими данными, почему батареи 9 В до сих пор используются в проектах? Есть ли приложения, в которых было бы выгодно их использовать? Или, как правило, лучше выбрать решение AA или AAA?

Были случаи, когда я рассматривал возможность использования батареи 9 В для некоторых своих проектов, но после выполнения моих расчетов всегда кажется, что они не выдерживают так же хорошо, как другие, поэтому я что-то упустил?

Для справки, технические характеристики сравниваемых батарей здесь: AA 9V

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я не намерен, чтобы это был вопрос, основанный на мнении, скорее, я намеревался спросить с практической точки зрения, есть ли преимущества выбора 9 В по сравнению с любым другим решением (например, с использованием батарей типа АА) , Просто хотел прояснить это!

Во-первых, АА - это не батарея ... это клетка. Батарея - это «батарея» элементов, то есть более одного элемента. Аккумулятор 9В содержит шесть 1,5В элементов. Разорви один на части и посмотри.

Что касается того, почему мы все еще используем батареи 9 В, то это действительно вопрос дизайна. Хорошая вещь о батареях на 9 В в том, что они дают вам достаточно широкий диапазон рабочего напряжения в течение всего срока их службы, не будучи чрезмерно высоким напряжением. Они также поставляются в действительно хорошей компактной упаковке, которая имеет довольно удобный клип.

Я ни в коем случае не рекомендую использовать один с линейным регулятором для генерации 5 В, хотя, если текущее требование для этого 5 В не очень мало. Лучше проектировать свою схему, используя компоненты, которые будут работать на 9V напрямую.

Это также действительно зависит от характера вашего виджета. Если у вас есть датчики или преобразователи, которым требуется более высокое напряжение, и они работают от батареи, проще и, как правило, дешевле использовать батарею 9 В.

Также необходимо учитывать последствия повышения более низкого напряжения. Таким образом, вы создадите много новых проблем, не последним из которых является электромагнитный шум, который вы будете добавлять и с которым нужно иметь дело. Эффективность также является проблемой.

Но, в конце концов, есть много поводов для принятия решения, так что этот вопрос действительно входит в ряды мнений.

Батарея 400 мАч 9 В будет работать в течение года с потреблением тока 40 мкА.

Теперь рассмотрим детектор дыма. Это аналоговая схема с низким энергопотреблением, которая, скорее всего, потребляет менее 40 мкА, как показано выше. Если вы хотите питать его от повышающего преобразователя и AA, то вам нужен преобразователь с очень низким током холостого хода.

Но ... когда есть огонь, теперь вам нужно совсем немного энергии и достаточно вольт, чтобы управлять пьезоаккумулятором. Этим нужно напряжение. 9 В громче, чем 3 В.

Таким образом, ваш преобразователь постоянного тока с очень низким током холостого хода также должен при необходимости выводить большой ток.

Вы также должны быть в состоянии точно измерить состояние заряда на АА.

Все это будет стоить больше, чем разница между 9В и 2АА. И помните, что покупатель заменяет аккумулятор, а не производитель!

Повышающие цепи имеют ток покоя; некоторая энергия тратится впустую, просто имея повышающий преобразователь. Они также становятся очень неэффективными при низких рабочих циклах.

Поэтому, если у вас есть схема, которая обычно потребляет очень маленький ток, но иногда требуется больше, трудно справиться с этим с помощью одного повышающего преобразователя.

Основными пользователями батарей на 9 В являются такие вещи, как дымовая пожарная сигнализация и мультиметры, которые точно соответствуют этому случаю использования: слабый ток в течение некоторого времени или почти все время. Если вы ожидаете, что срок службы батареи будет меньше, чем, скажем, 3 года с батареей 9 В, то это может быть плохой выбор.

Вы можете видеть это в том, что почти все, что имеет радио - игрушки, пульты дистанционного управления и т. Д. - будет использовать либо несколько АА, либо перезаряжаемый Li.

Повышающие конвертеры тоже не бесплатны, они стоят частей и места.

(Конструкция, которая позволяет дешевым настенным часам работать от одной батареи АА, довольно аккуратна, и я хотел бы увидеть хороший реверс-инжиниринг этого.)

Мой мультиметр использует батарею 9 В и, возможно, потребляет около 10 мА для работы. Это очень точно.

Если он питается от батареи 3 В, средний ток составит 40 мА с КПД 75%. Однако импульсный ток должен повышаться на 80 мА через индуктор. По сути, след, провод батареи и индуктор теперь действуют как антенна, испускающая энергию для моих чувствительных компонентов внутри моего мультиметра.

Тогда мои показания будут расти, и я буду ругаться и клянусь, что куплю счетчик на 2 АА.

Раньше у меня был старый программируемый калькулятор, работающий от батареи типа АА. Раздражает то, что он легко перезагрузится, если вы его встряхнете. Этого никогда не случится с моим мультиметром, работающим от батареи 9 В.

Кроме того, электроника, которой требуется около 5 В, обычно питается от батарей 3xAA, а не от 9 В. Наличие нескольких дополнительных вольт действительно упрощает многие конструкции, особенно с более старыми операционными усилителями, которые не могли обеспечить рельсовую передачу. В настоящее время это не проблема, когда большинство деталей имеют версию 3.3В.

Например, батарейки PP3 подходят для многих метровых чипов. Во многих случаях общая энергия на доллар может быть не так уж важна - если батарея работает в течение года или трех, это достаточно хорошо, и они могут сэкономить немного денег с помощью схем. Другим примером может служить резервная батарея - срок ее хранения важнее плотности энергии.

Вы часто будете видеть используемые кнопочные элементы, которые удерживают еще меньше энергии и могут быть невероятно дорогими (или довольно дешевыми) в приложениях, где общая энергия, потребляемая в течение разумного срока службы батареи, не так высока. Там, где требуется больше энергии, перезаряжаемые литий-ионные элементы встречаются чаще.

Я не думаю, что во многих новых приложениях, даже в потребительских товарах, используются батареи на 9 В, но на десятилетия вперед появятся более старые устройства (и старые конструкции).

Когда вы пытаетесь спроектировать оборудование с очень низким уровнем шума, тихий линейный регулятор на 9-вольтовой батарее побьет практически любой преобразователь постоянного тока, который неизменно будет иметь некоторый шум переключения (либо на выходе, либо на выходе). Это, безусловно, было эмпирическим правилом в нашем отделе астрофизики (по общему признанию, это старый аргумент, который мог быть опровергнут реальностью).

Другие отмечали преимущество (с точки зрения тока в режиме ожидания) использования 9 В в системе с низким потреблением энергии, но с требованием длительного срока службы батареи / высокой мгновенной мощности (например, пожарная сигнализация). Но вы правы - если основным критерием является плотность мощности, старый PP9 - не лучший выбор. И именно поэтому вы не видите их на многих фонариках, например.

Соображения относительно выбора батареи могут включать склонность к утечке, поддержку продукта, максимальный текущий спрос и вопросы утилизации.

• Утечка элементов АА. В электронном оборудовании утечка батареи может быть большой проблемой, если в держатель батареи не включены специальные конструктивные особенности, чтобы избежать коррозии. Увы, золотые контакты стоят дорого. Я не знаю, может ли 9-вольтовая батарея более или менее протечь, но если вы сможете это выяснить, это может повлиять на ваше решение о выборе оборудования, которое должно оставаться без присмотра в течение многих лет. У меня есть снаряжение, разбитое щелочами Duracell AA.
• Поддерживаемость: Возможно, когда-нибудь в будущем 9-вольтовые батареи станут такими же доступными, как Kodachrome сегодня. В этом случае любое оборудование может потребовать замены. Это может быть маркетинг, а не инженерное решение: вашим специалистам по маркетингу может понравиться идея, что продукт станет бесполезным через несколько лет и его необходимо заменить.
• Максимальный текущий спрос: максимальный ток и мощность регулируются Thevenin и Norton. Аккумулятор работает так, как если бы он был идеальным источником напряжения, включенным последовательно с резистором. Напряжение и сопротивление варьируются в зависимости от внутреннего состояния батареи. И максимальная доступная мощность достигается при токе нагрузки, который падает на половину напряжения батареи через это внутреннее сопротивление. В зависимости от пиковой потребляемой мощности может потребоваться некоторая лабораторная работа для выбора оптимальной батареи для вашего приложения.
• Проблемы с утилизацией: по экологическим причинам, конечно, только за $, я предпочитаю перерабатывать свои AA Duracells с помощью неортодоксальных способов их подзарядки и повторного использования. Я обнаружил, что перезаряженный AA Duracell возвращается к полному напряжению, но имеет более высокое внутреннее сопротивление, которое не позволяет моему радио воспроизводить звук на максимальной громкости. Перезаряженные клетки также имеют более короткий срок службы. Но я получаю гораздо больше часов игры на более низкой громкости. С 9-вольтовой батареей у вас может быть только один мертвый элемент из шести, поэтому перезарядка для восстановления одного может ухудшить остальные пять из-за перезарядки. Некоторые лабораторные эксперименты потребуются, чтобы определить лучший путь. И каким бы ни был результат ваших экспериментов, смена поставщика батареи или производственного процесса поставщика может сделать ваши результаты недействительными.

Удачи. В разработке их может не быть правильным или неправильным ответом. Большинство решений - это компромисс между конкурирующими вопросами.

Пара моментов, не затронутых в других ответах:

Ваше сравнение веса справедливо, но я думаю, что прямое сравнение объема и объема несправедливо, потому что обычно при упаковке круглых объектов теряется некоторое пространство. Пространство, занимаемое кубоидом, содержащим ячейку АА, составляет около 10,5 см3. Умножьте это на PI / 4, чтобы получить объем цилиндра, и мы приблизимся к 8,1 см3 в вашем столе.

С батареей PP3 9В вы платите за то, чтобы в удобной упаковке поставлялось 6 крошечных 1,5В элементов (меньше, чем ААА). Именно эта «ненужная» упаковка добавляет дополнительный вес и объем. Области применения, в которых используются эти батареи, достаточно малы, поэтому стоимость такой упаковки зачастую не имеет значения.

Если производитель оборудования (который обычно продает свои товары «батарея не входит в комплект») выбирает между использованием 2xAA элементов плюс преобразователь напряжения или 1xPP3, он должен учитывать не только дополнительные расходы на преобразователь, но и разъем батареи. Аккумуляторы PP3 имеют очень аккуратный разъем на полке, который крепится на одном конце, в то время как отдельным элементам необходим надлежащий держатель аккумулятора, встроенный в изделие, чтобы захватить аккумулятор с обоих концов. Учитывая, что потребитель редко учитывает стоимость батарей при покупке оборудования, это дает производителю две причины перейти на PP3.

Регуляторы повышения (и инженеры, чтобы проектировать их) не всегда были дешевыми или маленькими. Следовательно, на рынке имеется множество оборудования, которое использует либо нерегулируемую шину 9 В, либо линейный регулятор. Пожарная сигнализация и мультиметры - это пара примеров - перепроектирование обойдется в деньги и не приведет к существенному снижению стоимости спецификации или увеличению рыночных функциональных возможностей.

(Теперь, дымовая сигнализация, которая заряжала суперконденсатор, используя альфа-излучение от источника и никогда не нуждалась в замене батареи, имела бы рыночное преимущество - не уверенный, позволяют ли законы физики ...)