Эффективное регулирование первичных ячеек для устройства IoT с длительным сроком службы

Я работаю над сенсорным устройством IoT с длительным сроком службы, которое, вероятно, проводит около 99,99% своей жизни во сне, просыпаясь каждые 15 минут, чтобы провести измерения и отправить данные. Я уверен, что это проблема, с которой сталкиваются многие люди по мере того, как IoT становится все более популярным.

Я выяснил несколько вещей для начала: Чтобы добиться долговечности, которую я требую от системы, ток в спящем режиме должен быть крошечным. В сочетании с этим первичный элемент должен быть элементом большой емкости с низким саморазрядом (например, литий-тионилхлоридная батарея 3,6 В).

Например, предположим, что текущие требования типичны для моего типичного беспроводного IoT-устройства и варьируются следующим образом в зависимости от режима работы в течение 15 минут:

  • Спящий режим: <10 мкА (99,99% времени)

  • Режим измерения: 0,5-10 мА (~ 10 с)

  • Режим передачи: до 50 мА (2-5 с)

В идеале я бы питал устройство прямо от элемента, но пара деталей, которые я использую, имеют максимальное входное напряжение 3,6 В, а несколько элементов LiSOCl2, которые я видел, будут работать при 3,7 В, прежде чем установится на свое номинальное напряжение. 3,6 В.

Я знаю, что напряжение ячейки может падать при более высокой нагрузке, поэтому, чтобы быть в безопасности, 3 В кажется разумным уровнем для работы, на который не влияет падение.

Как лучше всего эффективно регулировать первичную ячейку такого типа, чтобы обеспечить напряжение около 3 В? Регулятор также должен потреблять очень мало тока.

Есть много микроконтроллеров, которые значительно превосходят ваши характеристики. Существуют также микроконтроллеры, которые включают в себя радиочастотные/сетевые функции. Многие из них также имеют широкий диапазон входного напряжения, поэтому я не уверен, что ваш вопрос слишком специфичен — какой MCU вы имели в виду? Как правило, ваше приложение описывает то, что обычно делается с помощью LDO, но я действительно не думаю, что это вообще необходимо.
Какой срок службы батареи вы хотите? Если вам не нужен диапазон от 5 до 10 лет, вам, вероятно, не нужна ячейка LTC.
Является ли микроконтроллер, который спит / просыпается, толерантным к 3,7 В? Если это так, вы можете включить LDO с одним из его выходов для измерения/передачи, чтобы не тратить впустую ток смещения LDO, когда вам это не нужно. Ищите один с исчезающе малым отключенным током.
@Neil_UK, это отличная идея, я об этом не подумал. MCU (CC1310) может потреблять до 3,8 В, поэтому он должен работать. По эффективности LDO аналогичны понижающим преобразователям?
@RussellMcMahon Я стремлюсь к такой продолжительности жизни (> 7 лет), поэтому я выбрал ячейку LTC.
Нет, LDO сжигают избыточное напряжение в виде тепла и тратят немного тока смещения. Понижающие преобразователи тратят немного энергии, но могут выдавать больше тока, чем потребляют, если падение напряжения достаточно велико. Когда падает очень небольшое напряжение, LDO может быть таким же эффективным, как понижающий, и более простым. Вам все равно нужно будет изучить спецификации для почти нулевого тока отключения.
Я бегло просмотрел сайт Analog.com и увидел, что в их таблицу линейных регуляторов можно добавить параметр Is(shutdown) и отсортировать по нему. Полдюжины при <= 10 нА и более <= 100 нА, так что похоже, что они существуют.
Как далеко до приемника он должен общаться? Как долго вы надеетесь прожить? Это 7 лет?? Вы уже искали метод обратного рассеяния для связи?
@jonk, приемник будет менее чем в 20 метрах. Это жилое приложение, так что не намного дальше, чем дом среднего размера. И да, 7+ лет является целью. Только что изучил обратное рассеяние Ambient. Выглядит очень круто, но, возможно, слишком неразвито/ограничено для этого проекта.
@Датчики Хорошо. Похоже, вы столкнулись с батареей, способной обеспечить около 400 кДж или лучше за ваш период времени. Даже беглый взгляд показывает, что D-ячейка упомянутой вами технологии обеспечивает вдвое меньше. Однако я не смотрел на саморазряд, но это только усугубляет ситуацию. Твой передатчик - большая проблема, поэтому я предложил другую идею. Однако его дальность значительно меньше 20 м. Я бы порекомендовал сосредоточиться на этой части и избавиться от этой потребности. Проблема не в регуляторе.
@jonk, я ценю это предложение, это, безусловно, крутая технология, и я буду следить за ней. Цифры, которые я привел, были очень расплывчатыми и специально обобщены для устройства IoT, чтобы сделать вопрос более полезным для более широкого сообщества. Я просто пришел сюда, чтобы получить совет о том, как наиболее эффективно регулировать первичную ячейку LTC для «типичного» приложения IoT, что, я уверен, многие другие пытались или попытаются сделать. Мое фактическое приложение имеет средний ток около 70-100 мкА.
@ Датчики В сочетании со сбором энергии и причудливыми гибридными аккумуляторно-конденсаторными устройствами (ни батареей, ни конденсатором, а действительно интересным гибридом) обратное рассеяние окружающей среды может быть полностью и постоянно автономным. Вы можете закопать их в керамическую плитку, сделать из них пол и больше не волноваться. (Необходим «перевод», который улавливает близлежащие коммуникаторы обратного рассеяния и переводит их в Wi-Fi или что-то еще. Но это может сделать только один.)

Ответы (1)

Хорошо, вы беспокоитесь о перенапряжении.

Я никогда не проектировал то, что делаете вы, но хотел обратить ваше внимание на то, о чем вы могли забыть: на температуру. Температура — это то, что имеет тенденцию вести себя так, как будто ее другое имя — Мерфи.

Я ничего не знаю о тионилхлориде лития, поэтому я погуглил, щелкнул первую ссылку, затем щелкнул случайную таблицу данных для случайной ячейки...

И, как известно, напряжение холостого хода растет с температурой с угрожающей скоростью.

Будут ли ваши вещи подвергаться воздействию прямых солнечных лучей?...

Я бы посоветовал использовать сильноточный CMOS микромощный LDO.

Высокий ток, потому что вы хотите, чтобы проходное устройство было огромным, поэтому его падение напряжения под нагрузкой было крошечным.

КМОП и микромощность, потому что ток холостого хода вам не друг.

Эффективное регулирование первичных ячеек для устройства IoT с длительным сроком службы
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v