Какую настройку регулятора/батареи следует использовать для 5-вольтового микроконтроллера и схемы передатчика для достижения оптимальной производительности?

У меня есть проект, в котором используются микроконтроллеры и радиопередатчик, оба работают на 5 В. Схема потребляет менее 1 мА от шины 5 В в режиме ожидания и 1 А при передаче данных с помощью радиопередатчика. Фазы передачи случаются нечасто, так как большую часть времени устройство проводит в режиме ожидания, обычно передавая только один раз в 24 часа в течение нескольких секунд (максимум 20 секунд).

Сейчас я разрабатываю батарейный вход для схемы и не могу решить, использовать ли аккумуляторы на 11 В (LiPo) с импульсными стабилизаторами или вместо них LiFe батареи, где я могу получить небольшую разницу регулирующего напряжения между входом и выходом для регулятора ( выход от 6 до 7 В) и используйте линейный регулятор с этими батареями более низкого напряжения.

Какая из этих установок дает более эффективные результаты для схем регулирования при таком использовании?

  • импульсный стабилизатор с входом 11 В, понижающий напряжение до 5 В; или

  • линейный стабилизатор при (в основном) малом токе и максимальном падении напряжения на нем 2 В?

Одним из основных интересов, помимо времени автономной работы, является простота большинства линейных стабилизаторов по сравнению с импульсными стабилизаторами, что сокращает время, затрачиваемое на проектирование продукта, и экономит место на плате. Импульсные регуляторы также могут вызывать некоторое излучение, которое может мешать другим схемам, и они также более дороги.

Какой микроконтроллер? Одной из привлекательных особенностей серии AVR является то, что они могут работать напрямую от нерегулируемого выхода LiPo «3,7 В».
@chrylis В настоящее время мы используем микроконтроллеры pic, и они также будут работать с этим напряжением, но для схемы передатчика требуется 5 вольт.

Ответы (4)

Интересный вопрос, потому что я вижу ответ в любом случае, в зависимости от обстоятельств окружающей среды.

Некоторые аспекты дизайна, которые могут быть не очевидны сразу...

1) Коммутаторы, как известно, плохо справляются с крошечной частью своей нагрузки - они могут потреблять несколько мА внутри, или они могут потерять стабилизацию и подавать 7 В ниже некоторого значения, скажем, 1% от номинальной нагрузки (10 мА в вашем случае) без особого внимания к конструкции. .

2) Одним из ответов может быть линейный регулятор во время сна (даже от 11 В, но нет ничего плохого в 2S Li-Ion - номинально 7,4 В, максимум 8,4 В), и MPU должен разбудить коммутатор перед передачей. Если линейный регулятор обеспечивает только несколько мА, вы, вероятно, можете найти SOT-23 для выполнения этой работы или SOIC-8 в самом большом размере, поэтому я не думаю, что размер является проблемой.

3) Линейному регулятору на 1А потребуется радиатор даже на 20 секунд... если есть удобный кусок металла, используйте его. Линейный может быть более надежным из-за своей простоты. Но что произойдет, если TX застрянет во включенном состоянии? Разрядить аккумулятор - это одно, а уничтожить оборудование - совсем другое... .

4) Лично я бы не стал менять аккумуляторную технологию просто для настройки напряжения питания. Если вам нужна меньшая пожароопасность, большее количество циклов зарядки/разрядки или какие-то характеристики LiFePO4, это причина их использования — в противном случае придерживайтесь обычных аккумуляторов из соображений экономии и упрощения обслуживания. .

Да, я определенно заметил низкое потребление энергии при использовании понижающих преобразователей для регулирования входа микроконтроллеров. Они могут легко потреблять больше энергии, чем сам микроконтроллер.
Я думаю, что я протестирую некоторые настройки линейного регулятора и попробую использовать двойной регулятор, чтобы увидеть разницу между эффективностью и, если разница достаточно велика, стоит дополнительный регулятор. В противном случае я пытаюсь использовать линейный регулятор, чтобы все было просто.

Я полагаю, что наиболее эффективным решением для вас будет использование регулятора малой мощности для вашего микроконтроллера и позволить микроконтроллеру активировать понижающий регулятор для подачи питания на радиопередатчик. Это будет означать, что в режиме ожидания аккумулятор разряжает только ток потребления регулятора малой мощности.

Конечно, это означает дополнительную линию ввода-вывода для «включения» более высокого регулятора мощности И некоторый короткий период «ожидания», пока радиостанция становится «готовой» для передачи данных от микроконтроллера.

Проблема с НЕ включением/отключением регулятора более высокой мощности (питания радио) заключается в том, что его потребление тока в состоянии покоя может составлять сотни микроампер или даже несколько миллиампер, и это, безусловно, разрядит батарею.

Использование двух регуляторов слишком усложнило бы конструкцию, а также потребовало бы дополнительного места на плате. В этом проекте у нас также есть некоторые ограничения по размеру.
Ну, крошечный линейный регулятор, который питает микро, будет... крошечным, конечно, потому что ток микро будет намного меньше, чем регулятор, необходимый для радио. Вы просили «оптимальную производительность», «жизнь батареи» и «эффективные результаты»!
Что ж, в конце концов, это может быть хорошим дизайном, я уже экспериментировал с одним понижающим преобразователем TI, который имеет контакт «включения», который включает чип при низком уровне (идеально подходит для использования с одним из контактов ввода-вывода с открытым коллектором на контроллере) .
Вы можете легко получить регулятор SOT-23 для микро, если ему нужен только миллиампер.
У меня нет представителя, чтобы сделать такое небольшое редактирование, но «микроконтроллер» в первом предложении должен быть «микроконтроллер» с дополнительной буквой «р». Что касается меня, не стесняйтесь помечать это как устаревшее после внесения изменений.
@MichaelKjörling - спасибо, я включу это в свой список исправлений!
Регулятор для микроконтроллера скорее всего не нужен. Просто запустите его сразу от батареи и активируйте преобразователь только при работающем радио.
@chrylis знаете ли вы о микроконтроллере, способном работать от 11 вольт, и если он есть, каковы шансы, что парень, задающий вопрос, использует его?
@Andyaka В предыдущем комментарии, на который он ответил, я отметил, что отдельные версии 3.7 могут быть более подходящими.

Посмотрите даташиты. Это действительно должно было быть очевидно.

В паспортах линейных регуляторов указан ток покоя. В технических описаниях понижающих стабилизаторов будет указан ток покоя и даны некоторые рекомендации по вероятной эффективности. Из них вы можете определить общую эффективность и среднюю потребляемую мощность от батареи.

Вы также должны сделать некоторые основные математические операции. Одна очевидная вещь, которую нужно определить, заключается в том, является ли ваша самая большая проблема случайной, но мощной радиочастотной передачей, или постоянным, но низким током холостого хода. В 24 часах 86 400 секунд. (1 А)(20 с)/(86 400 с) = 230 мкА. Это среднее потребление тока из-за радиопередачи. Это означает, что ток холостого хода 1 мА превышает общий ток более чем в 4 раза.

Нет ничего лучше, чем рассмотреть несколько возможных альтернатив и вычислить, какая из них более оптимальна. Тем не менее, моя догадка - это переключатель с хорошими холостыми характеристиками. Это будет что-то, что имеет возможность переключения PWM/PFM. Другими словами, он не просто изменяет длину импульсов переключения на фиксированной частоте, но и при малой мощности увеличивает время между импульсами.

Думая, что «средний ток» имеет смысл использовать настройку линейного регулятора. Придется порыться в даташитах регулятора.
Другой идеей может быть гистерезисный понижающий преобразователь с постоянным временем включения — он дает вам хорошие характеристики холостого хода «бесплатно» наряду с невероятно быстрой переходной характеристикой нагрузки.
@Three: Да, практически любая схема импульса по требованию будет иметь хорошие характеристики малой мощности. Ваше «постоянное время» — это в основном режим PFM. Хотя я не вижу необходимости в гистерезисе. Преимущество чипа PWM/PFM заключается в том, что когда требуется большая мощность, он переходит на высокую скорость переключения, но вместо этого имеет возможность изменять ширину импульса. Это лучше для эффективности и других характеристик на стороне высокой мощности. Есть чипы, которые все это делают. Все, что вам нужно сделать, это подключить индуктор и несколько других деталей.

При входном напряжении 7 В и на выходе 5 В линейный регулятор должен будет сбросить 2 В, таким образом достигнув эффективности около 62%, независимо от нагрузки.

Импульсные стабилизаторы имеют очень хороший КПД (>90%) при высоких нагрузках, но будут очень плохими при более низких нагрузках. Вам придется искать в таблицах данных реальные числа, но при небольшой нагрузке они могут легко упасть ниже 50%. Их токи покоя часто также довольно высоки. Есть несколько хороших импульсных стабилизаторов, вы можете найти тот, который идеально соответствует вашим требованиям.

Какую настройку регулятора/батареи следует использовать для 5-вольтового микроконтроллера и схемы передатчика для достижения оптимальной производительности?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v