DC Switching Boost Regulator bei geringer Last - Energieeinsparung

Ich bin neu im DC-DC-Schalt-Boost-Regler. In meiner Anwendung benötige ich einen geregelten 3,3-V-Ausgang von 2 (1,5 V) einzelnen Alkalibatterien. Ich habe eine leichte Last, die die meiste Zeit nur etwa 0,5 mA benötigt, und je nach Benutzeraktivität wird zeitweise Strom zu einem Modul geschaltet (mit einem Lastschalter), was etwa 75 mA für etwa 250 ms benötigt.

In meinem experimentellen Aufbau habe ich TPS61201 / TPS63001 von Texas Instruments verwendet, das über einen Stromspar-Pin verfügt, um den Stromverbrauch bei geringer Last zu reduzieren.

Mein Ziel ist es hier, die Batterielebensdauer so weit wie möglich zu erhöhen und den Regler von 3 V der Alkalibatterien auf etwa 1,6 V herunter zu verwenden.

Was ich zu verstehen versuche ist folgendes:

  1. Kann ich den Energiesparmodus in meiner Anwendung mit solchen DC-Reglern jederzeit aktiviert lassen, um den Induktorstrom zu minimieren und die Batterielebensdauer zu verlängern?
  2. Welchen Leistungsunterschied hätte es, wenn der Energiesparmodus die ganze Zeit aktiviert oder deaktiviert wäre?
  3. Würde der Regler bei aktiviertem Energiesparmodus mit einer Spannung von nur 1,6 V oder weniger starten?

Im Moment evaluiere ich verschiedene DC-Aufwärtsregler und ihre Kennlinien für den besten Wirkungsgrad in meiner Anwendung, aber Ihr Beitrag würde mir helfen, mein Verständnis über den Energiesparmodus solcher DC-Regler und die Verlängerung der Batterielebensdauer für leichte Lasten für die meisten zu verdeutlichen die Nutzungsdauer.

Wenn Ihr Ziel darin besteht, „die Akkulaufzeit so weit wie möglich zu verlängern“, dann steckt in Ihrer Frage viel mehr, als Sie geschrieben haben. Ich nehme an, du verwendest ein Mikro. Welcher? (Dies [und Eingangs- und Ausgangswandler] ist wahrscheinlich der größte zu berücksichtigende Einzelfaktor.) Außerdem, wie wird das Gerät aktiviert (eingeschaltet?). Die Methodik spielt hier eine große Rolle in Bezug auf die Ruheleistung, wenn sie inaktiv ist. Außerdem haben alle Boost-Geräte eine Mindestlast für den Betrieb. Die Antworten auf die obigen Fragen wirken sich auch auf die Wahl der Boost-Topologie aus.
PIC-Mikro. Der DC-Aufwärtswandler bleibt von der Batterie getrennt, wenn er nicht mit einem Durchgangstransistor verwendet wird. PIC überträgt einige Daten mit anderen Modulen und geht dann schlafen. Die anderen Module gehen ebenfalls schlafen. Im Schlaf sehe ich, dass etwa 0,5 mA aus der Eingangsstromversorgung (oder den Batterien) gezogen werden. Wenn alles während der Datenübertragung für etwa 250 ms wach ist, werden ~75 mA verbraucht. Benötige ich in diesem Fall eine Dummy-Last für Mindestlastanforderungen? Das wäre die Verschwendung von Batterieleistung mit einer Dummy-Last.
diese 0,5 mA bei aktiviertem Energiesparmodus. Wenn ich den Energiesparmodus des DC-Reglers deaktiviere, steigt der Stromverbrauch erheblich an Modus deaktiviert..
Ich schlage keineswegs vor, dass Sie Ihre gesamte Toolchain ändern, aber die PICs (und ich liebe Microchip als Geschäftspartner, wie Ihnen jeder sagen wird) – selbst die Nanowatt-Variante – kommen nicht einmal annähernd an einen MSP430 heran lange Akkulaufzeit. Wenn Sie sich die Zeit ansehen, die es dauert, um auf einem PIC „auf Touren zu kommen“, war der MSP430 bereits da und hat dies getan und ist bereits wieder eingeschlafen. Sie haben jedoch 75 mA * 250 mS * Vcc oder ungefähr 50 mJ pro Ereignis. Wie lange schläfst du zwischen den Ereignissen?
Um Ihre direkte Frage zu beantworten: Ja, laut Literatur laufen diese speziellen Regler effizienter, wenn Sie sie im PS-Modus ausführen. Der gewonnene Wirkungsgrad hängt davon ab, wie klein der Laststrom ist. Es ist alles in diesen Hunderten von Grafiken, die sie Ihnen geben. Wie @jonk hervorhebt, macht es jedoch keinen Sinn, das letzte Perzentil der Effizienz aus dem Regler herauszupressen, wenn Ihr Hauptladungsverlust woanders liegt. Sie müssen beide optimieren.
es wäre eine Variable, aber etwa 10 Sekunden Schlaf zwischen Ereignissen für eine Einschaltdauer von etwa 45 Sekunden; dann 30 Sekunden Batterietrennung vom DC-Regler; dann event gefolgt von 10 sec sleep..
@Trevor, es sieht so aus, als ob der DC-Regler selbst viel Saft braucht - ich sage, dass das System, wenn ich es im PS-aktivierten Modus verwende, nur etwa 0,5 mA zieht, wenn das Mikro und alle anderen schlafen. Aber im deaktivierten PS-Modus steigt der Stromverbrauch stark an. Meine Hauptsorge ist, kann ich den PS-Modus die ganze Zeit aktiviert lassen? Würde es im aktivierten PS-Modus bis zu etwa 1,4 V funktionieren?
Hmm. Also habe ich die in Ihrer Frage erwähnten 250 ms falsch verstanden? Stattdessen machst du wirklich 45 s aktive Dauer bei 75 mA? Mit nur 10 s Schlafzeiten und, da bin ich etwas verwirrt, 30 s Batterieabschaltung? Können Sie den Grund für diese drei Phasen erklären und beschreiben? (Ich kann davon ausgehen, dass die aktive Phase etwas Wichtiges tut , aber warum gibt es zwei andere Phasen und nicht nur eine andere Phase? Warum nicht einfach schlafen? Oder warum nicht einfach die ganze Zeit die Batterie abklemmen?)
Das Ereignis würde nur etwa 250 mS bei ~ 75 mA betragen. Das System bleibt etwa 45 Sekunden lang eingeschaltet, mit einem Arbeitszyklus von 10 Sekunden Ruhezustand bei 0,5 mA, wenn der PS-Modus aktiviert ist – 250 ms Ereignis bei 75 mA. Dann wird die Batterie für etwa 30 Sekunden vollständig getrennt, bevor der Zyklus wiederholt wird.
Die Hardware, die ich entwickelt habe, hält die Batterie angeschlossen, solange der Benutzer das System verwendet - ~ 45 Sekunden (was geändert werden kann, aber in diesem Stadium meines Projekts würde ich es vorziehen, dies nicht zu tun). Um den Stromverbrauch gering zu halten, schlafe ich zwischen den Veranstaltungen. Dann würde der Benutzer für etwa 30 Sekunden aufhören, das System zu benutzen, dann wird die Batterie vollständig getrennt.
Jetzt fangen wir endlich an, uns ein umfassenderes Bild zu machen. Ich möchte vorschlagen, dass Sie das nächste Mal, wenn Sie hier eine Frage stellen, darüber nachdenken, all dies sofort vollständig offenzulegen. Dinge in die Länge zu ziehen, Stück für Stück, ist für Sie zeitaufwändig und auch eine Verschwendung der Zeit und Energie aller anderen. Aber zumindest habe ich jetzt eine ungefähre Vorstellung von der Situation.
Ja, wenn Sie sich die Effizienzdiagramme ansehen, fällt es bei kleinen mA stark ab
@jonk, danke.. Ich werde versuchen, zunächst mehr Details aufzunehmen.. @Trevor, ja, bei diesem hier sinkt die Effizienz bei geringem Strom erheblich, aber es ist besser, wenn der PS-Modus aktiviert ist. Aber wie ich bereits gefragt habe, kann ich es die ganze Zeit aktiviert lassen und würde der Regler bei aktiviertem PS bei niedrigerer Spannung starten? Ich versuche auch, bessere Alternativen zu finden, aber falls ich diesen oder einen ähnlichen verwenden muss, geben Sie mir bitte einen Hinweis zu diesem PS-Modus für meine Anwendung. Lassen Sie mich wissen, wenn ich dies weiter erläutern muss.
@ user101095 Warum verbrauchen Sie überhaupt Strom zwischen aktiven Perioden? Mit anderen Worten, gibt es während des Schlafens etwas Wichtiges, bei dem Sie zu diesen Zeiten den Akku angeschlossen haben müssen? Oder wäre es genauso gut, wenn ich eine Methode vorschlagen könnte, bei der die einzige Zeit, in der überhaupt Strom verbraucht wird, während der aktiven Zeiten ist und bei der das System eine Art mysteriöse Magie anwenden kann, so dass, wenn diese Dienste benötigt werden, " magisch da" und läuft für diese kurze 1/4 Sekunde?
@jonk, ich verstehe, was Sie vorschlagen. Es ist nur so, dass ich zu diesem Zeitpunkt die Hardware und Software gemäß diesem Ansatz entworfen und getestet habe und aufgrund des Zeitdrucks in dieser Phase des Entwurfs das Richtige auswählen müsste DC-Boost-Regler und mit der Layoutphase fortfahren ...
Warum nicht zwei Aufwärtswandler anstelle von einem verwenden? Verwenden Sie einen, um die MCU mit Strom zu versorgen, und einen anderen, um die intermittierende Last mit Strom zu versorgen. Optimieren Sie jeden der Aufwärtswandler für die richtige Last

Antworten (1)

Ich denke, ich werde nur den Kommentar zusammenfassen. Ich erwarte nicht, dass dies eine Antwort ist, sondern nur das, was ich aus der Diskussion sehe.

Ich stelle mir so etwas wie das folgende Bild vor.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt einige Spitzen im erforderlichen Strom, die andauern 250 MS . Der erforderliche Strom liegt bei ca 75 mA und fällt dann für ungefähr auf ein anderes Stromniveau (Schlafen) zurück 10 S , obwohl dieser Zeitraum variabel ist. Jeden 45 S , die Batterie wird entfernt (überhaupt keine Ahnung, warum - für mich ist das alles nur Magie) für ungefähr 30 S . Die Gesamtzykluszeit ist also 75 S .

Ziel ist es, die durchschnittliche Leistung zu minimieren, um die Lebensdauer eines Batteriesystems vor dem Austausch zu maximieren.

Aus dem oben Gesagten würde ich auch folgendes vermuten:

  • Während das System schläft, werden keine Dienste bereitgestellt. Es wäre also noch besser, wenn zwischendurch kein Strom verbraucht würde. Mit anderen Worten, die einzigen nützlichen Perioden sind diejenigen, die gelegentlich sind und verbrauchen 75 mA für 250 MS .

Aufgrund der Dauer der aktiven Periode 250 MS , ich denke, es ist in Ordnung, die Idee der Verwendung einer PIC-MCU fortzusetzen. Die Beschwerde, die ich ansonsten haben könnte, wenn der Zeitraum viel kürzer wäre, wäre, dass es eine Weile dauert, bis eine PIC-MCU aus einem "kalten" Schlaf gestartet wird - der Oszillator braucht nur Zeit, um auf Touren zu kommen. Auf der anderen Seite kann ein MSP430 in etwa auf volle Geschwindigkeit feuern 1 μ S . Aber angesichts der Dauer verschwinden die MSP430-Vorteile meistens. Das macht mich mit dem PIC-MCU-Ansatz hier recht vertraut.

Wie ich Dinge sammle, brauchst du ungefähr 20 MC kostenlos während des aktiven Zeitraums. Die PIC-MCU hat eine Reihe von Spannungen, über die sie arbeitet, und ähnliche Dinge können über alles andere gesagt werden, was angeschlossen ist. Nehmen wir an, die Zulagen, die Sie akzeptieren können, betragen nicht mehr als 200 mV während der Aktivzeit. Wenn man die Beiträge der Batterie ignoriert und die gesamte Last auf einen Kondensator legt, bedeutet dies einen Kondensatorwert von 100 mF . Mit einem Niederspannungstyp muss es nicht so teuer oder groß sein. Und dies setzt voraus, dass die Batterie selbst während dieser Zeit keinen Beitrag leisten kann (was sie wahrscheinlich kann.)

Der durchschnittlich benötigte Strom ist kleiner als 2 mA , angesichts Ihrer Aussage von ca 10 S zwischen Aktivierungsereignissen. Dies kann durch so etwas wie eine CR2032-Lithiumbatterie (die nicht für hohe Ströme bekannt ist) bereitgestellt werden. Vielleicht würde die Schaltung eines Kondensators parallel zu einer solchen Batterie, natürlich mit einem Strombegrenzungswiderstand, die notwendige Stromversorgung ohne die liefern Bedarf, Kosten, Komplexität und/oder Ruheverluste eines Spannungsreglers.

Natürlich haben Sie andere Themen zu bewältigen und ich habe nur eine sehr enge röhrenartige Perspektive auf Ihr Projekt. Aber was Sie bisher geschrieben haben, führt mich zu dieser Art der Überlegung als alternativen Weg.

Der Ansatz, den Sie in Betracht ziehen möchten, besteht darin, einen Kondensator als Reservespeicher zu verwenden, der Schaltung eine Strombegrenzungsanordnung hinzuzufügen, damit die CR2032-Batterie beim ersten Laden des Kondensators nicht hart getroffen wird, und nur geh damit. Die PIC-MCU kann bei relativ geringer Auslastung in einen anständigen Ruhezustand übergehen. Ende der Geschichte.

danke jonk, ich plane alkalische batterien zu verwenden - wie AA / AAA. Gemäß Ihrem Vorschlag werde ich in Betracht ziehen, eine Kappe wie (33 uF?) Über den Batterien zu haben. Aber zurück zur ursprünglichen Frage: Kann ich den Energiesparmodus für meinen DC-Regler wie den TPS61201 jederzeit aktiviert lassen? Wie würde sich die Schaltfrequenz im aktivierten PS-Modus ändern/beeinflussen? Wäre eine variable Schaltfrequenz ein Problem bei der EMV? Danke schön..
@ user101095 Bei Alkalibatterien ist kein Kondensator erforderlich. Sie können diese Stromstärke problemlos bereitstellen. Also keine Kappe, kein Strombegrenzungswiderstand, sondern nur eine direkte Verbindung. Ihre Spannungen gehen von etwa 1,56 V im vollen Zustand bis etwa 1,2 V im "toten" Zustand. Stapeln von zwei bedeutet etwa 3,1 V bis etwa 2,4 V. Wenn Sie einen PIC verwenden, der bis zu einer bestimmten Mindestspannung betrieben werden kann, können Sie diese durch 2 teilen, um die Lebensdauer Ihres Batteriepaars zu erhalten. AA-Batterien liefern selbst bei 1,2 V problemlos 75 mA.
@ user101095 Sofern Sie keinen anderen Grund für den TPS-Regler haben, würde ich ihn vollständig eliminieren und ausschließlich Teile verwenden, die über denselben Spannungsbereich wie der PIC betrieben werden können. Der Regler erhöht die Kosten, nimmt Platz ein, verbraucht Strom, wenn Sie dies nicht möchten, und verringert die Zuverlässigkeit. Es gibt überhaupt keine guten Argumente dafür, es sei denn, es gibt andere Teile, die dies erfordern. Der PIC zieht, wenn er tief schläft, vernachlässigbare Energie (1 Mikroampere oder weniger, selbst wenn RTC und Watchdog laufen). Aber hier bin ich unwissend. Ich habe keine Ahnung, was hier noch zu tun ist.
Es gibt andere Teile der Schaltung, die geregelte 3,3 V erfordern. Also gehe ich wieder auf die ursprüngliche Frage zurück, die mir immer noch nicht klar ist. Danke.
@ user101095 In AA-Batterien ist nach jeweils etwa 1,2 V überhaupt keine Energie vorhanden (1,1 V sind ~ 0% übrig). Sie müssen also glaube ich auf 2,3 bis 2,4 V herunterarbeiten. Nicht bis auf 1,6 V. Da Sie 3,3-V-Teile haben, haben Sie absolut Recht, wenn Sie einen Boost benötigen, und ich liege falsch mit der Idee, nur Batterien direkt zu verwenden. Ich hatte diesen Punkt bis jetzt nicht genommen. Das tut mir leid. Ich nehme an, wir sind wieder bei so etwas wie dem TPS61221. Ich denke, ich werde meine Antwort bald löschen.
DC Switching Boost Regulator bei geringer Last - Energieeinsparung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v