Ich habe ein Projekt, das Mikrocontroller und einen Funksender verwendet, die beide mit 5 V betrieben werden. Die Schaltung verbraucht im Leerlauf weniger als 1 mA von der 5-V-Schiene und 1 A, wenn Daten über den Funksender übertragen werden. Die Sendephasen kommen nicht oft vor, da das Gerät die meiste Zeit im Ruhezustand verbringt und in der Regel nur einmal alle 24 Stunden für wenige Sekunden (maximal 20 Sekunden) sendet.
Jetzt entwerfe ich einen Batterieeingang für die Schaltung und kann mich nicht entscheiden, ob ich 11-V-Akkupacks (LiPo) mit Schaltreglern oder stattdessen LiFe-Batterien verwenden soll, wo ich eine geringe Regelspannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang für den Regler erhalten kann ( Ausgang von 6 bis 7 V) und verwenden Sie einen Linearregler mit diesen Batterien mit niedrigerer Spannung.
Welche dieser Konfigurationen liefert effizientere Ergebnisse für die Regelschaltung bei dieser Art der Verwendung?
Schaltregler mit 11 V Eingang, der die Spannung auf 5 V absenkt; oder
ein Linearregler bei (meistens) niedrigem Strom und maximal 2 V Spannungsabfall darüber?
Eines der Hauptinteressen neben der Batterielebensdauer ist die Einfachheit der meisten Linearregler im Vergleich zu Schaltreglern, was den Zeitaufwand für die Entwicklung des Produkts reduziert und Platz auf der Platine spart. Schaltregler können auch eine gewisse Strahlung verursachen, die andere Schaltkreise stören könnte, und sie sind auch teurer.
Interessante Frage, weil ich sehe, dass die Antwort je nach Umgebungsbedingungen in beide Richtungen geht.
Einige Aspekte des Designs, die vielleicht nicht sofort offensichtlich sind...
1) Umschalter sind bei einem winzigen Bruchteil ihrer Last notorisch schlecht - sie können intern mehrere mA verbrauchen oder die Regulierung verlieren und 7 V unter einem bestimmten Wert liefern, z. B. 1% der Nennlast (in Ihrem Fall 10 mA), ohne besondere Sorgfalt beim Design .
2) Eine Antwort könnte ein Linearregler während des Schlafs sein (sogar ab 11 V, aber an einem 2S Li-Ion ist nichts auszusetzen - nominell 7,4 V, max. 8,4 V) und die MPU muss vor dem Senden einen Umschalter aufwecken. Wenn der Linearregler nur wenige mA liefert, können Sie wahrscheinlich einen SOT-23 oder höchstens einen SOIC-8 finden, daher glaube ich nicht, dass die Größe das Problem ist
3) Ein Linearregler für 1A benötigt sogar für 20 Sekunden einen Kühlkörper ... wenn es ein geeignetes Stück Metall gibt, verwenden Sie es. Linear kann aufgrund seiner Einfachheit zuverlässiger sein. Aber was passiert, wenn der TX "eingeschaltet" bleibt? Die Batterie leerlaufen zu lassen ist eine Sache, die Ausrüstung zu zerstören eine andere... .
4) Ich persönlich würde die Batterietechnologie nicht ändern, nur um die Versorgungsspannungen abzustimmen. Wenn Sie eine geringere Brandgefahr oder längere Lade-/Entladezyklen oder eine Eigenschaft von LiFePO4 benötigen, ist dies ein Grund für die Verwendung - andernfalls bleiben Sie aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und einfacheren Wartung bei handelsüblichen Batterien. .
Ich würde schätzen, dass Ihre effizienteste Lösung darin besteht, einen Niederspannungsregler für Ihren Mikrocontroller zu verwenden und den Mikrocontroller einen Abwärtsregler aktivieren zu lassen, um den Funksender mit Strom zu versorgen. Das bedeutet, dass im Ruhezustand nur die Stromaufnahme des Low-Power-Reglers die Batterie entlädt.
Dies bedeutet natürlich eine zusätzliche IO-Leitung, um den höheren Leistungsregler zu "aktivieren" UND eine kurze "Wartezeit", während das Radio für die Datenübertragung vom Mikrocontroller "bereit" wird.
Das Problem beim NICHT- Aktivieren/Deaktivieren des höheren Leistungsreglers (Versorgung des Funkgeräts) besteht darin, dass sein Ruhestromverbrauch Hunderte von Mikroampere oder sogar niedrige Milliampere betragen kann und dies sicherlich die Batterie erschöpfen wird.
Schauen Sie sich die Datenblätter an. Das hätte eigentlich klar sein müssen.
Die Datenblätter von Linearreglern geben Auskunft über den Ruhestrom. Die Datenblätter von Buck-Reglern geben Ihnen den Ruhestrom an und geben einen Hinweis auf die wahrscheinliche Effizienz. Daraus können Sie den Gesamtwirkungsgrad und die durchschnittliche Leistungsaufnahme der Batterie ermitteln.
Sie müssen auch einige grundlegende Mathematik tun. Eine offensichtliche Sache, die es zu bestimmen gilt, ist, ob Ihr größtes Problem die gelegentliche HF-Übertragung mit hoher Leistung oder der konstante, aber niedrige Leerlaufstrom ist. 24 Stunden haben 86.400 Sekunden. (1 A)(20 s)/(86.400 s) = 230 µA. Das ist die durchschnittliche Stromaufnahme aufgrund der Funkübertragungen. Damit dominiert der Ruhestrom von 1 mA die Summe um mehr als den Faktor 4.
Es gibt keinen Ersatz dafür, sich ein paar plausible Alternativen anzusehen und zu rechnen, welche optimaler ist. Meine Vermutung ist jedoch ein Buck Switcher mit guten Leerlaufeigenschaften. Dies wäre etwas, das eine PWM / PFM-Umschaltfunktion hat. Anders gesagt, es ändert nicht nur die Länge der Schaltimpulse bei einer festen Frequenz, sondern verlängert bei geringer Leistung auch die Zeit zwischen den Impulsen.
Bei 7 V Eingang und 5 V Ausgang muss der Linearregler 2 V absenken, um unabhängig von der Last einen Wirkungsgrad von etwa 62 % zu erreichen.
Schaltregler haben einen sehr guten Wirkungsgrad (>90%) bei hohen Lasten, werden aber bei niedrigeren Lasten sehr schlecht. Sie müssten in den Datenblättern nach reellen Zahlen suchen, aber bei einem Bruchteil ihrer maximalen Last können sie leicht unter 50 % fallen. Ihre Ruheströme sind oft auch recht hoch. Es gibt einige gute Schaltregler, vielleicht finden Sie einen, der perfekt zu Ihren Anforderungen passt.
chrylis -vorsichtigoptimistisch-
Der Hobbyprogrammierer