Ограничение напряжения до уровня 5 В Опции

[AntiDriver]

Доброе время суток.
Необходимо уменьшить входное напряжение 5-18 вольт до уровня 5 вольт для питания микроконтроллера.

Устройство, на котором будет это производиться, не имеет внешних источников питания или батареек. Энергия поступает через трансформатор, заряжая конденсаторы. И эти конденсаторы являются единственным источником энергии.

Обычная кренка или стабилизаторы типа 7805 потребляют очень большой ток даже если к выходу ничего не подключено (проверено экспериментально). В итоге энергия, запасённая на конденсаторах суммарной ёмкостью около 2000 мкФ и уровнем заряжающего напряжения в 18 Вольт сажаются одним только 7805 за 2-3 секунды. Хотя без стабилизатора энергия хранится достаточно долгое время (в минуту разряжается на 0,5-1 Вольт).

И ещё одна важная особенность - разрешено использовать только отечественную элементную базу

Подскажите, есть ли решение данной проблемы? Входное напряжение не обязательно будет 18 Вольт, вполне возможно вплоть до 4,5 Вольт (3,3 В достаточно для микроконтроллера).

[zambezi]

Обычная кренка или стабилизаторы типа 7805 потребляют очень большой ток даже если к выходу ничего не подключено (проверено экспериментально). В итоге энергия, запасённая на конденсаторах суммарной ёмкостью около 2000 мкФ и уровнем заряжающего напряжения в 18 Вольт сажаются одним только 7805 за 2-3 секунды. Хотя без стабилизатора энергия хранится достаточно долгое время (в минуту разряжается на 0,5-1 Вольт).

Даже если Вы поставите стабилизатор у которого КПД 100% для питания микроконтроллера который "сажает" конденсатор через кренку за 3 секунды, максимум на что Вы сможете рассчитывать это 8 секунд. И в чем задача? Запитать микроконтроллер дорогущим стабилизатором только для того чтобы он вместо 3 секунд проработал 8. Или есть другие условия...

[AntiDriver]

Тогда переформулирую вопрос. Насколько максимально долго можно продлить время работы (снизить потребление преобразователя), чтобы получить максимальное время работы устройства

[zambezi]

КПД преобразавателя до 97% это и есть максимальное время работы Вашего микроконтроллера. Их много и валом импортных. Из наших микросхем не знаю.

[AntiDriver]

Вот в том то и дело что нужны наши. Импортные не покатят. В идеале чтобы ещё кристаллы можно было купить, хотя и понимаю что многого хочу

[Iptash]

А микроконтроллер тоже наш?)

[bolden]

Есть ШИМ контроллер 1114ЕУ7. Не знаю насколько он подойдёт, так как судя по описанию потребление порядка 20 мА, т.е разрядит конденсаторы также за секунды. Малопотребляющих импульсных стабилизаторов отечественных не знаю. Если микроконтроллер потребляет немного с десяток миллиампер, то можно посмотреть в сторону линейных стабилизаторов 1264ЕР1 вроде пишут ток регулировки порядка 100мкА, т.е с делителем будет потреблять единицы мА. Не сразу заметил. ему требуется минимальная нагрузка 10 мА, т.е стабилизатор будет потреблять немного, но устройство в целом также разрядит конденсаторы за несколько секунд. Если микроконтроллер совсем мало потребляет (несколько миллиампер и меньше ) . то можно на стабилитроне сделать питание или на 142ЕН19 - потребление порядка 0,5 мА + ваше устройство.

Сообщение отредактировал bolden - Apr 11 2014, 17:18

[Plain]

есть ли решение данной проблемы?

Очевидно, нанять ещё одного сотрудника, который начнёт решение задачи с того, что таки выяснит, сколько же потребляет этот проклятый микроконтроллер.

[AntiDriver]

Микроконтроллер - отдельная ситуация. Используется он временно для отладки алгоритмов. Планирую задействовать режим Sleep. В дальнейшем его заменим интегральной микросхемой после отладки алгоритмов. Изготовлять будем на предприятии, такая возможность имеется.

bolden, спасибо, посмотрю

Сообщение отредактировал AntiDriver - Apr 11 2014, 17:22

[bolden]

Можно задать вопрос с другой стороны. Сколько времени должен проработать микроконтроллер?

[AntiDriver]

Максимально сколько это возможно. Дело в том что мои руководители как и сами заказчики сами не знают что хотят. Вот и приходится "угадывать".
По факту должен получится интерфейс для передачи энергии и информации через трансформатор. Причём так, чтобы информацию принял (которая, соответственно, тоже несёт в себе энергию), обработал и передал обратно. И чтобы ещё осталось заряда на какие-то дальнейшие действия. Вначале была версия 2 минуты, потом несколько секунд... Поэтому нужно выжать всё что можно.

[Меджикивис]

Вот в том то и дело что нужны наши.

Нечто подобное я делал на полевом транзисторе КП302. Нагрузка была в цепи истока, а затвор - на землю. Таким образом, чем сильнее росло напряжение на нагрузке, тем больше прикрывался транзистор, ограничивая, вплоть до полной отсечки.
Собственный ток потребления (по затвору) - ноль.

Но уменьшение собственного тока потребления - еще не всё, что нужно сделать для продления, поскольку энергия тратится на разогрев транзистора (ограничение активным сопротивлением).

Есть идея сделать переключаемые конденсаторы. Заряжать до 15 вольт батарею из трех конденсаторов последовательно, на каждом будет по 5В, а потом переключать их на параллельное - при этом суммарная емкость увеличится в девять(!) раз, а напряжение снизится до нужного без потерь.
Переключать КМОП-овскими ключами К561КТ3 (тоже берут не много, единицы микроампер).

Или придется городить ШИМ на К140УД12.

А вообще непонятно, почему бы не заряжать четыре маленьких Ni-Cd аккума вместо здоровенных конденсаторов, и 4.8 вольта Вам стабильно обеспечено...

[AntiDriver]

Меджикивис, спасибо, хорошие идеи предложил. Вот только нужно узнать, если ли наши аккумуляторы и способны ли они 15 лет лежать бездейственно и сколько они будут стоить. Так как суммарная стоимость должна быть низкой - устройство одноразовое в итоге должно получиться (начинка ракеты).

[Меджикивис]

если ли наши аккумуляторы

Д-0.1 типо... Тут совсем маленькие нужны, вроде часовых батареек. Не думаю, чтоб офигительная стоимость была.

способны ли они 15 лет лежать бездейственно

ЛЕЖАТЬ никель-кадмий может неограниченно - не портится (если нет разгерметизации). А вот держать заряд столько времени - навряд; надо будет зарядить перед запуском.
А вообще, для одноразовой системы я бы предложил обыкновенный гальванический элемент по принципу огнетушителя: электролит в стеклянной запаянной ампуле.
Перед стартом ампулу не вынимая раздавливаем или разбиваем (прямо внутри элемента) - и на полчаса питание обеспечено.

Литиевые батарейки 3 вольта - вот эти могут держать полный заряд десятилетиями. Но делают ли их у нас - я не в курсе.

добавлено:
А что, в ракете нормального электропитания что ли нет? Ведь 18 вольт откуда-то берутся же.

Сообщение отредактировал Меджикивис - Apr 11 2014, 18:28

[AntiDriver]

Не совсем ракета. Маленькая ракетка - тепловая помеха/дымовая/электромагнитная и т.п. Разбить ампулу - не вариант - нужно как-то разбивать. Питанию там на самом деле взяться неоткуда. 15 лет хранить заряд не нужно - 2 минуты будет более чем достаточно

[Меджикивис]

А, типа из ракетницы запускается? - да, задача конечно интересная. Можно элементом Пельте питать от тепла сгорания двигателя, но это будет стоить нехило в сравнении.
Но все-таки 18 вольт-то там откуда? Почему их непосредственно использовать нельзя?

нужно как-то разбивать.

Капсюль заложить, который сдетонирует и расплющит элемент.

[AntiDriver]

Да нет там 18 вольт никаких) Вот часть схемы, пока что макетной. На ней нет источника питания (хотя предусмотрено внешнее подключение, но только для отладки). Вся энергия поступает через обмотку трансформатора L3. На ней 40 витков. На обмотке, откуда осуществляется передача энергии - 8 витков, а напряжение питания 5 Вольт. Если зазор около 0,5 мм, то напряжение устанавливается 18 Вольт. На зазоре в 2 мм будет уже около 7 вольт, а на 3 мм так вообще 4,5

[Меджикивис]

На обмотке, откуда осуществляется передача энергии - 8 витков, а напряжение питания 5 Вольт.

В смысле - это пока она в ракетнице, и программируется цель? Через индуктивную связь?



Короче, ушел спать пока.
а если передача типо прямо через стенку снаряда - тогда без вариантов, малюсенькие аккумы, чтоб успели зарядиться за секунды.

или ионисторы - но они дороги и у нас их не делают, мне кажется. Зато, точно, делают суперконденсаторы (для электромобилей), читал. Наш патент.
Может и миниатюрный сделают, на огроменную емкость.

[Iptash]

А смысл питать микроконтроллер?, если он ничем не сможет управлять, ведь питания нет.)

[smk]

Меджикивис, спасибо, хорошие идеи предложил. Вот только нужно узнать, если ли наши аккумуляторы и способны ли они 15 лет лежать бездейственно и сколько они будут стоить. Так как суммарная стоимость должна быть низкой - устройство одноразовое в итоге должно получиться (начинка ракеты).

В ракетах применяются химические источники тока, приводящиеся в рабочее состояние по сигналу извне. Не заморачивайтесь над несуществующими вопросами. Делайте все так будто есть полноценный источник питания. А затем подключитесь к бортовой батарее и все будет хорошо.

[AntiDriver]

В полноценных ракетах да - есть. Но у меня то не совсем ракета.
Да и в добавок задание уже есть и тут стоит задача держать энергию на конденсаторах (ну и аккумуляторы ещё рассмотрю), батарейки не подойдут - должно всё хранится 15 лет без какого-либо обслуживания. И заказчика как раз интересует то же самое - автономность работы без каких-либо источников энергии.

Вот такой вариант есть, установить накопительные конденсаторы после гладкого стабилизатора, а чтобы предотвратить утечку через выход (если он будет, этот момент нужно будет уточнить экспериментально), включить диод шоттки между выходом стабилизатора и конденсаторами. К примеру, диод bav54 имеет ток утечки в обратном напряжении при напряжении 25 В всего 2 мкА (100 мкА при температуре 125 градусов и напряжении 5 В из графика в документации), что вполне приемлемо

[kovigor]

батарейки не подойдут - должно всё хранится 15 лет без какого-либо обслуживания.

В метеозондах используются водоналивные батарейки типа "Маячок-2". Такая батарейка в сухом виде может храниться на складе очень долго. Перед запуском метеозонда ее заполняют водой. Не подойдет ?

[AntiDriver]

kovigor, предложу такой вариант. Может быть и подойдёт. Спасибо.

[kovigor]

kovigor, предложу такой вариант. Может быть и подойдёт. Спасибо.

Не за что

[Меджикивис]

должно всё хранится 15 лет без какого-либо обслуживания.

Электролитические кондеры за 15 лет могут запросто выйти из строя по причине высыхания.

батарейки не подойдут

Литиевые батарейки, как в современных компьютерах держат БИОС, могут храниться столько.

[UnDerKetzer]

Извините, если уже предлагалось (тему прочел по диагонали), но почему бы не посмотреть в сторону литий-тионилхлоридовых батарей?
1% в год саморазряд, соотношение емкость/размер отличное. Вы ведь рассматриваете аккумы, а габариты получаются похожие.
Только взгляните:
1 Ач
-55°C...+85°C
Цилиндрик 32х7 мм

http://www.evebattery.ru/katalog/litievyie...orid_(li_socl2)

Сообщение отредактировал UnDerKetzer - Apr 15 2014, 09:00

[shf_05]

для начала определитесь с темой поста- запасти энергию на 5 секунд работы контроллера или стабилизировать напряжение с макс. КПД?

1. запасть энергию надо на 18 В, при этом энергия в конденсаторе больше в (18/5)^2 чем при 5 В. а еще лучше на 36 В.
2. стабилизировать надо импульсным источником.
3. кроме того, импульсник будет вытягивать напряжение на контроллере = 5 В, как минимум пока конденсатор не разрядится с 18 до 5 В,
4. конденсатор как накопитель энергии на стороне 5 В практически бесполезен.

ПС- и как правильно заметили ранее - сам по себе контроллер бесполезен, ведь какие-то оконечные устройства должны работать под его управлением.

[Меджикивис]

Извините, если уже предлагалось (тему прочел по диагонали), но почему бы не посмотреть в сторону литий-тионилхлоридовых батарей?
1% в год саморазряд, соотношение емкость/размер отличное. Вы ведь рассматриваете аккумы, а габариты получаются похожие.
Только взгляните:
1 Ач
-55°C...+85°C
Цилиндрик 32х7 мм

http://www.evebattery.ru/katalog/litievyie...orid_(li_socl2)

Вы, точно, читали по диагонали. Потому что у автора непременное условие - только отечественные компоненты. Ферштейн? Плиз ссылочку ему на российского изготовителя.

[cant]

кто ищет, тот находит:

http://www.powerpack.ru/category_goods_2.htm

у этих тоэ моэно спросить, моэет подскажут заводик для оборонки:
http://www.elems.ru/li_ion.html

http://www.rigel.ru/rigel/akk/l_i.html


http://niai.ru/catalog.php?id=12