GSM-модуль и батарея LiSOCL2, SIM800c Опции

[p_kav]

Здравствуйте.
В первой созданной мной теме, которую я не могу уже найти, я изыскивал наилучший способ батарейного питания GSM-модуля. В итоге мне подсказали, что для долговременной работы следует использовать батарею LiSCOL2 и Step-Up конвертер, порекомендовав PAM2421. Прочитав множество статей так до конца разобраться не смог, решил спросить у профессионалов.

Батарея LiSOCL2 3,6В выдает 200 мА постоянно и 400 мА в импульсе, модуль планируется использовать только для передачи данных. В связи с этим возникли следующие вопросы:

1. Помогут ли включенное параллельно и установленные близко к модулю танталовые конденсаторы (например, 2x470 мкФ) сгладить 2-амперные пульсации модуля и обеспечить его стабильную работу от батареи?
2. Если да, то можно ли поставить индуктивность на 1А вместо 3А? Ведь если модуль с конденсаторами не будет потреблять более 400 мА, выдаваемых батареей, нужна ли индуктивность, рассчитанная на теоретически предельный ток преобразователя?
3. На какое напряжение лучше всего настроить преобразователь? Предполагаю, что на 4.2В чтобы обеспечить максимальный запас энергии в выходных конденсаторах и чтобы модуль при этом не писал "OVER-VOLTAGE WARNING" каждые 2 секунды.

Заранее благодарен за разъяснения.

[CADiLO]

Элементарно, Ватсон!!!!

Можно емкость посчитать точнее зная ток в импульсе за еденицу времени.
Нам нужно чтобы этот ток отдавался в течении одного слота - примерно 580 микросекунд с паузой между слотами 4.5 миллисекунды

Итак если батарея "Power Type" (допустим 15A/h, 4000mA@0.1s) , то конденсатора достаточно до 500 микрофарад.
А если - "Energy Type" (допустим 15A/h, 230mA@0.1s) - то нужно около 4700 микрофарад и желательно набрать из нескольких впараллель.

Вообще для нормальной работы еще ставим step/UP - оптимально TPS54331. Ну или подобный.

>>>Ведь если модуль с конденсаторами не будет потреблять более 400 мА, выдаваемых батареей
Будет - будет. При регистрации, при плохом сигнале в GPRS.... Так что если написано до 2 ампер в пике, то такое вполне реально.

[p_kav]

4700 мкФ - ёмкость, конечно, неадекватная, набрать её LowESR танталами будет тяжеловато.
Значит нужны будут Power Type батареи и 2x470 мкФ танталов на входе и выходе Step-Up.

А про Step-Up я как раз и спросил, на какое его напряжение лучше настроить и какую индуктивность можно поставить.

Сообщение отредактировал p_kav - Aug 19 2015, 06:34

[_4afc_]

1. Для того чтобы разряжались конденсаторы около модуля, а не перед ИП нужно увеличить сопротивление цепи между ИП и потребителем резистором 1-10 Ом. ИП имеет очень малое сопротивление и быструю реакцию. Поставьте хоть 10000мкФ, если вы не загрубите ОС ИП - он отреагирует быстрее чем конденсаторы на изменение напряжения на нагрузке.

2. Существуют ИП с ограничением тока от источника - тогда ваши 10000мкФ начнут работать.

3. Пиковый ток в индуктивности выше номинального - надо расчитывать или моделировать.

[CADiLO]

Современные высокочастотные DC/DC быстродействующие и очень не любят емкостную нагрузку, им по выходу достаточно 20-47 микрофарад.
Поэтому при их использовании большая емкость у модуля - смерть для преобразователя. А вот по входу скомпенсировать прыжок потребления самое - то.
Причем электролиты LowESR ставим от бедности или от жадности. Ионистор на 1 фараду там идеально себя ведет и ESR у него меньше.

[p_kav]

Современные высокочастотные DC/DC быстродействующие и очень не любят емкостную нагрузку, им по выходу достаточно 20-47 микрофарад.
Поэтому при их использовании большая емкость у модуля - смерть для преобразователя. А вот по входу скомпенсировать прыжок потребления самое - то.

Я так понимаю, речь идет о Step-down преобразователях. У Step-up по даташиту нужно около 470 мкФ, и думаю, большая выходная ёмкость ему никак помешать не сможет т.к. ему без разницы сколько энергии загнать в неё при помощи индуктивности.

Причем электролиты LowESR ставим от бедности или от жадности. Ионистор на 1 фараду там идеально себя ведет и ESR у него меньше.

Танталы ставлю от отсутствия собственного опыта - другие ставят и у них работает. Да и размер у них поменьше, чем у ионистора 1Ф.

[CADiLO]

>>>У Step-up по даташиту нужно около 470 мкФ, и думаю, большая выходная ёмкость ему никак помешать не сможет т.к. ему без разницы сколько энергии загнать в неё при помощи

Смотрите рекомендации от того же TI - апнотесы великое дело.
Выходная емкость зависит от частоты преобразования и скорости реакции преобразователя. И не важно UP или DOWN.
Для 200-500 кгц можно и 1000 по выходу при малой напруге - например 1.8 вольта выходного. И около 100 при 5 вольт и выше.
1-2 мегагерцовые DC/DC на таких емкостях будут себя хуже чуствовать, поэтому там и значения емкости пониже.

[p_kav]

По документации на PAM2421 на вход и на выход нужно ставить 470 мкФ. Значит на вход следует поставить 2 по 470 мкФ, возможно, один до ключа, а второй после.

Осталось 2 вопроса: на какой ток нужно поставить индуктивность (достаточно ли 2А, или обязательно 3А) и какое выходное напряжение подавать на модуль для наиболее стабильной работы.

[_4afc_]

Ионистор на 1 фараду там идеально себя ведет и ESR у него меньше.

Это у какого ионистора ESR меньше чем у тантала?

TPME687K006R0018 : 680uF-6.3v-18mOhm
TPME477K010R0023 : 479uF- 10v-23mOhm

У ионисторов раз в 10 больше, они тормознее конденсаторов.

[CADiLO]

Если брать ширпотребовский ионистор для всяких там магнитол и часов, то да, ESR 30-100 ом и малые разрядные токи.
Но тот же Tadiran в свои LiSO2pack встраивает ионисторы с ESR 20 миллиом, а для милитари применений 5 миллиом.
Поэтому все зависит от того какие требования к устройству.

[_4afc_]

на какой ток нужно поставить индуктивность (достаточно ли 2А, или обязательно 3А)

Если потратить побольше денег и взять LTC3125, то они рекомендуют WURTH 7440420027 которая на 2А.
А вообще - LTC3125 можно промоделировать и решить.

[p_kav]

Вроде-бы, все более-менее понятно, осталось последнее - каким напряжением лучше всего питать SIM800c для наиболее стабильной работы, т.е. на какое напряжение лучше всего настроить повышающий преобразователь?

[CADiLO]

Так в таблице 28 даташита и написано - типовое 4.0 вольта.
Но я бы поставил TPS630250 - запас по току, 2.5 MHz преобразование, длительная работа на 2 ампера, минимум обвязки и корпус VQFN
И настроил для облегчения жизни DC/DC, на 3.8 вольт
Все таки если придется модуль кормить повышеным током, то зачем лишние 200-400 милливатт рассеивания для VQFN 3х3мм

[p_kav]

Так в таблице 28 даташита и написано - типовое 4.0 вольта.

Я так и думал, уже настроил повышающий преобразователь на 4В, но засомневался - а вдруг максимальное напряжение даст лучшую стабильность. Решил спросить.

[MKdemiurg]

А если - "Energy Type" (допустим 15A/h, 230mA@0.1s) - то нужно около 4700 микрофарад и желательно набрать из нескольких впараллель.

Практические нереально запустить от EnergyType.

10.000 мкф из 3х Lowesr электролитов плотную к питанию модуля.

Включаться,- включается.

При регистрации выжирает моментом конденсаторы и падает.

step up конвертер тоже бесполезен.

у LiSOCl2 очень пологая характеристика. До самого разряда держит 3.55 , не меньше. Это допустимо.

Хотя, вот что интересно.

Работая с радиоинтерфейсами на 433 МГц заметил, что при 5В питания качество связи лучше, чем при 3.6. Как в SimXXX устроен радиотракт? Зависит ли мощность передачи и качество связи от напряжения?

[p_kav]

Практические нереально запустить от EnergyType.

10.000 мкф из 3х Lowesr электролитов плотную к питанию модуля.

Включаться,- включается.

При регистрации выжирает моментом конденсаторы и падает.

step up конвертер тоже бесполезен.

у LiSOCl2 очень пологая характеристика. До самого разряда держит 3.55 , не меньше. Это допустимо.

Я заводил, только на 4xER14505 c StepUp, вполне нормально работает, только в проекте, который я пытаюсь реализовать, некуда воткнуть эти 4 батареи, влезают только 2.

Работая с радиоинтерфейсами на 433 МГц заметил, что при 5В питания качество связи лучше, чем при 3.6. Как в SimXXX устроен радиотракт? Зависит ли мощность передачи и качество связи от напряжения?

Уверен, что не влияет. У 433 МГц модулей радиочасть, по сути, аналоговая, поэтому повышение напряжения повышает мощность. В модуле явно установлен регулятор, который создает напряжение для контролера и для ВЧ-части. А мощность передачи регулируется сотовой вышкой.
Я предположил увеличение стабильности при поднятии напряжения т.к. чем больше напряжение бустер накачает в выходной конденсатор, тем больше в нем будет энергии для сглаживания TX-импульса. Хотя, в модуле наверняка стоит LDO, который просто стравит эти излишки в тепло.

[Harbinger]

В модуле явно установлен регулятор, который создает напряжение для контролера и для ВЧ-части.

Кроме усилителя мощности - тот питается напрямую от Vbatt. Собственно, причина ограничения напряжения питания сверху.
При этом выходная мощность от напряжения питания практически не зависит - имеется автоматическая регулировка.

[MKdemiurg]

Я заводил, только на 4xER14505 c StepUp, вполне нормально работает, только в проекте, который я пытаюсь реализовать, некуда воткнуть эти 4 батареи, влезают только 2.

Импульсный разрядный ток у ER14505 - 200 мА. 4х - 800 мА. Повышаешь с 3.6 до 4 - импульсный ток падает до 700.

А надо 2А.

[CADiLO]

>>> Повышаешь с 3.6 до 4 - импульсный ток падает до 700.

Еще может зависить от преобразователя, на предыдущей странице я не зря написал о TPS630250

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps630250.pdf

2.3 V to 5.5 V input voltage range
2.5MHz Typical Switching Frequency
Output Capacitor Discharge Function
Output currents can go as high as 2 A in boost mode and as high as 4 A in buck mode.
2 A Continuous Output Current : VIN≥ 2.5 V

Возможно у вашего - Continuous Output Current меньше ампера, поэтому и провалы - он может ограничивать при превышении теплового режима.

[p_kav]

Импульсный разрядный ток у ER14505 - 200 мА. 4х - 800 мА. Повышаешь с 3.6 до 4 - импульсный ток падает до 700.

А надо 2А.

У повышающего импульсника на выходе и на входе стояли танталы на 470 мкФ, а по даташиту достаточно 100 мкФ, видимо, они сглаживали импульсы. Да и тесты я проводил в городе, скорее всего, модуль был в режиме 1800 МГц и не работал в полную силу.

Ещё у меня возник довольно глупый вопрос: а почему все соединения между компонентами регулятора напряжения делают медными полигонами, а не простыми дорожками. Это для экранирования компонентов платы от высокочастотных полей дросселя? Или для минимизации сопротивления между компонентами регулятора?

[ArseGun]

Причем электролиты LowESR ставим от бедности или от жадности. Ионистор на 1 фараду там идеально себя ведет и ESR у него меньше.

Ставим полимерные электролиты. У них ESR типично менее 10 мОм. Ионистор с его ценой и габаритами явно необоснованный перебор.

[MKdemiurg]

>>> Повышаешь с 3.6 до 4 - импульсный ток падает до 700.

Еще может зависить от преобразователя, на предыдущей странице я не зря написал о TPS630250

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps630250.pdf

2.3 V to 5.5 V input voltage range
2.5MHz Typical Switching Frequency
Output Capacitor Discharge Function
Output currents can go as high as 2 A in boost mode and as high as 4 A in buck mode.
2 A Continuous Output Current : VIN≥ 2.5 V

Возможно у вашего - Continuous Output Current меньше ампера, поэтому и провалы - он может ограничивать при превышении теплового режима.

Да какой не ставь. Это же просто электронный трансформатор.

U1*I1=U2*I2 - КПД трансформации.

И ионисторы не помогают.

Все танцы с бубнами хорошо работают только условно. Т.е. тут заработает, тут нет, а тут выключится посреди передачи , выкачав всю энергию, запасённую в конденсаторах.
Эффективной работы, имхо, от батареечного питания можно добится только от Power Type батарей. Личный опыт и 2 года граблей и костылей.

[p_kav]

Возник еще один вопрос по теме.
У LiSOCl2 очень ровная кривая разряда, напряжение начинает падать в самом конце жизни батареи.
Можно ли как-то отловить момент, когда батарея уже кончается, но всё еще способна корректно запустить SIM800c, чтобы оповестить пользователя о необходимости замены батареи? Если да, то на какое напряжение следует ориентироваться?

[Aner]

Возник еще один вопрос по теме.
У LiSOCl2 очень ровная кривая разряда, напряжение начинает падать в самом конце жизни батареи.
Можно ли как-то отловить момент, когда батарея уже кончается, но всё еще способна корректно запустить SIM800c, чтобы оповестить пользователя о необходимости замены батареи? Если да, то на какое напряжение следует ориентироваться?

Считать процем постоянно отбор мощности с LiSOCl2 батареии, контролировать снижение с точностью 0.05 Вольта и знать "точку" перед падением. При остатке 10...15% оповестить пользователя о необходимости замены батареи. Вроде все хорошо, но из поставляемых нам LiSOCl2 батареий от 4 разных производителей, разброс 10...15% от заявленой мощности, а при падении температуры емкость батарей падает неодинаково, добавлять коррекцию емкости по температуре приходится. Не все так просто с LiSOCl2.

[p_kav]

Тогда уж лучше экспериментально определить количество включений GSM-модуля от конкретной батареи при низкой температуре, и предупреждать пользователя при исчерпании лимита. Лимит при этом можно задать с запасом. Тогда умрут без предупреждения только устройства с совсем бракованными батареями.
Правда, в любом случае, это неудобно будет контролировать - пользователь может вынуть и вставить ту же батарею, или, если батареи включены параллельно, заменить их по очереди, не вынимая все сразу. Хотя, случаи, наверное, вырожденные, можно ими пренебречь.

[Aner]

Тогда уж лучше экспериментально определить количество включений GSM-модуля от конкретной батареи при низкой температуре, и предупреждать пользователя при исчерпании лимита. Лимит при этом можно задать с запасом. Тогда умрут без предупреждения только устройства с совсем бракованными батареями.
Правда, в любом случае, это неудобно будет контролировать - пользователь может вынуть и вставить ту же батарею, или, если батареи включены параллельно, заменить их по очереди, не вынимая все сразу. Хотя, случаи, наверное, вырожденные, можно ими пренебречь.

Нет, так тоже не очень. Зависит еще от отдаваемой мощности модулем, а она разная в зависимости от перемещений и близости базовых станций. Вот это никак не спрогнозировать и контролю не подлежит. Так что считать нужно постоянно "отъедаемую" у батареи мощность. Кстати Ti не спит и кучку разных чипов предлагает для этого.

[CADiLO]

Если кто делает ответственные приложения, то есть смысл ставить батарейку от Tadiran.
Они делают сборки специально для GSM - батарея на 3.9 вольт (!!!! не 3.6) и вмонтированый в сборку HLC (Hybrid Layer Capacitor)
Работает без всяких DC/DC. Но цена раза в 3-4 выше чем у 3.6 вольт батареи. На сегодня у них есть сборка на 19А/h и с импульсным током до 3 ампер.
Гарантируют что эффект пассивации на ней при старте полностью скомпенсирован и напряжение не проваливается ниже 3.5V.
Могут делать на больший ток, но под заказ.

[p_kav]

CADiLO
В моем случае неоправданно дорого.

Посмотрел как сделано в трекерах - все вычисляют примерный заряд по количеству выходов на связь, думаю, не буду запариваться и так и сделаю. Среднее потребление SIM800c дано в документации.

U1*I1=U2*I2 - КПД трансформации.

А для чего их ставят вообще? Вот, к примеру, ER14505M дает до 1А в импульсе. Это значит, что две такие батареи могут питать модуль напрямую. Для чего тогда преобразователь?

[CADiLO]

Для компенсации эффекта пассивации. Читайте теорию.
Когда после простоя батарея при первых стартах будет проваливаться ниже 2.9 вольта и модуль просто не включится.

[p_kav]

Для компенсации эффекта пассивации. Читайте теорию.
Когда после простоя батарея при первых стартах будет проваливаться ниже 2.9 вольта и модуль просто не включится.

Но при высокой пассивации батарея так же не сможет сразу же отдать нужный ток, умноженный на коэффициент преобразования, и модуль тоже не включится.
Или преобразователь при запуске нагрузит батарею током и приведет её в рабочее состояние до запуска модуля?

[CADiLO]

Ток она отдаст, только провалит напряжение.
Потому и желательно брать батарею с током до 3 ампер в импульсе.

И еще - ничего считать не нужно - если на батарее без нагрузки 3.1 вольта и ниже, то пора менять.
Хоть у нее и линейная характеристика, но по графикам в даташите для конкретного типа всегда можно вычислить с какого напряжения пора задумываться о замене.
Там есть зазор перед тем как она сдохнет.

[p_kav]

И еще - ничего считать не нужно - если на батарее без нагрузки 3.1 вольта и ниже, то пора менять.
Хоть у нее и линейная характеристика, но по графикам в даташите для конкретного типа всегда можно вычислить с какого напряжения пора задумываться о замене.
Там есть зазор перед тем как она сдохнет.

Это по опыту так получается? Я планирую использовать пару ER14505M от EEMB. Судя по даташиту на 3,1В батарея как раз на исходе, думаю, пара батарей с тремя танталами 470 мкФ (2 на входе, 1 на выходе преобразователя) как раз сможет выполнить ещё несколько запусков модуля. И при -30 при нагрузке 100 мА на каждую тоже как раз столько примерно выходит. Но это с нагрузкой, почему вы пишете, что мерять следует без нагрузки?

[CADiLO]

Под рабочей нагрузкой вы не отличите это просадка от пассивации или уже сама батарея того....
Поэтому нагрузкой будет делитель АЦП и контроллер в малопотребляющем режиме, где малые токи исключат влияние пассивации.
А перегиба с 3.6 до 3.3 вольта - согласно даташиту - вполне хватит чтобы понять жива батарея или пора менять.

[p_kav]

А перегиба с 3.6 до 3.3 вольта - согласно даташиту - вполне хватит чтобы понять жива батарея или пора менять.

Вроде бы, всё стало понятно, ниже 3.5В с низкой нагрузкой - пора менять. Но в даташите нет информации по максимальному току в таком предсмертном состоянии и у меня возникают сомнения в том, запустится ли модуль в этом случае. Повышающий преобразователь и танталовые конденсаторы могут помочь в этом случае?

[SpyBot]

В итоге мне подсказали, что для долговременной работы следует использовать батарею LiSCOL2 и Step-Up конвертер, порекомендовав PAM2421.

А вам важно собственное потребление Step-Up конвертера?

[CADiLO]

Тем что даже если вы все загнали в спящий режим или отключили, то преобразователь все равно продолжает потреблять ток от батареи.
Пусть микроамперы, но они потребляются, а это время жизни питания.

[p_kav]

Верно
Плюс, в случае зависания модуля перезагрузить его по питанию не получится - ток всегда будет течь со входа сквозь дроссель и диод шоттки на выход.
Я поставил перед преобразователем IRLML6402.

[x893]

Я использовал LTC3127
Работает нормально.

[Aner]

Я использовал LTC3127
Работает нормально.

LT хорошо, ... но одни из самых дорогих. У этой недостаток малое входное напряжение макc 5.5V, у LT есть с напряжениями повыше.

[x893]

LT хорошо, ... но одни из самых дорогих. У этой недостаток малое входное напряжение макc 5.5V, у LT есть с напряжениями повыше.

Да не дешевая, сейчас на TI перехожу. В принципе любой можно Setp Up-Down с током от ампера.
и кондером > 200uF на выходе

[p_kav]

А зачем Step-Up-Down? Просто Step-Up разве недостаточно при питании от LiSOCL2?

Сообщение отредактировал p_kav - Nov 17 2015, 13:03