помогите рассчитать время работы процессора от ионистора Опции

[vldmr86]

Есть процессор - STM32L151CBT6. Есть ионистор от Panasonic - описание приложено. Мы выбрали тот что на 1 фарад. Стоит задача проработать приблизительно 8 часов обслуживая только счетные входы работающие по прерыванию. Сейчас нам удалось достичь потребления в 700 микроампер. Я не могу сейчас точно сказать что за режим работы выбран но в этом режиме входы опрашиваются по прерыванию. Все остальные пины процессора заведены в HiZ Каждый вход, срабатывающий от замыкания на землю добавляет 50 микроампер (пока замкнут). Хочу понять как из описание этого ионистора понять хватит мне его или нет и если не хватит этого то какого тока надо удавить потребление схемы чтобы хватило.

Прикрепленные файлы

 RG_EDLC_Panasonic.pdf ( 48.48 килобайт ) Кол-во скачиваний: 16

 

[Plain]

1 ф ... проработать приблизительно 8 ч

1 Ф · (3,3 В – 1,8 В) / (8 · 3600 с) = 52 мкА

[Сергей Борщ]

Сейчас нам удалось достичь потребления в 700 микроампер

Вам есть куда стремиться.

Все остальные пины процессора заведены в HiZ

Это неправильно. Читайте тут, тут и примеры применения (application notes) от производителя.

[vldmr86]

1 Ф · (3,3 В – 1,8 В) / (8 · 3600 с) = 52 мкА

Моя зона ответственности - аппаратная часть, поэтому пока буду полировать ее.

Ионистор можно накачать до 3.6 вольт. STM также может сохранять работоспособность от 3.6 до 1.65V. То есть мне есть смысл питать ее от LDO с выходом не 3.3 а больше. Еще немного упадет на диоде BAR43 через который все это питается. В финале на ионистор и STM должно прийти не более 3.55. Я так понимаю что в Вашей формуле я еще пару копеек сэкономлю.

Программистам ссылку перекинул. За это отдельное спасибо.

Для питания использовали схему Case 1b с 5-ой страницы

Сообщение отредактировал vldmr86 - May 25 2018, 17:36

Прикрепленные файлы

 PowerSupplyDesign.pdf ( 293.71 килобайт ) Кол-во скачиваний: 19

 

[варп]

STM также может сохранять работоспособность от 3.6 до 1.65V.

vldmr86, при указанном диапазоне питающих напряжений, ионистор 1 Фарад эквивалентен емкости обычного аккумулятора 0,54 мА*Ч...
Проверьте, кто понимает - я чуть башку не сломал...

[vldmr86]

vldmr86, при указанном диапазоне питающих напряжений, ионистор 1 Фарад эквивалентен емкости обычного аккумулятора 0,54 мА*Ч...
Проверьте, кто понимает - я чуть башку не сломал...

Что мне должны сказать эти цифры? 0.54mA*Ч это как я понимаю очень мало - крайне хиленький аккумулятор. Вы хотите сказать что емкость недостаточна? Я пока к сожалению из тех кто НЕ понимает. Я только приступил к изучению.

Сообщение отредактировал vldmr86 - May 25 2018, 17:53

[twix]

Нельзя его накачивать до 3.6V так как есть выбросы и прочая шняга, поэтому отбрасывайте 5% от этой величины (3.4V), так как Ваше питание от LDO будет скакать на эти 5%, либо ставьте внешнее питание качественное.
Есть еще разброс по емкости, поэтому опираться надо на 0.8F, и следовательно ток будет меньше того, что показано во втором посте.
Для тока в 700мка придется поставить С = I*T/U = 0.7mA*8*3600/(3.3-1.65) = 12.2F или... или .... параллельно 16 банок того. что указано в первом посте.

vldmr86, при указанном диапазоне питающих напряжений, ионистор 1 Фарад эквивалентен емкости обычного аккумулятора 0,54 мА*Ч...

По поводу емкости.
0.54mA*ч дает заряд Q=I*T 1,944 кулона.
ионистор в условиях разряда с 3.3V до 1.65V даст заряд Q=C*U 1*(3.3-1.65) = 1.65кулона
Ну примерно равно.

Посмотрел документацию на данные железки, там слишком много всяких precautions, и главное, они настоятельно не рекомендуют запитывать
железо напрямую из за высокого внутреннего сопротивления и исключительной чувствительности данных ионисторов к ripple current.
Поэтому предлагаю рассмотреть схему, где суперкапы включены в некую батарею, которая подключена к DCDC с высоким КПД,
и уже выход этого DCDC будет питать Вашу схему с процессором. Да вы потеряете 5% мощности на DCDC, но возможно это единственный выход.
Ну и да, не забудьте между DCDC и ионистором поставить здоровенную индуктивность, точнее LC фильтр, который будет гасить броски
входного тока DCDC и не давать им разбить ваш ионистор. В общем задача очень интересная на самом деле.

Сообщение отредактировал twix - May 25 2018, 18:23

[варп]

.....как я понимаю очень мало - крайне хиленький аккумулятор. Вы хотите сказать что емкость недостаточна?

Именно так... - 1 Фарад в качестве источника питания - это довольно мало...
Переводил в более привычные мА*час потому, что с ними считать будет легче....
Ваши 700 мкА ( 0,7 мА ) "съедят" Ваш 1 Фарад за -
0,54/0,7 = 0,77 Часа (46 минут)...

[vldmr86]

Именно так... - 1 Фарад в качестве источника питания - это довольно мало...
Переводил в более привычные мА*час потому, что с ними считать будет легче....
Ваши 700 мкА ( 0,7 мА ) "съедят" Ваш 1 Фарад за -
0,54/0,7 = 0,77 Часа (46 минут)...

Спасибо, стало понятнее. Будем двигаться в направлении снижения потребления. Программист в понедельник посмотрит по ссылкам.

А по аппаратной части идея такая - я вырезал из нашей схемы все не относящееся к работе от ионистора. Все что висит на неиспользуемых в этом режиме пинах можно считать отрезанным. Кажется мне что осталось еще чего порезать. Например, в схеме заложен делитель который меряет потенциал ионистора и кушает 12 микроампер. Причина его наличия - это необходимость записи в энергонезависимую память результата работы счетных входов (подсчет импульсов) пока на это хватит сил. Есть еще сомнение в самих дискретных входах. Не понимаю где но чувствую что возможна утечка. Входы совмещены с выходами и по необходимости режим работы выбирается программно.

Прикрепленные файлы

 008_InOuts_sh.pdf ( 16.63 килобайт ) Кол-во скачиваний: 30

 

[варп]

twix, да, с учетом падения напряжения на диоде, Шоттке , напряжение на ионисторе будет меняться вот так -

Таки да - заряд составит -
Q= (3,6V-1,95V)*1F=1,65 Кулон...
Учитывая, что 1 Кулон = 0.27777777777778 mAh
https://www.unitjuggler.com/%D0%BF%D0%B5%D1...%D0%B2-mAh.html
Имеем - 1,65 * 0.27777777777778 mAh=0,458 mAh

[Voblin]

На сколько я понял у Вас идёт LDO, затем диод шотки и затем питание схемы. При широком диапазоне температур вы получите разброс питающего напряжения из-за диода шотки. На токе 10 мкА при -25 С на нём падает 0,25В при +75 С на нём падает 0,07В, т.е. при одном и том же токе при изменении температуры от -25 С до +75 С вы получаете разброс питающего напряжения почти 0,2В. Лучше взять LDO с малым собственным потреблением 1-2 мкА, а диод поставить перед ним.

[vldmr86]

На сколько я понял у Вас идёт LDO, затем диод шотки и затем питание схемы. При широком диапазоне температур вы получите разброс питающего напряжения из-за диода шотки. На токе 10 мкА при -25 С на нём падает 0,25В при +75 С на нём падает 0,07В, т.е. при одном и том же токе при изменении температуры от -25 С до +75 С вы получаете разброс питающего напряжения почти 0,2В. Лучше взять LDO с малым собственным потреблением 1-2 мкА, а диод поставить перед ним.

Идея понятна, но задача оказалась непростой. Большинство LDO от TI и ONS имеют функцию разряда выходного конденсатора - то есть они принудительно резистор подключают к выходу. Пока нашел только NCP718BSNADJT1G - причем только ревизия B удовлетворяет. Ревизия А опять подтягивает резистор к выходу. Может есть что копеечное в природе - подкиньте ссылочку.

Это неправильно. Читайте тут, тут и примеры применения (application notes) от производителя.

Программист прочем ссылки и поправил меня. Пины включены как аналоговые входы - это я выразился некорректно.

[aaarrr]

Пины включены как аналоговые входы - это я выразился некорректно.

Для минимизации потребления должны быть цифровыми выходами или входами с PU/PD.

[vldmr86]

Для минимизации потребления должны быть цифровыми выходами или входами с PU/PD.

На той части схемы что не нарисована (на схеме эти пины висят в воздухе) есть разные варианты включения внешних резисторов. Одни, сопротивление 4.7К подтягивают на внешние +3.3VISO вольта шины I2C. На первой шине висит LIS3DH на второй шине ISO1540. К другим пинам подключены цифровые транзисторы типа PDTC143 у которых есть встроенные резисторы в сумме 10К на землю. Пока и те и другие конфигурируются в стоп режиме как аналоговые входы без подтяжки. Кроме того на 2-х пинах еще висит напрямую никуда не подтянутый изолятор типа ISO7321. Как с ними быть (лучше поступить)?

Сообщение отредактировал vldmr86 - May 28 2018, 08:54

[aaarrr]

I2C - в Hi-Z, выходы на транзисторы оставить выходами с нулевым уровнем. Изолятор - в зависимости от направления,
выход или вход без подтяжки. Главное не оставлять входы без определенного уровня.

[_pv]

есть boost конвертеры с микроамперным потреблением, которые эту ёмкость смогут до 0.7В высосать.
при этом чтобы не питать МК повышенным напряжением, после него можно ещё понижающий DCDC до 1.8В поставить с тем же микроамперным Iq, чтобы МК питать всегда от 1.8В, у него там ещё и потребление будет меньше.

и чтобы не потреблять по 50мка на вход через подтяжку пока он замкнут, если изменения входов надо регистрировать не слишком быстро, можно периодически просыпаться по таймеру, включать подтяжку, смотреть состояние входов, выключать подтяжку и засыпать обратно, может оказаться выгоднее.

ну и уложиться в данные 1Ф * (3.3-0.7В)^2/2 / 8 / 3600 ~ 100мкВт для неспешного подсчёта импульсов имхо не должно быть особо сложно.
то что пока удалось только 700мка - это очень много.

[Baser]

в схеме заложен делитель который меряет потенциал ионистора и кушает 12 микроампер. Причина его наличия - это необходимость записи в энергонезависимую память результата работы счетных входов (подсчет импульсов) пока на это хватит сил.

Делитель на ионисторе и прямое измерение напряжения на нем не нужны. Если у вас VDDA = VDD, то измеряя питание всегда получите макс. значение АЦП. Поэтому нужно просто измерять встроенную опору и вычислять значение питания.

Идея понятна, но задача оказалась непростой. Большинство LDO от TI и ONS имеют функцию разряда выходного конденсатора - то есть они принудительно резистор подключают к выходу. Пока нашел только NCP718BSNADJT1G - причем только ревизия B удовлетворяет. Ревизия А опять подтягивает резистор к выходу. Может есть что копеечное в природе - подкиньте ссылочку.

Посмотрите на LDO с NMOS в качестве ключа. У них встроенная накачка (charge pump) для открытия NMOS.
При этом само собой получается защита от реверсных токов.
Типа TPS73733. Этот мощный, но может есть что поменьше.
Я сейчас такой применил с подачи коллеги, правда обнаружил странную особенность: при дребезге питания на входе (0...5В) иногда эти 5В пролазят на выход и потом медленно спадают, ибо нагрузка маленькая. Но МК пока не погорел...


А по входам и программной части ничего сказать нельзя, ибо вы не привели даже примерной частоты и длительности сигналов. Если все это медленно, то цифра в 700 мкА может оказаться просто гигантской, по сравнению с реально достижимой.

[Harbinger]

Если все это медленно, то цифра в 700 мкА может оказаться просто гигантской, по сравнению с реально достижимой.

Порядка 10 мкА в режиме "Low power run".

[vldmr86]

Порядка 10 мкА в режиме "Low power run".

Настроили входы по феншую - получилось 190 микроампер. При это полностью заглушенная потребляет порядка 90..100 микроампер. То есть еще порядка 90 микроампер утекает через несовершенное питание (пока так предполагаем). Но даже если получится отрезать все утечки то одного фарада точно не хватит на 8 часов. Поэтому будет 3 или 5 фарад. По размерам они сопоставимы. Во только это будет уже не ионистор (выглядит как таблеточная батарейка) а суперконденсатор (выглядит как штыревой электролит).

Nesscap сегодня образцами угостил

Сообщение отредактировал vldmr86 - May 29 2018, 14:18

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wla]

Во только это будет уже не ионистор (выглядит как таблеточная батарейка) а суперконденсатор (выглядит как штыревой электролит).

А есть разница?
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%...%82%D0%BE%D1%80

[vldmr86]

А есть разница?
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%...%82%D0%BE%D1%80

Вот так сходу не получилось найти документального различия. Поэтому попробую объяснить на пальцах. Те что выглядят как батарейки на ножках - способны отдавать небольшой ток но длительное время. Те что выглядят как штыревые электролиты способны отдавать большой ток но небольшое время. Их различия - например по внутреннему сопротивлению хорошо видны вот здесь https://www.digikey.com/products/en/capacit...amp;pageSize=25 на примере Panasonic

Но я могу и ошибаться - пусть меня поправят

[vladec]

Та которая на фотке на 2,7В, Вам надо будет две последовательно, при этом и емкость уменьшится вдвое, а также учитывайте довольно большой ток саморазряда у ульраконденсаторов.

[vldmr86]

есть boost конвертеры с микроамперным потреблением, которые эту ёмкость смогут до 0.7В высосать.
при этом чтобы не питать МК повышенным напряжением, после него можно ещё понижающий DCDC до 1.8В поставить с тем же микроамперным Iq, чтобы МК питать всегда от 1.8В, у него там ещё и потребление будет меньше.

Вот эта идея мне очень понравилась, но по факту оказалась какой то полосой препятствий. Я ее смог преодолеть только на половину.

Понизить с 5 до 2.5 (чтоб не испортить этот суперкап - он максимум до 2.7) мне удалось. Нашлась LP5907 которых хоть сейчас в Компеле куча или вот такая TPS7A05. Вторая совсем свежая - для серии ее придется квартал ждать хотя образцы доступны. А дальше проблемы! StepUp c катушкой самый низкопотребляющий TPS61041 потребляет 28 микроампер но у него нижняя граница 1.8 вольта. Либо как TPS61221 - у нее минимальный ток потребления 200 миллиампер. ChargePumpы имеют неудобный входной диапазон или 0.9 до 1.8 или от 1.8 до 3.6.Может я не там ищу или ни у тех???

как то совсем не хочется 2 суперкапа ставить хотя цена этих двух от Nesscap вполне сносная

[_pv]

вы ldo для чего туда вообще поставить хотите?

конденсатор -> TPS610982, который на выходе будет всегда будет делать 3в из 0.7В...3В конденсатора, а потом какой-нибудь TPS62740 чтобы из получившихся 3В сделать 1.8В?

[vldmr86]

вы ldo для чего туда вообще поставить хотите?

конденсатор -> TPS610982, который на выходе будет всегда будет делать 3в из 0.7В...3В конденсатора, а потом какой-нибудь TPS62740 чтобы из получившихся 3В сделать 1.8В?

Изначально вся система питается от 220VAC. Изолированным источником получается 16. Из 16 получается 5. Из 5 уже 3.3 от которых STM сейчас работала. Я решил что из 5 удобнее получить 2.5, что заряжать конденсатор. А уже из 2.5 получить 3.3 от которых ее кормить. Вот для того чтобы из 5 получить 2.5 нужна LDO. После отключения внешнего напряжения, питать STM с суперкапа уже будет повышающий преобразователь - как раз с тех от 2.5 до 0.7.
TPS610982 уже нравится

Сообщение отредактировал vldmr86 - May 30 2018, 12:26

[Сергей Борщ]

Вот для того чтобы из 5 получить 2.5 нужна LDO.

А зачем тут именно линейный стабилизатор с малым падением (LDO, Low Dropout)? Малое падение здесь никак не используется.

[vldmr86]

А зачем тут именно линейный стабилизатор с малым падением (LDO, Low Dropout)? Малое падение здесь никак не используется.

Малое падение здесь в принципе не нужно совсем. Значительно более приятны малые габариты и минимальное количество внешних компонентов - все 2 конденсатора. У нас все очень компактно. Но если появится смысл заменить LDO на что то другое - я вовсе не против.

[Harbinger]

Настроили входы по феншую - получилось 190 микроампер. При это полностью заглушенная потребляет порядка 90..100 микроампер. То есть еще порядка 90 микроампер утекает через несовершенное питание (пока так предполагаем).

Если тактовая частота тоже по феншую, то таки да, утечки на стороне.
(Прямо сейчас предстоит решить аналогичную задачу на STM32L151 вместо STM8L051. С последним удалось добиться 5 мкА в LPR, что вполне согласуется с даташитом).

а также учитывайте довольно большой ток саморазряда у ульраконденсаторов.

Это да, но прогресс не стоит на месте; есть уже 3-фарадники с утечкой в единицы мкА.

[Plain]

Может я не там ищу

Поставить TPS62740 инвертирующим 0,7...2,7 В в 1,8 В.

[vldmr86]

Вопрос в продолжении темы. Решили порепетировать работу с понижением и повышением на другом устройстве. Схему приложил. Пока схема собрана так как нарисована. Наткнулись на побочный эффект который пока навесным монтажом победить не получилось. Проблема возникает в тот момент когда повышающий преобразователь приближается к границе запуска - к 0.9 вольта. Он останавливается и в этот момент STM32 перегружается/сбрасывается. Потребление от суперкапа падает и он начинает бодро восстанавливаться. От чего повышающий преобразователь пытается запустить и так несколько раз, пока окончательно не высосет суперкап. Это дрыгание повторяется раз 5-6. Можем добавить в софт управление ENABLE. Простую схему выдумать не получается. Прошу помощи

Прикрепленные файлы

 001_ServicePS_sc.pdf ( 9.92 килобайт ) Кол-во скачиваний: 29

 

[wim]

ПМСМ, неудачно выбран ионистор - слишком большое внутреннее сопротивление.

[vldmr86]

ПМСМ, неудачно выбран ионистор - слишком большое внутреннее сопротивление.

Странное заключение. Со своей основной функцией он справляется - достаточное время работы обеспечивает. Он сравнительно дешевый 0.6$ если купить упаковку 500 штук. Решение своей проблемы мы нашли, но оно ущербное и помогает нестабльно. Хотелось бы на чужие варианты посмотреть.

Сообщение отредактировал vldmr86 - Jun 17 2018, 10:35

[wim]

0.6$ если купить упаковку 500 штук

Разработка электроники - занятие не для бухгалтеров. Для начала посчитатйте, какое падение напряжения будет на сопротивлении 40 Ом. Вообще, такие схемы можно промоделировать в симуляторе без всякого шаманства с навесным монтажем.

Хотелось бы на чужие варианты посмотреть.

Например, Cap-XX.

[Plain]

Автор определённо не бухгалтер, потому как не стал за те же деньги получать вдвое больше энергии.

[vldmr86]

ПМСМ, неудачно выбран ионистор - слишком большое внутреннее сопротивление.

С внутренним сопротивлением накладка вышла. Вы за ходом моей мысли не успели Сначала мы действительно игрались с Panasonic. Поигрались и бросили - не вытягивает нужное время. Потребление снизили почти 190 микроампер. Наверное можно еще что-то отщипнуть но радикально это ситуацию не спасет. Получили на опыты Nesscap. В новой схеме он имеет емкость 3 фарада. Описание приложил.
Panasonic кстати дороже почти в 5 раз, если паллетами покупать и везут его долго. Вообщем всем плох.

Сообщение отредактировал vldmr86 - Jun 17 2018, 15:28

Прикрепленные файлы

 NCE_2017_Datasheet_2_7V3F_3001957_EN_1.pdf ( 1.33 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 11

 

[wim]

Получили на опыты Nesscap. В новой схеме он имеет емкость 3 фарада.

Конденсатор хороший, годный, а схема включения - не очень. Такому конденсатору нужно ограничивать ток заряда, например, так.

[vldmr86]

Конденсатор хороший, годный, а схема включения - не очень. Такому конденсатору нужно ограничивать ток заряда, например, так.

Этот чип здесь уже советовали. И мы его даже купили на пробу. На общем фоне LDO и STEP DOWNов он не дешев, но собственный ток потребления замечательный. Необходимость ограничения тока заряда понятна - в отличии от Panasonic с Nesscap без этого не обойтись. Вторая схема упрощена - тут только основные узлы. Между тем что советует TI в Вашем документе и тем что у нас есть одно существенное различие - нагрузка и микроконтроллер это одна и та же STM32. Последовательность событий такая - сначала начинается заряд суперкапа (неважно - от LDO или TPS62740), через чуть меньше секунды запускается STEP UP и следом стартует STM32. Потом внешний источник выключается - и суперкап разряжается до нижнего порога работоспособности STEP UPа. Преодолев порог STEP UP выключился а суперкап начинает потихоньку восстанавливаться и начинается то самое дрыгание раз 5-6. Или я что-то упускаю и схема ограничения как-то это паразитное самовосстановление суперкакпа прекратит?

У нас была идея каким-нибудь образом включиться первый раз - подтянув ENABLE на пару секунд к +2.5 вольт а после запуска STM32 удерживать его во включенном состоянии. А при необходимости "отпилить сук на котором сидим" - опустить его на землю.

[wim]

схема ограничения как-то это паразитное самовосстановление суперкакпа прекратит?

Нет, конечно, - это вообще проблема питания от всех низкоэнергетичных источников. Я бы предложил два варианта:
1) Включать повышатель каким-нибудь супервизором питания, а выключать от МК (удерживать сигнал ENABLE до разряда конденсатора).
2) Запитать МК через диодную развязку от супеконденсатора. Включать и выключать повышатель МК будет сам.

[ZVA]

Для подгрузки суперкапа после отключения TPS достаточно одного диода между 1 и 5 ногами микросхемы. ИМХО.

[Plain]

я что-то упускаю

Повторяю, посчитали бы сперва деньги, тогда сейчас бы всё работало на TPS62740, у которой есть удобный выход PG, объёдиняющий события отсутствий питания, выхода и разрешения.