Питание "батарейных" устройств, Как организовать? Опции

[SpiritDance]

Есть желание сделать устройство, включающее несколько датчиков, MCU (picoPower AVR или скорее будущий SAM7L), возможно память FRAM и графический ЖК с подсветкой, то есть потребление, по идее, не самое большое. Устройство должно уметь питатся от обычной батарейки AA (литиевые элементы тоже в расчет берутся).
Суть проблемы. Во-первых, штатное напряжение питания 1.5 - 6В. Батарея считается посаженой кода это напряжение достигает уровня 1.2, при этом устройство должно продолжать выполнять основные функции, выдавая сигнал рарядки батареи. Во-вторых устройство в режиме сна должно быть способно просуществовать около года.

Вопрос как грамотно подойти к решению проблемы? Я понимаю что потребуется тщательно выбирать элементную базу, но вопрос прежде всего в источнике питания, способным вадавать 3.0 В (дисплей) не просаживая батарею за несколько минут. приветсвуются любые идеи наставления и нравоучения, потому что устройствами на батарейках раньше не занимался и даже не особо много слышал про них.

Извиняюсь если не совсем в тот раздел.

Сообщение отредактировал SpiritDance - Aug 27 2006, 10:34

[Сергей Б]

А можно поподробнее про батарейки АА. Их сколько можно штук воткнуть или хотелось от одной работать? Ваши требуемые массо/габаритные характеристики устройства? Какое требуемое время работы активное состояние+сон.

Надо посчитать потребляемый ток в активном состоянии и в дежурном и посмотреть сколько батареек придеться поставить. А с источником питания проблем быть не должно.

[wim]

Суть проблемы. Во-первых, штатное напряжение питания 1.5 - 6В. Батарея считается посаженой кода это напряжение достигает уровня 1.2, при этом устройство должно продолжать выполнять основные функции, выдавая сигнал рарядки батареи. Во-вторых устройство в режиме сна должно быть способно просуществовать около года.

Можно использовать топологию преобразователя SEPIC. Он может работать с повышением и понижением входного напряжения, но, по сравнению с флайбэком, у него непрерывный входной ток - это продлит жизнь батарейкам. Или Cuk, если не важна полярность выходного напряжения. На такие напряжения выпускаются готовые микросхемы со встроенным ключом, например для мобильных телефонов. Загляните на сайты Texas Instruments и National Semiconductor - там есть поиск по параметрам.

[SpiritDance]

Батарейка одна. Масса устройства до 500г, определяемая в основном корпусом (более половины массы устройства). Активное состояние не меньше полусуток где-то. Собственно посчитать время точнее довольно трудно так как это очень зависит от пользователя. Вобщем это что-то вроде сотового телефона без трансивера или тетриса, питающегося от батарейки. 8) Потребляемый ток посчитать можно конечно, только элементная база еще не выбрана. Собственно меня интересуют как именно устроены повышающие напряжение блоки питания в таких устройствах (есть ли специфика) и существуют ли низковольтные ЖК (1.8 В) с подсветкой.

wim
А можно чуть поподробнее пожалуйста во-первых про "топологию преобразователя SEPIC", во-вторых про то, какие микросхемы искать на сайте, т.е. название хотябы приблизительно, если вы их применяли, а то микросхем у обоих фирм много.
Вроде нашел уже LM2621 но он при первом взгляде StepUp только? как быть если нужно зазусунуть 3В и получить 1.8? Хотя я еще посмотрю на этот SEPIC, может все именно так сказочнопросто как вы говорите.

Сообщение отредактировал SpiritDance - Aug 28 2006, 06:52

[ESL]

КР1446ПН1 - у меня реальный КПД был 82%

[Сергей Б]

Можно поставить TPS61100 Texas Instruments. У нее 95% КПД, что для батарейного питания просто супер. Она с 0.8...1.5 на 3.3. Под 3.3 все работает нормально. Эту микруху я видел в Альтексе. (правда стоит 3 бакса), но если хочется подольше батарейку поиспользовать, то лучшего варианта наверное нет.

Кстати насчет батареек. Есть литий-ионные батарейки saft. Емкость одуренная, я использовал размером D батарею (13Ач). Но на меньшие размеры у них тоже есть.

[vvs157]

... графический ЖК с подсветкой, то есть потребление, по идее, не самое большое.

У ЖКИ с подсветкой на светодиодах потребление довольно зничительное (10-ки мА) и этой подсветке обычно нужно 4-4.5 В.

[wim]

wim
А можно чуть поподробнее пожалуйста во-первых про "топологию преобразователя SEPIC", во-вторых про то, какие микросхемы искать на сайте, т.е. название хотябы приблизительно, если вы их применяли, а то микросхем у обоих фирм много.
Вроде нашел уже LM2621 но он при первом взгляде StepUp только? как быть если нужно зазусунуть 3В и получить 1.8? Хотя я еще посмотрю на этот SEPIC, может все именно так сказочнопросто как вы говорите.

Совершенно верно, хоть с LM2621 не работал, но однозначно подойдет. Любой StepUp можно включать по схеме SEPIC. А на той же страничке есть онлайн-калькулятор Webench. Задаете параметры, он сам все считает, схему рисует, иногда предлагает даже топологию платы. На самом деле палки с одним концом не бывает, в этой топологии сложнее настроить обратную связь, но в данном случае поможет Webench.

[DSIoffe]

Можно использовать топологию преобразователя SEPIC. Он может работать с повышением и понижением входного напряжения, но, по сравнению с флайбэком, у него непрерывный входной ток - это продлит жизнь батарейкам.

А почему у него непрерывный входной ток? Вроде там на входе ключ, который то подключает индуктивность к земле, то отключает, как у step-up.

[singlskv]

Может быть это подойдет:
MAX756 / 757 работает до 0,7V
MAX866 /867 работает до 0,8V с гарантированным startup 0,9V.

Правда по моему довольно дорогие

Кстати, а морозоустойчивость нужна ?
ИМХО, для батарейных устройств, довольно больной вопрос.

Сообщение отредактировал singlskv - Aug 28 2006, 10:45

[acex2]

Если уж пошли про step-up, то стоит вспомнить и про NCP1400 от ON-Semi. 100 мА, start-up при 0.8, работает вплоть до 0.2 В. Стоит порядка 50 центов мелким оптом. Продают практически на каждом углу.

[SpiritDance]

Прошу заметить что входное может колебатся от 1.2 до 6, поэтому не все советы одинаково полезны. Морозоустойчивость не нужна. Тип батареек собственно тоже не важен, потому как выбирается пользователем пользователя.

Как же быть с ЖК? Ведь элекронные часы например тоже пользуют жк с оиногда включаемой подсветкой и живут при этом долго.

[Сергей Б]

Как же быть с ЖК? Ведь элекронные часы например тоже пользуют жк с оиногда включаемой подсветкой и живут при этом долго.

При включении подсветки в часах, включается дополнительный повышающий DC/DC на короткое время. Вот потому батарейка и живет долго. У меня такие есть...включаю подсветку только утром. Батарейка жила год.

[Сергей Б]

Как же быть с ЖК? Ведь элекронные часы например тоже пользуют жк с оиногда включаемой подсветкой и живут при этом долго.

При включении подсветки в часах, включается дополнительный повышающий DC/DC на короткое время. Вот потому батарейка и живет долго. У меня такие есть...включаю подсветку только утром. Батарейка жила год.

Как же быть с ЖК? Ведь элекронные часы например тоже пользуют жк с оиногда включаемой подсветкой и живут при этом долго.

При включении подсветки в часах, включается дополнительный повышающий DC/DC на короткое время. Вот потому батарейка и живет долго. У меня такие есть...включаю подсветку только утром. Батарейка жила год.

эх...что то сообщение странно так размножилось, извиняюсь

[SpiritDance]

Ясно. Более-менее что-то вырисовывается. Спасибо всем за ответы.

[wim]

Можно использовать топологию преобразователя SEPIC. Он может работать с повышением и понижением входного напряжения, но, по сравнению с флайбэком, у него непрерывный входной ток - это продлит жизнь батарейкам.

А почему у него непрерывный входной ток? Вроде там на входе ключ, который то подключает индуктивность к земле, то отключает, как у step-up.

В отличие от buck и flyback ключ стоит после дросселя и, если его индуктивность выбрана так, что он работает в режиме непрерывных токов, то входной ток содержит постоянную составляющую (непрерывную) и пульсации треугольной формы - Вы ж сами в статье привели диаграммы IL1, IL2. Эти пульсации в принципе можно уменьшить до любой величины, а в buck и flyback это проблематично, даже если ставить на входе фильтр. То же самое у step-up.

[_artem_]

По моему надо бы определится какой будет холостой ток в спясэм режиме (для длительного функционирования он обьязателен) а потом уже говорить о конкретных моделях преобразователей. Вроде бы Вам один год нужен работы, а это немалый срок - 50-60 (если не ошибаюсь) микроампер среднего потребления тока для емкости батареи в 500 мА час.

[_artem_]

repost ..

Сообщение отредактировал _artem_ - Aug 28 2006, 14:58

[vvs157]

Как же быть с ЖК? Ведь элекронные часы например тоже пользуют жк с оиногда включаемой подсветкой и живут при этом долго.

В часах (тех, какие мне попадались на глаза) подсветка не светодиодная, а электролюминисцентная (маленький ток, но большое напряжение, лампочки накаливания не в счет ) и как уже указывалось работает очень недолго. Графических ЖКИ с электролюминисцентной подсветкой живьем не видел, встречал только упоминание.

[singlskv]

Прошу заметить что входное может колебатся от 1.2 до 6

Ну, у приведенных мною в качестве варианта Maxim(ов), как раз есть:
SHDN - типа когда он не нужен, а еще есть
LBI,LDO - контроль напряжения на батарейке как раз на уровне 1,25.
Осталось только убедить заказчика, что 1,25 и 1,2 это одно и тоже

По моему надо бы определится какой будет холостой ток в спясэм режиме (для длительного функционирования он обьязателен) а потом уже говорить о конкретных моделях преобразователей. Вроде бы Вам один год нужен работы, а это немалый срок - 50-60 (если не ошибаюсь) микроампер среднего потребления тока для емкости батареи в 500 мА час.

Quiescent Supply Current у stepup DC/DC обычно не превышает 60 микроампер.
А 500мА/час это даже для Ni-Cd немного.
А если не нужна морозоустойчивость, то Ni-MH или Li-Ion дадут куда как больше.

[_artem_]

По моему надо бы определится какой будет холостой ток в спясэм режиме (для длительного функционирования он обьязателен) а потом уже говорить о конкретных моделях преобразователей. Вроде бы Вам один год нужен работы, а это немалый срок - 50-60 (если не ошибаюсь) микроампер среднего потребления тока для емкости батареи в 500 мА час.

Quiescent Supply Current у stepup DC/DC обычно не превышает 60 микроампер.
А 500мА/час это даже для Ni-Cd немного.
А если не нужна морозоустойчивость, то Ni-MH или Li-Ion дадут куда как больше.

В соответствии с ТЗ :

Устройство должно уметь питатся от обычной батарейки AA

post nomer 1

Для худшего случая ААА пальчиковой батареи MN2400 Alkaline 1,5 емкость до 1,175 А/час

АВР по даташиту работают от 1.8 (хотя практически можно меньше но не будем же испытывать судьбу). ДС ДС конвертер должен работать с входным напряжением в пределах от 1 - 1.5 вольта. Было бы интересно узнать чип который Вы рекомендуете на этот диапазон входных напряжений и потреблаэмого тока. Хорошо бы проанализировать эффективность преобразования на малых напряжениях и минимал;ное напряжение от которого преобразователь будет работать. Кроме этого автор не указал будет ли устройство выключаться или требуется постоянная работа кроме того чем контроллер будет занят в нормальном режиме работы.
Причем потребление контроллера сильно разнится в зависимоссти от режима работы.
Я предполагаю, что можно контроллер запитывать отдельно с помошью мултивибратора с емкостным умножителем напряжения а затем если основная часть устройства входит в действие - запустить более мошный дс дс для запитки перфирийных фанфар. Тогда потребление в режиме с отключенной периферией можно будет уменьшить.
Или все таки есть чипы заменяюшие мой вариант ?

Сообщение отредактировал _artem_ - Aug 28 2006, 22:45

[_artem_]

Пардон , не прочитал вашего поста наверху - на странице 3 даташита NO-LOAD BATTERY CURRENT vs. BATTERY VOLTAGE
(VOUT = 3.3V) можно увидеть что при напряжении батареи в 1.5 вольта потребление около 100 микроамперов a
при 1.2 еще больше. Это означает что при непрерывном режиме работы дс дс при учете того что напряжение батареи будет оставатья на уровне 1.5 в дс дс отберет до 860 мА час емкости батареи в год а это означает 1,175 - 0.86 = 315 мА час что является емкостью которую мы сможем употребить по своему назначению . В пересчете на час это делает 35 микроА час . Вроде бы не густо. Опять таки входных данных от автора не очень много и однозначно оценку давать нельзя. имхо.

[SpiritDance]

Я предполагаю, что можно контроллер запитывать отдельно с помошью мултивибратора с емкостным умножителем напряжения а затем если основная часть устройства входит в действие - запустить более мошный дс дс для запитки перфирийных фанфар. Тогда потребление в режиме с отключенной периферией можно будет уменьшить.

Именно так. От 1.8 будет питатся только сам контроллер. Входные данные неточные и размытые потому как только "врубаюсь в тему". Осмысленного ТЗ еще нет, прошу извинить.

Отсюда еще маленький вопрос. Переферию (датчики) и ЖК планирую питать отдельно с отключающимися StepUp DC/DC. Вот только незнаю как это сделать лучше - подать им на вход 1.8 или подключить непосредственно к батарейке. По-моему первый вариант лучше.
Порекомендуйте пжалста микросхемы со входным 1.8 и выходным 3.3 и 5 с минимальным количеством обвесных элементов. Для 5В ток должен быть достаточен для запитки ЖК и LED подсветки (непомню точно цифр для ЖК fordata по-моему около 100 мА для подсветки)

[_artem_]

imho charge pump для больших токов будет неподходяшим поэтому dc-dc im запитывать нецелесообразно.
Опять таки Ваше ТЗ это определит . Если возможно выключение устройства - то для сохранения состояния можете воспользоваться еепромом. Но если устройство должно самовключаться в определенные моменты времени возможны два варианта - включение собачкой или же отдельный одновибратор (для низкого потребления) с записю состояния программы в eeprom'e, которые будет включать dc-dc через нужные вам промежутки времени на нужное время.

[singlskv]

Порекомендуйте пжалста микросхемы со входным 1.8 и выходным 3.3 и 5 с минимальным количеством обвесных элементов. Для 5В ток должен быть достаточен для запитки ЖК и LED подсветки (непомню точно цифр для ЖК fordata по-моему около 100 мА для подсветки)

посмотрите MAX1724 - 2 кондера и катушка, даже диода не нужно.
и в shutdown потребление почти 0.

[liberta]

Мне понравилась LM2623, стартует с 1.2, работает от 0.6 ( хотя в datasheet 0.8) до 14, и цена приятная около 1$. минимум обвески.