Батарейное питание ATmega48, обеспечение максимального времени "жизни" Опции

[ivainc1789]

Данный контроллер предполагается использовать при питании от батареи 3V. Вывод питания контроллера соединен с батареей через простейший Step-Up преобразователь (индуктивность плюс диод плюс ключ-транзистор). Хотелось бы, чтобы контроллер сам следил за собственным питанием, обеспечивая его на уровне 5V путем управления преобразователем. Нагрузка (остальная часть схемы) питается от 5V контроллера и потребляет (кратковременно) не более 10 mA.
Возможно ли сделать такое?
Как я понял, основная проблема - как обеспечить абсолютно минимальное потребление в состоянии выкл. устройства. Желательно использовать режим power down. Однако и за собственным питанием кристалла надо следить. Для этого при естественном снижении собств. питания в течении разрядки батареи нужно просыпаться, накачивать ключом преобразователя энергию до достижения питания 5V и снова засыпать.
Проблема в том, как просыпаться из power down по достижению опасного снижения напряжения питания? Компаратор в этом режиме не работает, источник опоры нужен, есть и может быть включенным, но... зачем?
Решение одно: импульсное просыпание, настройка внутр. периферии и снова сон...
Хотелось бы с помощью разумной доп обвески сделать wake-up ТОЛЬКО, когда зафиксировано опасное снижение питания...
А может лучше плюнуть и применить NCP1450 - ШИМ-контроллер от ON SEMICONDUCTOR для повышающего преобразователя напряжения (5В, 400мА, 180кГц, КПД 88%), способный работать от 0,6В. Для построения полного преобразователя достаточно всего пяти внешних компонентов и силового ключа с низким сопротивлением открытого канала для получения выходного тока до 1А. NCP1450A способен пропускать некоторые импульсы для сохранения высокого КПД при малых токах нагрузки?

[Diusha]

Если уровень не меняется (5В), однозначно регулировку надо делать без контроллера.
А, собственно, зачем 5В, если есть 3. mega48 работает от 2.7…5.5В, mega48V – 1.8…5.5.

[slog]

Микроконтроллер тебе надо питать сразу от батареек, без пробразователя, тогда можно получить небольшой средний потрблямый ток. От 5V ОЧЕНЬ желательно отказаться вообще, если это совсем нельзя, то включать 5V стабилизатор только на время работы. Используй готовый импульсный стабилизатор.

[CD_Eater]

А не лучше ли будет контроллер питать 3 вольтами от батареи напрямую, а 5-вольтовую периферию, когда она кратковременно требуется, запитывать простейшим умножителем
http://www.caxapa.ru/sch/multiplier.html

[at90]

я юзал степ up NCP1402?, Он работает до 0.6 вольта. А на выходе 3.3 вольта

[Wild007]

Я использую MAX1674 КПД до 90%, минимум навесных деталей. Есть вывод LOW BATTERY DETECT OUT использую для вывода индикации о замене батареи. Работает от 1.1 В выход 3В или 5В. Очень советую.

[mse]

Ужас...Зачем 5В-то? В повердовн м48 будет жрать около 100нА на 3В. При повышении до ~4Впотребление резко растёт. Если пользовать часовой генератор, он будет есть около 4мкА. С часовым генератором и просыпанием от него раз в сек. для исполнения 1000 циклов кода@8MHz от нутряного Р-Ц, потребление было 7,5мкА. Для 200ма/Ч батарейки это примерно 3 года.

[IgorKossak]

Поскольку проблема мониторинга собственного напряжения питания всё ещё на повестке дня, то делать это можно внешним дешёвым микромощным компаратором/супервайзером.
Из powerdown режима atmega48 может выйти по прерываниям int0, int1, pinchange, что в данном случае весьма кстати.
Потребление будет минимальным.
Опрос же состояния питания раз в секунду проблемы не решает.

[ivainc1789]

Попробую ответить всем по порядку.
Рассматривается только часть схемы. На самом деле есть еще обычный ист. питания на 9V. При аварийном его отключении и должно происходить переключение на батарейное. Кроме того, схеме требуется два питания 5 и 15 вольт. ATmega48 по совместительству выполняет еще ряд функций чем и обусловлен ее выбор.
Питать от батарейки нельзя, т. к. из нее нужно выжать все. Примем это за условие задачи.
За ссылки на степ апы спасибо. Но это крайний вариант.
Из power down контроллер должен выходить при опасном снижении напряжения батареи. Нужна опора! Она есть внутри (1,1V) и может быть включена. Но это потребует внешнего навеса. Идея: поставить на выходе микро стабилизаторы LP2951 на 5 и 15 вольт. Тогда я склоняюсь к импульсному режиму работы меги: раз в секунду просыпаться, если уровень напряжения на входе стабилиз опасно уменьшился - подкачать преобразователем это напряжение до требуемого (20V), выполнить доп. задачи и снова сон. Сделать из 3.6 вольт 20 степ апом можно, если использовать в преобразователе индуктивность с отводом. Кста, по цепям 5 и 15 вольт при штатном питании потребление до 80 мА. В целом мне кажется оптимальное решение.
Использовать pin change для детектора снижения напр питания нельзя, т. к. само напр питания снижается при разряде батареи.
И последнее. В меге48 нет усилителя на входе ADC, так ли это принципиально? Ведь мне 20 вольт на входах LP2951 точно держать не надо - достаточно коэфф. стабилизации самих стабилизаторов.

[ivainc1789]

Я использую MAX1674 КПД до 90%, минимум навесных деталей. Есть вывод LOW BATTERY DETECT OUT использую для вывода индикации о замене батареи. Работает от 1.1 В выход 3В или 5В. Очень советую.

Где покупали? Мне менее чем за 150р. в розницу найти не удалось.

[Wild007]

Я использую MAX1674 КПД до 90%, минимум навесных деталей. Есть вывод LOW BATTERY DETECT OUT использую для вывода индикации о замене батареи. Работает от 1.1 В выход 3В или 5В. Очень советую.

Где покупали? Мне менее чем за 150р. в розницу найти не удалось.

Наша фирма работает сRainbow Technologies - электронные компоненты и при опте мы имеем хорошую скидку.

[Andreas1]

Питать от батарейки нельзя, т. к. из нее нужно выжать все. Примем это за условие задачи.

и как будет происходить включение при выжатой батарейке и без внешнего Step-up ???
Ставьте NCP.... и не мучайтесь, дешево($0,7 в серии), жрет мало, есть режим пропуска импульсов при малом токе и без проблем.

[mse]

Чего-то, видать, у меня с головой...

На самом деле есть еще обычный ист. питания на 9V. При аварийном его отключении и должно происходить переключение на батарейное. Кроме того, схеме требуется два питания 5 и 15 вольт. ATmega48 по совместительству выполняет еще ряд функций чем и обусловлен ее выбор.
Питать от батарейки нельзя, т. к. из нее нужно выжать все. Примем это за условие задачи.

Ну ладно, приключилась авария. Перешли на батарейку...М48 может напрямую работать с батареи. Остальная часть схемы, что, тоже должна в этот момент работать? Типа м48 в ауте, а схема стукотит?

Из power down контроллер должен выходить при опасном снижении напряжения батареи. Нужна опора!

Отлично, батарея села, м48 проснулась и чего? Заменила батарею? Смысл срочно-обморочно просыпаться?

Идея: поставить на выходе микро стабилизаторы LP2951 на 5 и 15 вольт. Тогда я склоняюсь к импульсному режиму работы меги: раз в секунду просыпаться, если уровень напряжения на входе стабилиз опасно уменьшился - подкачать преобразователем это напряжение до требуемого (20V), выполнить доп. задачи и снова сон...Кста, по цепям 5 и 15 вольт при штатном питании потребление до 80 мА. В целом мне кажется оптимальное решение.
Использовать pin change для детектора снижения напр питания нельзя, т. к. само напр питания снижается при разряде батареи.

Это я вообще не понимаю...Громадные токи потребления...и мы экономим миллиамперы для м48. Зачем её тогда в повердовн? В идле ей само то место. А там всё чё хошь сможет работать. Любая периферия, в смысле.
ИМХО такое, что задача как-то не обдумана...Раз стоко жрётся, ставить кислотный аккум на 12В от УПСа какого. Хоть КПД на повышение будет человеческим. 15В@80mA из 3,6V с КПД 90%...ну-ну.

[ivainc1789]

Это я вообще не понимаю...

Я хотел ограничиться частичным описанием задачи, но видно не выходит.
В общем, проблема в следующем. Есть переносной измерительный прибор с батарейным питанием от аккома 3.6 вольт. Сама нагрузка - схема измерений, состоит из цифровой и аналоговой части, управляемых мегой 16. К такой нагрузке требуется разработать источник питания от бычного адаптера напряжением 9 - 20 вольт с возможностью резервирования и максимально продолжительной работой от батареи, на случай, если прибором будут пользоваться в полевых условиях.
Максимальный ток потребления измерительной схемы (суммарный) 70 мА. В зависимости от условий питания, прибор может ограничить некоторые виды измерений в полевых условиях и снизить запрашиваемый суммарный ток потребления до 25 мА.
Предлагаемое решение см. на рисунке. Какие будут предложения?

[CD_Eater]

Раз прибор предназначен для использования человеком (то есть, включается-выключается вручную на время проводимых измерений), то нет смысла загонять управляющий МК в спящий режим - пусть жрёт свои 2-3 мА постоянно, пока включен (причём жрёт напрямую от батарейки, чтобы степ-ап работал только в момент измерений).
Задача по существу состоит в том, чтобы сделать степ-ап с 3.6 вольт до 5...9 с хорошим КПД (или два - один на 5, другой на 9, чтобы КПД точно был хороший). В ту сторону и копайте, не отвлекаясь на мелочи.

[ivainc1789]

Раз прибор предназначен для использования человеком (то есть, включается-выключается вручную на время проводимых измерений), то нет смысла загонять управляющий МК в спящий режим - пусть жрёт свои 2-3 мА постоянно, пока включен (причём жрёт напрямую от батарейки, чтобы степ-ап работал только в момент измерений).
Задача по существу состоит в том, чтобы сделать степ-ап с 3.6 вольт до 5...9 с хорошим КПД (или два - один на 5, другой на 9, чтобы КПД точно был хороший). В ту сторону и копайте, не отвлекаясь на мелочи.

Раз прибор будет использоваться человеком, выключать его (прибор) я человеку точно не доверю. Тем более что квалификация потенц персонала невысока. Прибор не будет использовать механических выключателей. Будет использование включение с клавиатуры и автоотключение по истечении таймаута, если использование не продолжается.
Насчет задачи по существу в принципе согласен. У меня получилось обойтись одной ATtiny26, которую использую вместо атмеги48 из-за отсутствия в последней внутр усилителя аналог сигнала.

И вот только что созрело еще одно решение. Тиньку26 можно будить из повердауна с помощью компаратора ошибки, имеющегося в LP2951. Получается интересное решение: как только вых напряжение уменьшается до 4.75 вольт компаратор срабатывает, происходит прерывание по уровню например в INT0 и контроллер просыпается для подкачки питания!!! Это все когда прибор не эксплуатируется. В данном случае общее потребление будет: тинька плюс два LP2951 плюс расход на редкое просыпание для подкачки питания. Есть ли способ еще больше уменьшить потребление?

[singlskv]

ИМХО: Вы слегка зациклились на попытке выжать все что можно из аккумуляторов
при том потреблении которое у Вас есть для аналоговой(измерительной) части.
При тех максимальных токах(и минимальных тоже ), которые в Вашей схеме, Вы вряд ли
получите реальный рост продолжительности работы устройства более 5-10%.
Так стоит ли замарачиваться...?
ИМХО, потерии от поднятия от 3,6 до 12-20V и потом LDO до 5 вольт перекрывают
любые возможные плюсы.
Единственный вариант, 2 step-up, хотя я например несовсем уверен что в вашем случае это
тоже преемлемый вариант

[singlskv]

В догонку:
Если Вы хотите получить дельных советов, то поробуйте описать
работу своего устройства примерно в таком виде:
режим 1 : Включена только "цифра", потребление xxx время в этом режиме ууу.
режим 2 : Включена "цифра" и часть "измерений"(9V), потребление xxx время в этом режиме ууу.
режим 3 : Включена "цифра" и все "измерения"(9V), потребление xxx время в этом режиме ууу.
и т.д. и т.п.
Возможно, после того, как Вы опишите работу своего устройства в таком виде, у Вас отпадет много
вопросов... ...хотя, появятся другие

[ivainc1789]

В догонку:
Если Вы хотите получить дельных советов, то поробуйте описать

режим 1 : потребление 20mA время в этом режиме 1c.
режим 2 : потребление 10mA время в этом режиме 3c.
режим 3 : потребление 5mA время в этом режиме 0.5c.
режим 4 : потребление 30mA время в этом режиме 1.5c.

Чаще всего используется режим 1.

А если использовать самодельный импульсный трансформатор (двухтактный или однотактный преобр с обратн диодом)? Потребление будет больше, чем в случае применения двух степ-апов?

[singlskv]

В догонку:
Если Вы хотите получить дельных советов, то поробуйте описать

режим 1 : потребление 20mA время в этом режиме 1c.
режим 2 : потребление 10mA время в этом режиме 3c.
режим 3 : потребление 5mA время в этом режиме 0.5c.
режим 4 : потребление 30mA время в этом режиме 1.5c.

Чаще всего используется режим 1.

Ну,а где тут у Вас разделение по цифровой/аналоговой части по режимам потребления ? (5/9V ?)
У Вас всегда цифровая и аналалоговая часть работают паралельно ?

Чаще всего используется режим 1.

"Чаще всего", это все остальное время когда не работают режимы 2/3/4 или есть еще
режим например N5 про который Вы забыли нам расказать ?

А если использовать самодельный импульсный трансформатор (двухтактный или однотактный преобр с обратн диодом)? Потребление будет больше, чем в случае применения двух степ-апов?

Ну, если я ничего не понял, то для питания аналоговой части вы предпологали step-up+LDO,
Собственно не понял, причем сдесь может быть трансформатор при питании от аккамуляторов ?

[mse]

И вот только что созрело еще одно решение. Тиньку26 можно будить из повердауна с помощью компаратора ошибки, имеющегося в LP2951. Получается интересное решение: как только вых напряжение уменьшается до 4.75 вольт компаратор срабатывает, происходит прерывание по уровню например в INT0 и контроллер просыпается для подкачки питания!!! Это все когда прибор не эксплуатируется. В данном случае общее потребление будет: тинька плюс два LP2951 плюс расход на редкое просыпание для подкачки питания. Есть ли способ еще больше уменьшить потребление?

Блин...да далось вам эта подкачка питания...Если у вас режимы работы 0,5-5сек, так пусть всё работает как есть. Поставьте мощный ключ, который будет подавать 3,6В от аккумулятора к 2 степапам(на отдельных получить толковый КПД гораздо вероятнее) на время работы и всё. За 0,05-0,1сек они выйдут на рабочий режим, никто и не заметит. А м48 или что там у вас, питайте прям от батареи. И пусть она в повердовне будет только при самоотключении между рабочими цыклами. А когда прибор не эксплуатируется, нахрен вообще чего-то подкачивать?

[Gennadiy_]

Зачем так много ступений преобразований и промежуточных напряжений, или от них тоже чтото питается, на схеме не показано?


Возможно вам пригодится mc78lc00

В Tiny26 кривая опора (2,6-2,87), в курсе?


Питайте управляющий МК постоянно, остальное по требованию.

Мое устройство с таким стабилизатором и Тини26 ест 35мка (Выкл), и половину ест делитель контроля батареи, но ему не требуется просыпаться самому, поэтому просыпается оно по внешнему ресет, засыпает само, или тоже по ресет.

[GDI]

Можно, наверное еще посмотреть в сторону режима Noise Reduction в этом режиме контроллер просыпается по окончании преобразования АЦП, которым собственно и нужно мерить напряжение батареи, а во время измерения даже кварц останавливается... правда не знаю будет ли потребление меньше , чем в режиме Power Down.

[ivainc1789]

Критику воспринял, проанализировал, вроде получилось более красивое решение. Какие будут мнения?

Все ли Тини26 с дефектом опоры? Может в поздних релизах поправили? Ссылки приветствую.

[singlskv]

Критику воспринял, проанализировал, вроде получилось более красивое решение. Какие будут мнения?

А зачем КРЕН 5 на входе ? Не проще ли внешний блок питания на 5,5 V ?
Для зарядного ус-ва вроде должно хватать.
Зачем отдельный Step-UP на нагрузку 5V , если в схеме уже есть NCP1450 ?

[ivainc1789]

Критику воспринял, проанализировал, вроде получилось более красивое решение. Какие будут мнения?

А зачем КРЕН 5 на входе ? Не проще ли внешний блок питания на 5,5 V ?
Для зарядного ус-ва вроде должно хватать.
Зачем отдельный Step-UP на нагрузку 5V , если в схеме уже есть NCP1450 ?

Внешние покупные адаптеры можно применить с различными вых напряжениями, поэтому и Кренка.
NCP1450 нужен, чтобы допустить работу контроллеров при батарее менее 0.7 вольт. И еще: не перегружать саму IC. Кроме того, удобно контролировать момент отключения нагрузок по резкому спаду потреб тока, когда мега16 уходит в сон. Но по большому счету может быть вы и правы: 100 мА от NCP1450 мне бы наверно хватило.

Есть тут еще проблема: пользователь нажал кнопку на клаве (кнопка включения прибора). Как об этом узнает тини26? Придется видимо сделать еще линию на пробуждение тини26 от меги16...



И вот вам вопрос: в прив выше схеме, как думаете, откуда тини26 узнает, что прибор включился (пользователь нажал кнопку на клаве)? Клава ведь подключена к меге16 !!! Так вот я подумал, что можно определять

Критику воспринял, проанализировал, вроде получилось более красивое решение. Какие будут мнения?

А зачем КРЕН 5 на входе ? Не проще ли внешний блок питания на 5,5 V ?
Для зарядного ус-ва вроде должно хватать.
Зачем отдельный Step-UP на нагрузку 5V , если в схеме уже есть NCP1450 ?

Внешние покупные адаптеры можно применить с различными вых напряжениями, поэтому и Кренка.
NCP1450 нужен, чтобы допустить работу контроллеров при батарее менее 0.7 вольт. И еще: не перегружать саму IC. Кроме того, удобно контролировать момент отключения нагрузок по резкому спаду потреб тока, когда мега16 уходит в сон. Но по большому счету может быть вы и правы: 100 мА от NCP1450 мне бы наверно хватило.

Есть тут еще проблема: пользователь нажал кнопку на клаве (кнопка включения прибора). Как об этом узнает тини26? Придется видимо сделать еще линию на пробуждение тини26 от меги16...

[singlskv]

Внешние покупные адаптеры можно применить с различными вых напряжениями, поэтому и Кренка.

Ну если так нравится, то можно и КРЕН.
Только зачем напряжение гонять туда-сюда лишний раз
Да, и еще, а как будет работать зарядное уст-во при таких разных напряжениях ?
Или там предполагается step-down управляемый Tiny26 ?

STEP UP 5 и STEP UP 9 на Вашей схеме програмные(управляются Tiny) ?

NCP1450 нужен, чтобы допустить работу контроллеров при батарее менее 0.7 вольт.

Если у Вас устройство для полевых условий, то предполагаю что аккамуляторы
у Вас Ni-Cd 3шт. ? (Другие мороз не любят )
Тогда 0.7/3=0.23 - это уже не работа.

И еще: не перегружать саму IC.

перегрузить IC у которой внешний диод и полевик

Есть тут еще проблема: пользователь нажал кнопку на клаве (кнопка включения прибора). Как об этом узнает тини26? Придется видимо сделать еще линию на пробуждение тини26 от меги16...

Кнопка включения вроде обычно стоит отдельно.
Может ее к tiny26 и подключить ?
А tiny26 просто управлять питанием mega16 ?

[ivainc1789]

Ну если так нравится, то можно и КРЕН.
Только зачем напряжение гонять туда-сюда лишний раз
Да, и еще, а как будет работать зарядное уст-во при таких разных напряжениях ?
Или там предполагается step-down управляемый Tiny26 ?
STEP UP 5 и STEP UP 9 на Вашей схеме програмные(управляются Tiny) ?
Если у Вас устройство для полевых условий, то предполагаю что аккамуляторы
у Вас Ni-Cd 3шт. ? (Другие мороз не любят )
Тогда 0.7/3=0.23 - это уже не работа.
Кнопка включения вроде обычно стоит отдельно.
Может ее к tiny26 и подключить ?
А tiny26 просто управлять питанием mega16 ?

Ок. Все верно. Со всем согласен. Привожу еще одну версию.
КРЕНки конечно может и не быть, но тогда пользователь может все устройство спалить, подключив внеш питание от нештатного адаптера с напряжением выше 5 вольт - ведь степ апы связаны с выходом по постоянному току. Или вы имели ввиду др включение?
Зарядное устройство действительно step-down из AVR450. Управляется тинькой.
Теперь STEPUP5 реализован на NCP1450 а STEPUP9 - диод плюс полевик.
К сож пленочные клавы уже куплены и соединены внутренне по "телефонной" схеме. Клава полностью подкл к меге16. Не хотелось бы делать отдельную кнопку. Пусть мега16 будит тиню26.
Аккумуляторы действительно Д-0.125 или Д-0.26 - посмотрим по свобод месту на плате/корпусе.
Вроде неплохо получается, схема сильно упростилась. Но вот NCP1450 (доступны по 25 руб.) еще не заказывал - может есть что-то лучше из дешевого? Посоветуйте... LM2621 неплоха, но стоит 50р. и требует большей обвески....

[singlskv]

Ок. Все верно. Со всем согласен. Привожу еще одну версию.
КРЕНки конечно может и не быть, но тогда пользователь может все устройство спалить, подключив внеш питание от нештатного адаптера с напряжением выше 5 вольт

Ну для этого вроде существуют всякие разные стабилитроны, и др. варианты защиты
от перенапряжения.

Зарядное устройство действительно step-down из AVR450. Управляется тинькой.

Только там, в AVR450 все расчеты вроде как идут относительно входного питания 15V.
А у Вас 9-20V. Не боитесь сложностей ?

Но вот NCP1450 (доступны по 25 руб.) еще не заказывал - может есть что-то лучше из дешевого? Посоветуйте... LM2621 неплоха, но стоит 50р. и требует большей обвески....

Ну, мне кажется что LM2621 тоже хороший вариант.
Но, вообще DC-DC преобразователей под вашу задачу очень много, и
ИМХО, нужно выбирать из доступных, ну и приемлемых по цене...
Лично мне, нравятся MAXIM, но они дорогие.
Зато есть например работающий в PowerDown контроль батареи, кстати который
можно было-бы использовать в режиме, про который Вы говорили в первом посте.
(ну это там где просыпаемся если напяжение упало)
Кстати, у MAXIM есть даже варианты со встоенным шотки (это если нужен минимум обвязки).
Только не думайте что я их рекламирую(они дорогие), просто я с ними больше всего
имел дело...

По поводу последнего варианта схемы:
ИМХО, стало намного лучше(проще), Но
вот лично мне, очень не нравится диод от аккамулятора к NCP14050.
Дело в том, что, когда Ваше устройство будет питаться от аккамулятора,
то на этом диоде, Вы будете терять 10-15% энергии аккамуляторов.
А оно нам надо ?
ИМХО, нужно обдумать схему питания, при которой, при включении внешнего источника,
все будет питаться от него, а NCP1450 будет просто отключаться, а при питании от
аккамуляторов, будет напрямую подключаться NCP1450.

[singlskv]

Может быть вот так ?
Покритикуйте, если кому не лень...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[singlskv]

крититки/коментариев так и не дождался,
поэтому задам конкретный вопрос:
что думает многоуважаемый all, насчет наличия довольно большой емкости паралельной
аккамулятору в режиме зарядки(AVR450) ?
как эта емкость будет влиять на измерение напряжения/тока аккамулятора ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Алекс]

Может вот так, оратноходовый преобразователь, МК выключается при напряжении разряда батареи, а включается по прерыванию как, только напряжение появилось. Компаратор напряжения микромощный.
При нажатии на кнопку Power МК подает напряжение питания в схему. МК при низкой такт. частоте потребляет мка. Есть микромощные МК.