Собирая партию недорогих сенсоров на AVR контроллерах задумался, чем их питать.
Литиевые аккумуляторы с понижающим стабилизатором — довольно дорого и неэффективно.
С литиевых батареек CR2032 трудно вытянуть стабильную работу при токах более 10мА. Напряжение на них очень быстро начинает падать.
Питание от 3-х ААА слишком громоздко.
Выход — использовать повышающий DC-DC преобразователь с низким током покоя. Кому интересно, пожалуйста под кат.
Сперва хотел использовать
NCP1400 от ON Semiconduction, но потом решил попробовать более дешевый аналог от
китайской компании SHANGHAI BELLING BL8530.
Основные характеристики преобразователя
- Минимальное входное напряжение — 0.8В
- Выходное напряжение — 2.5, 3.0, 3.3, 5.0 и 6.0В (разные маркировки на корпусах) с точностью 2%
- Максимальный выходной ток — 200мА
- Ток покоя (при выходном токе 0 ) — 12мкА
- КПД преобразования — 85%
- Частота преобразования 300-400кГц
Более подробно характеристики можно
почитать в даташите на микросхему
В общем, по описанию все очень интересно и цена довольно «вкусная».
При партии 100шт получается
около 7 центов за микросхему на 3В
Также стоят и
5-ти вольтовые преобразователи
А вот преобразователей на 3.3В по такой цене не нашел. Впрочем этих двух мне вполне хватит.
Продаются в основном преобразователи в корпусах SOT89-3
Хотя в даташите есть также SOT23-3 и SOT23-5. В последних выведена нога, отключающая чип. Удобно, если через такой преобразователь нужно питать периферию и отключать ее при ненадобности вмести с преробразователем.
«Обвес» преобразователя состоит всего из четырех деталек:
- Индуктивность на 10-100мкГн
- Диод шоттки (я применил SS14)
- Выходной электролит на 47-220мкФ
- Необязательный входной электролит >= 10мкФ
Конденсаторов и катушки SMD под рукой не оказалось. Заказал, но когда еще приедут.
Пятивольтовая версия отличается только маркировкой на корпусе
На скорую руку собрал несколько плат. Просто модуль преобразователя
Модуль с батарейкой CR2032
Приступаем к тестированию
Рабочий диапазон входного напряжения у трехвольтового стабилизатора 0.8-2.9В. И хотя чип выдерживает напряжение до 12В, при повышении входного напряжения выше напряжения стабилизации выходное напряжение повторяет входное (за исключением падения на диоде и катушке). То есть на понижение напряжения данная схема не работает.
При питании стабилизатора на 3В от двух элементов АА получаем характеристики, близкие к даташиту. Выходное напряжение начинает «проседать» при выходном токе выше 200мА
Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать
Батарейка CR2032 дала стабильное выходное напряжение преобразователя при токе 10мА и длительности 5 сек, что, впрочем, оказалось вполне достаточным для моих задач
Из 5-ти вольтовой версии стабилизатора удалось «выжать» стабильное рабочее напряжение при питании от 1хАА — 30мА и 2хАА — 100мА. Потом выходное напряжение опустилось больше декларируемых в даташите 2%
Измерение входного и выходного тока и напряжения показало КПД работы преобразователя.
Так на 3-х вольтовой версии удалось получить КПД при питании от 2-х АА до 70%
При питании от 1-й АА КПД получился немного пониже
Тестируя 5-вольтовую микросхему попробовал заменить катушку с 22мкГн на 47мкГн и получил КПД практически до 80%
Жалко, катушки большей индуктивности под рукой не нашлось. Как приедут, попробую выжать из преобразователей немного больше.
Измерение выходных пульсаций показало следующее
При установленной выходной емкости 100мкФ пульсация выходного напряжения не превышает 5%
Тестирование в холостом режиме дало довольно хорошие результаты:
Питание от 2-х АА или CR2032
- Выходное 3В — холостой ток 10мкА
- Выходное 5В — холостой ток 25мкА
Питание от 1-й АА
- Выходное 3В — холостой ток 20мкА
- Выходное 5В — холостой ток 50мкА
Результаты тестирования
Параметры преобразователей BL8530 вполне близки к даташиту. Подбором дополнительных компонентов — диода, конденсаторов и индуктивности, видимо, можно достичь еще большего приближения.
Меня же вполне устроил достигнутый результат — он полностью соответствует моей задаче.
Не подвел самый главный показатель — ток холостого режима, делающий вполне доступной питание микроконтроллера от одной батарейки, при условии что тот большую часть времени «спит».
Практическое применение
Я собрал несколько автономных сенсоров контроля влажности почвы растений с батарейным питанием на контролере ATMEGA328 и радиомодулях 433МГц
Питание от 1-й АА в корпусе от коробочки 4xАА
От CR2032 пока без корпуса
И в
симпатичных корпусах 4xAAA и питанием от одной ААА
В спящем режиме такие модули вместе с преобразователем потребляют 20мкА от 3-х вольтовой CR2032 и 40мкА от 1.5В. В активном режиме длительность. около 1сек (время измерения и передачи всех параметров) — около 10мА. Расчетное время работы от батарейки от 4-х месяцев до 1 года. (Зависит от периодов между измерениями)
Пока около месяца — полет нормальный
Подробнее об этом проекте с шлюзом на ESP8266
можно прочитать здесь . Там же можно взять исходники.
Сейчас едут разные катушки и ATTINY85 и ATTINY24A (минимально удалось ужать код только до них), а также более миниатюрные платы передатчиков с антеннами для новой версии сенсоров. По ним планируется отдельный обзор.
Нарисовалась правда одна проблемка по данной схеме. При попытки завести входное напряжение (плюс батарейки) на вход АЦП микроконтроллера через резистор 20кОм ток холостого хода всей схемы не падает ниже 5мА, несмотря на отключение всех портов в режиме сна. Пришлось мерить VCC контроллера, которое становится нестабильным, когда батарейке уже совсем хана. Может быть на АЦП плюсовой вывод батарейки через диод заводить или еще как то?
Все платы прошли ОТК ;)
При выходном токе 1А, входной будет больше 3А. (Если 1.5В) Для батарейки это многовато.
Хотя «высасыватели батарейки в телефон» на чем то подобном и работают.
Есть лоты по 10шт. Немого дороже получается, но на попробовать хватит.
Еще видел лот на 20шт, где тип указывать нужно.
Можно попробовать договориться с продавцом, чтобы разные положил
Тогда все что через резюк течет — в утечку и попадает. Причем не через преобразователь, Ю а напрямую с батареи
Кому необходимы уже готовые сборки:
aliexpress.com/item/8-pcs-Ultra-small-DC-DC-0-8-3-3V-to-DC-3-3V-Step-UP/32268496143.html
Цифровой входной буфер тоже отключали? А то даташит рекомендует:
For analog input pins, the digital input buffer should be disabled at all times. An analog signal level close to VCC/2 on an input pin can cause significant current even in active mode. Digital input buffers can be disabled by writing to the Digital Input Disable Registers (DIDR1 and DIDR0).
У AVR-ок входы/выходы ведь в высокоимпендансное состояние не переводятся?
Подцепишь к земле — ток на землю уходит
Подцепишь к плюсу, паразитная связь между входом и выходом возникает.
Но есть еще одна хитрость — если не отключить цифровой _входной_ буфер, как указано выше в цитате, при напряжении на входе, близком к половине питания, то контроллер будет жрать некоторый ток. И именно по цепям питания, а не от входного сигнала! Это происходит потому, что входной цифровой буфер работает в несвойственном ему аналоговом режиме, и оба транзистора в пушпульной схемы приоткрыты.
— we.easyelectronics.ru/upgrade-repair/dorabotka-podsvetki-chasov---avtovklyuchenie-svetodioda-na-avr-attiny10-po-osveschennosti-s-regulirovkoy.html
-http://we.easyelectronics.ru/AVR/avr-power-management-ili-kak-pravilno-spat.html
По поводу 5ма- может быть есть смысл поставить MOSFET в режиме диода перед сопротивлением (есть предположение что ток идет не от батареи а к батарее из порта, т.е. контроллер разряжает батарею паразитно заряжая её от порта)
ну и увы, если надо чрезвычайно низкое энергопотребление — вам к stm… правда stm8 как не было нормальной (для меня) IDE так и нет… К студии быстро привыкаешь…
а готовых таких девайсов нет в продаже? готовое обычно стоит не намного дороже микросхем))
а то чем дальше живёшь — тем быстрее время в пустую улетает((
UPD: урлу за 8,39$ выше видел;)
разница конечно очень ощутима в отличии от 3х кратной разницы на том же 4056((
при этом для опытов всё-таки собрали всё в кучу…
электролиты тоже будут smd(именно поэтому их там упомянули видимо) или только катушка?
в общем хотелось, чтобы Вы так же поделились урлой на катушки…
а так же в принипе и на конденсаторы, если их качество ранее уже было проверено)
Катушки едут эти.
aliexpress.com/item/25pcs-lot-CD54-47UH-SMD-Power-Inductor-470-Electronic-Components-Free-Shipping-Russia/32590066768.html
aliexpress.com/item/25pcs-lot-CD32-22UH-SMD-Power-Inductor-220-Electronic-Components-Free-Shipping-Russia/32592535025.html
aliexpress.com/item/25pcs-lot-CD32-100UH-SMD-Power-Inductor-101-Electronic-Components-Free-Shipping-Russia/32592463809.html
Делал ДУ для игрушки на таком модуле и не получилось сделать компактную антену с нормальной дальностью (правда питание у меня 3 вольта, но мне дадо всего метров 5)
Делал и просто проволокой с 1/4 и 1/2 длины волны. И крученые.
Видимо, 433МГц — достаточно высокая частота, чтобы антеннки самодельные были хорошими.
Поэтому я заказал такие
https://world.taobao.com/item/15919781927.htm
к таким передатчикам
https://world.taobao.com/item/529591644629.htm
Индуктивность с аксиальными выводами плохая, не помню чем.
Необходимая и достаточная информация — название детали, остальное шелуха для желающих. Поэтому в заголовок вынесено что угодно, кроме.
А так всё оно одинаковые яйцы, только с боков разные.
***
Пригляделся: экономя центы за микросхему, доплачиваем их же за большой конденсатор и ухудшаем массогабарит.
Халява…
Выставил на 1.5В
Максимальный ток на выходе 100мА при входном 320мА, затем напряжение на выходе начинает проседать
Может быть с другим дросселем получилось бы получше
Для 100мА не много. И даже для 200мА не слишком
Интересно, а никто не встречал дешёвых, весёлых, приятных DC-DC с MPPT?
Вроде как всю аналитическую логику не так уж дорого должно бы быть реализовать, да и обвязки не так уж много лишней потребовалось. Ан-нет, почему-то не делають… :( Патенты что ли мешают? Китайцам? :) Ахах :D
Ну или я пока не видел.
Сейчас у меня антенны наружу торчат.
Вот приедут платки STX822 с покупными антеннками. Может быть получше будут
Только сенсор другой конструкции и залитый краской
А вот генератор делать на 555 да еще и с довольно большим потреблением не вижу смысла, если в распоряжении целый контроллер.
Измерение емкости на микроконтроллере можно организовать другим способом — измеряется время зарядки емкости, какой является данный датчик. Я так делал сенсорный выключатель.
Просто поставил цель — сделать весь сенсор как можно проще и дешевле — их мне довольно много нужно дома
А какой диапазон емкости у вас получается примерно?
Я то рассуждал — чем больше емкость, тем ниже частоты и больше тайминги, тем проще/точнее с ней работать.
Себестоимость 5р.
Не благодари