Durata de viață îndelungată a bateriei este o cerință frecventă în proiectarea încorporată a produsului – în special în proiectarea microcontrolerului.
De exemplu, am proiectat un produs de urmărire a animalelor care poate funcționa timp de patru ani folosind un 1/3 dintr-o celulă AA. Microcontrolerele sunt din ce în ce mai slabe în ceea ce privește cerințele lor de putere.
Cu toate acestea, așteptările consumatorilor în ceea ce privește caracteristicile cresc în aceeași măsură, anulând frecvent câștigurile. Acest lucru se poate observa cel mai bine în durata bateriei telefoanelor mobile, care, în prezent, pare să fie în scădere.
Inginerul neobservat se confruntă cu capcane și capcanele abundente atunci când proiectează un circuit de putere mică. Sfaturi obligatorii de reținut sunt întotdeauna utile – citiți în continuare cele mai bune 12 echipe de proiectare …
1. Optimizați rezistențele Pull-Up
La reducerea consumului de curent într-un circuit, una dintre cele mai rapide “victorii” este trecerea prin optimizarea valorilor rezistenței la cea mai mare valoare posibilă. Dar de unde știi ce este asta? Nu există nicio soluție pentru acest lucru în proiectarea microcontrolerului, așa că va trebui să luați în considerare următorii factori:
- Este extras un semnal în schimbare dinamică, cum ar fi o ieșire in colector deschis, unde este necesară viteză mare de comutare?
- Ce curent este necesar pentru a deschide un port? Examinați cerința curentă din fișa de date a dispozitivului, de exemplu.
- Vă atrageți împotriva unui rezistor pull-up din interiorul microcontrolerului? În timp ce pull-up urile sunt convenabile, utilizarea pull-up-urilor externe este adesea mai bună, pentru a specifica valoarea și această valoare poate fi mai mare.
Folosiți pinii de I / O de rezervă pentru a alimenta rezistențele de pull-up, dacă este posibil, mai degrabă decât să atașați rezistențele direct la bara de alimentare. Apoi, microcontrolerul poate activa și dezactiva rezistentele pentru pull-up, după cum este necesar.
2. Dispozitive de alimentare înapoi
Opriți controlerul Ethernet – totuși pare să fie pornit și care să tragă curent? Cea mai mare deconspirare în proiectarea de putere redusă este cea mai probabilă de a opri unul dintre domeniile de alimentare și de a uita la zero orice semnal de I / O conectat. Acest lucru nu numai că arde puterea în sistem, dar încalcă și tensiunea de intrare maximă absolută a dispozitivului conectat – poate deteriora dispozitivul. Dacă nu aveți controlul nivelurilor de ieșire ale semnalelor la dispozitivul conectat, utilizați buffere pentru a împărți domeniile de putere. Dar, alegeți cu înțelepciune – amintiți-vă că folosiți și calculul de putere static!
3. Scade tensiunea
Când vine vorba de proiectarea microcontrolerului, de regulă, cu cât tensiunea mai mică la care poate functiona microcontrolerul , cu atât mai bine. Puterea este direct proportionala cu tensiunea; scăderea tensiunii chiar cu o cantitate mică poate produce o economie semnificativă.
Aruncați o privire la ce tensiune pot efectua rularea dispozitivelor dvs. 3.3V nu trebuie să însemne asta – poate ar putea fi redus la 3.1V sau chiar 2.7V? Din nou, cu un pic de cercetare, aceasta este o victorie simplă și poate fi ceva făcut după ce vă veți recupera prototipurile. Amintiți-vă doar toleranțele componentelor și gândiți-vă la cel mai rău caz – praf în afara acelei foi de calcul.
4. Modificați Frecvența Ceasului
Consumul dvs. de energie, aproximativ vorbind, va crește proporțional cu frecvența ceasului dvs. într-un circuit sincron, reducând astfel ceasul la minimum, dacă este adesea un plan bun. Cu toate acestea, aceasta depinde de aplicație în proiectarea microcontrolerului.
Dacă dispozitivul doarme o perioadă lungă de timp și se trezește ocazional, s-ar putea ca rularea cu viteză maximă pentru o perioadă scurtă să fie mai bună; nu pentru că economisiți energie în micro, ci pentru că restul circuitului este putere de ardere așteptând terminarea micro. Reduceți timpul în care micro-ul este pornit și economisiți toată puterea încetată.
5. Opriți ceasurile și mergeți la somn
Aceasta este versiunea extremă a pasului de mai sus. Dacă puteți opri ceasurile cu atât mai bine. Puteți, de exemplu, să puteți opri toate oscilatoarele din circuitul dvs., altele decât un cronometru RTC cu putere scăzută, care se trezește periodic și puneți micro-ul în modul de adormire profundă.
6. Alegeți-vă Oscilatorul cu grijă
Oscilatoarele vin în multe variante, iar unul slab ales poate consuma mai multă putere decât restul circuitului.
În general, cu cât este mai mică capacitatea necesară în jurul unui cristal cu atât mai bine, cu cât condensatorii sunt încărcați și descărcați fiecare ciclu. Din acest motiv, cristalele de joasă frecvență vizate ceasurilor în timp real prezintă o capacitate foarte mică. Dacă utilizați un oscilator, citiți fișa tehnică și verificați cu atenție faptul că puterea încetată și de operare! Ați putea fi surprins de cât de multă variație există între mărci.
7. Evitați regulatoarele de tensiune
De fiecare dată când treci o tensiune în sus și în jos suferi o pierdere. Regulatorul dvs. poate fi 90% eficient (într-adevăr? – vezi punctul 8 de mai jos!), Dar aceasta este încă 10% din puterea dvs. de încălzire a camerei. Trebuie să compensați costul de tensiune de comutare cu avantajul de a circula cât mai scăzut (3).Cititi foia de catalog
8. Folosiți precauție atunci când selectați regulatorul de mod comutat
Există o selecție uriașă de regulatoare disponibile pentru tot felul de aplicații. Recent, tendința a fost pentru viteze de comutare din ce în ce mai mari, ceea ce duce la dimensiuni reduse ale inductorului și condensatorului – ceea ce, la rândul său, permite reducerea continuă a urmelor de circuit.
Din perspectiva proiectării cu putere redusă, principalul lucru de care trebuie să fii conștient în alegerea unui regulator este punctul curbei de eficiență la curentul în care acționezi.
Așadar, dacă circuitul dvs. funcționează la 5mA, pentru perioada care vă scurge bateria cel mai mult, atunci nu uitați să alegeți un regulator care este eficient la acel nivel de curent. S-ar putea ca circuitul dvs. să aibă multe moduri de operare, la diferite niveluri de putere; dar utilizând o foaie de calcul pentru a calcula puterea disipată de obicei într-un scenariu de utilizare tipic, puteți detecta care moduri sunt cele mai critice pentru eficiență și vizează acestea. Ocazional, acest lucru poate însemna chiar folosirea a două regulatoare și trecerea între ele.
Nu uitați că unele microcontrolere au regulatoare lineare interne pentru tensiunea de bază. Ocazional, este posibil să economisiți energie folosind un mod de comutare minuscule în locul acestui regulator de bază și dezactivând regulatorul intern.
Și întotdeauna asigurați-vă că optimizați componentele pasive din jurul circuitului de reglare, eliminați capacitatea de rătăcire, reduceți picăturile de tensiune ale diodei și maximizați valorile rezistenței pe orice lanț de feedback.
9. Scurgeri de diodă și picături de tensiune
Atenție la scurgeri de componente care ar trebui să știe mai bine. Diodele Schottky sunt grozave atunci când ai nevoie de o scădere de tensiune scăzută, dar la o inspecție mai atentă, la curentul lor de scurgere inversă și la un design cu putere redusă, acestea nu pot fi atât de atractive.
De exemplu – când utilizați o diodă pentru a scurge curentul de alimentare la o baterie de rezervă sau un condensator de rezervă pentru memorie pentru un RTC; atunci când circuitul se oprește, o parte din energia dvs. valoroasă stocată va scurge prin diodă. Asigurați-vă că este o cantitate minimă.
Alte surse de energie pierdută includ căderi de tensiune ale diodei. Vedeți dacă puteți înlocui o diodă cu un FET (sau FET-uri înapoi), astfel încât căderea este practic zero atunci când este pornită. Un caz tipic ar fi cel al unei diode de protecție inversă. Nu uitați de dioda corporală FET când este oprită. Acest lucru vă poate fi de ajutor – sau vă puteți transforma circuitul.
10. Opriți-l!
Acum, poate, cel mai evident punct; în general, este mai bine să opriți complet un circuit sau un dispozitiv, decât să îl puneți în modul său de putere mică (presupunând că acesta are unul), dar fiți atenți la pericolele dispozitivelor care alimentează înapoi.
11. Pinii I / O
Reducerea puterii la niveluri foarte mici poate fi un proces dureros de diminuare a randamentelor. Un pas esențial uneori trecut cu vederea în proiectarea microcontrolerului este sortarea pinilor I / O de pe microcontroller; acest lucru poate scăpa de atenție până când ai coborât la ultimii câțiva milimetri. Așa că țineți cont de extragerile sau dezactivările interne, de ieșirea dispozitivelor de conducere care sunt oprite și de pinii plutitori – acestea pot oscila și arde puterea.
12. Alegeți-vă chimia bateriei cu grijă
Din nou, chimia bateriilor este un subiect în sine (pe care îl vom examina, într-o postare viitoare!). Există mai multe elemente care trebuie luate în considerare – tensiune, capacitate, rezistență internă, performanță la temperatură, pentru a numi câteva.
Scurgerea internă este un parametru cheie în proiectarea cu putere redusă. Ionul de litiu și polimerul de litiu sunt adesea utilizate datorită densității lor energetice, dar suferă scurgeri interne slabe, ceea ce le face improprii pentru multe proiectări cu putere foarte mică. Printre opțiunile mai bune se numără bateriile alcaline de calitate și alte chimicale cu litiu, cum ar fi clorura de tiil de litiu – tipul celular standard folosit în care este necesară o viață de standby foarte lungă, cum ar fi în contorii de electricitate și apă.
Sperăm că aceste sfaturi sunt utile atunci când vine vorba de următorul dvs. proiect de microcontroler. Aveți vreo strategie pentru optimizarea puterii în proiectarea microcontrolerului? Spuneți-ne prin canalele noastre de socializare!