Pil ömrü hesaplamasında neden voltaj görünmüyor?

Üzerinde birkaç radyo modülü bulunan bir PCB var. Çeşitli durumlarında şu anda 100 µA ile 100 mA arasında herhangi bir yerde kullanılmaktadır. Belirli bir yılda eyaletlerinin her birinde ne kadar zaman harcadığını hesaplayabilirim.

PCB'mdeki radyo modüllerinin tümü kabul edilebilir geniş bir giriş voltaj aralığına sahiptir. Örneğin, ana işlemcim ve Bluetooth Düşük Enerji modülüm 1.8V ila 3.6V arasında herhangi bir şey kabul ediyor. Şu anda bir adım aşağı DC-DC dönüştürücü kullanarak 3.0V'de çalıştırıyorum.

Pil 18650 lityum-iyon ( veri sayfası ).

Tamamen şarj edildiğinde yaklaşık 4.3V sağlar. 3.0V'a düşüreceğim. Pil 3400 mAh kapasiteye sahiptir.

Ondan aldığım ortalama akımın 400 µA olduğunu varsayarsak. Pil ömrü için yaptığım hesaplama basitçe:

zaman (s) = kapasite (Ah) / akım (A)

3.4 Ah / 400 µA = yaklaşık bir yıl

Şimdi, güç tüketimimi azaltmak için devremi mümkün olan en düşük voltajda çalıştırmam gerektiğini biliyorum, bu yüzden DC-DC dönüştürücümü değiştirmeyi ve ana işlemcimi ve BLE modülümü 3.0V yerine 1.8V'de çalıştırmayı düşünüyorum .

Sorum şu: Pil ömrü hesaplamamda voltaj neden hiçbir yerde bulunmuyor?

Denkleminizde görünmez, çünkü bu denklem pili tüm kullanım sırasında dönüşüm olmadan çıkış voltajında ​​kullandığınızı varsayar.

Bu durum böyle değil, çünkü aşağı inen bir dönüştürücü kullanıyorsunuz. Doğru denklemi oluşturmak için:

• Vavgbat olsun : tüm deşarj döngüsü sırasında pilin ortalama voltajı: pil veri sayfasının deşarj grafiği, kullandığınız gibi düşük akımlar için yaklaşık 3.6V olduğunu gösterir.
• Iavgbat olsun : tüm döngü boyunca ortalama olarak pilden çekeceğiniz akım. Öyle değil sen DC-DC dönüştürücü çıkışındaki kullanmak akımı (bir bölümünü kaçırdıysanız nerede olduğunu, sanırım). Biz dönüştürücü çıkış akımı derseniz Içıkış ardından Iavgbat = ( Içıkış * Vout / Vavgbat ) / verimlilik ( verimlilik genellikle yaklaşık olarak% 80-90 DC-DC dönüştürücü verimliliği, varlık, veri sayfasını kontrol edin).
• o zaman bahsettiğiniz forumu uygularsınız : time = kapasite / Iavgbat .

Şimdi formülde çıkış voltajını görüyorsunuz.

Yani, kapasite = 3.4Ah, Iout = 400µA ve verimlilik =% 85 ise, elimizde:

• zaman = 3V çıkış için 8670 saat (yaklaşık bir yıl)
• zaman = 1,8V çıkış için 14450 saat (bir buçuk yıldan fazla)

Bir şey daha : ortaya çıkan büyük zamanlar göz önüne alındığında, bence akülerin kendi kendine deşarjını (veya kaçak akımı) dikkate almanız gerekir, ki bu önemli olabilir. Ne yazık ki, pil veri sayfasında belirtildiği görmedim.

Ek ayrıntılar : Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / verimlilik formülü nereden geliyor?

Bir DC-DC dönüştürücünün, lineer bir regülatörün aksine, girişinden aldığı kadar çok güç üretebilmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Yani Pin = Pout / verimlilik . Dersek Pin = Vavgbat * Iavgbat ve Pout = Vout * Iout , yukarıdaki formülü elde edebilirsiniz.

Tersine, doğrusal bir regülatörle, giriş / çıkış akımında herhangi bir sonuç olmaksızın voltaj düşürülür. Yani Iavgbat eşit olacağını Iout başlangıçtaki (yanlış) varsayım idi (sakin akımı için muhasebe değil).

Sorum şu: Pil ömrü hesaplamamda voltaj neden hiçbir yerde bulunmuyor?

Çünkü hesaplamanızın bir yönü eksik.

İki tür voltaj regülatörü kullanabilirsiniz:

• doğrusal veya
• düşürme anahtarı modu.

Şimdi, lineer olarak, "çok" fazla olan Yük Başına Enerji (= Voltajın Fiziksel tanımı) sadece ısıya dönüştürülür (ve daha sonra kaybedilir).

Böylece, doğrusal regülatöre giren akım, regüle edilen çıkışta kullanılan akımla hemen hemen aynıdır. Regülatöre giren güç, çıkmasından daha yüksektir - çünkü akım aynıdır, ancak voltaj daha düşüktür.

Anahtar modu dönüştürücülerle, "giriş" tarafındaki Enerji, tipik olarak bir bobinin içindeki manyetik bir alanda depolanır (ancak düşük güçleriniz için, ucuz ve küçük anahtarlamalı kapasitans voltaj regülatörü IC'leri de enerjinin anlamlı olduğu yerlerde yalnızca elektrik alanında saklanır).

Daha sonra, depolanan enerjiden sadece gerektiği kadar voltaj "üretilir".

Bunun anlamı güç regülatör gidiyor aynıdır güç anlamına gelen (non-% 100 verim kenara) çıkan bu sen örneğin, regülatör yarım voltaj, senin regülatörü sadece yarısı akımı çekerse sağlar!

Şimdi, tüm modülleriniz geniş bir giriş voltaj aralığını destekliyorsa, hepsinin entegre besleme regülatörleri olduğu anlamına gelir. Şimdi, bunlar doğrusalsa, verimliliği artırmak için muhtemelen bir anahtar modu adım aşağı dönüştürücü kullanabilirsiniz. Bu modüller anahtarlamalı güç kaynakları içeriyorsa, kendi regülatörünüzü kullanmamalısınız - regülatör kaskadının tek başına entegre olandan daha az verimli olması muhtemeldir.

Dönüştürücü verimliliğinden bağımsız olarak (veya% 100 olduğu varsayıldığında), pil voltajı , pilin kapasitesini (mah) hesaplamak için kullanılır . Daha doğru, kullanılabilir voltaj düşüşü , 1.4v ( 4.2v - 2.8v).

Özel kullanımınızda, voltaj düşüşünüz sadece 1.2v'dir (4.2 - 3.0) ve gerçek verimlilik% 90 olabilir, her ikisi de zaman uzunluğunu azaltma eğilimindedir. Bununla birlikte, ortalama akımınız sadece 400uA'dır, bu da süreyi uzatır, bu nedenle yaklaşık bir yıllık cevabınız doğru görünür.