Чому напруга не відображається в розрахунку ресурсу акумулятора?

У мене є плата з декількома радіомодулями на ній. У різних її станах він використовує в будь-якому місці від 100 мкА до 100 мА. Я можу підрахувати, скільки часу він проводить у кожному зі своїх штатів за даний рік.

Всі радіомодулі на моїй платі мають широкий прийнятний вхідний діапазон напруги. Наприклад, мій основний процесор і модуль Bluetooth з низькою енергією приймає все, що від 1,8 до 3,6 В. Зараз я працюю на 3,0 В, використовуючи перехідний DC-DC конвертер.

Акумулятор є 18650 літій-іонним ( технічний опис ).

При повній зарядці він забезпечує близько 4,3 В. Я знижу його до 3.0V. Акумулятор ємністю 3400 мАг.

Якщо припустити, що середній струм, який я черпаю від нього, становить 400 мкА. Мій розрахунок на час автономної роботи просто:

час (h) = потужність (Ah) / струм (A)

3.4 Аг / 400 мкА = приблизно один рік

Тепер я знаю, що для того, щоб зменшити моє енергоспоживання, я повинен запустити свою схему на найменшій можливій напрузі, тому я розглядаю можливість змінити перетворювач постійного струму та запустити основний процесор і модуль BLE на 1,8 В замість 3,0 В .

Моє запитання: чому в моєму розрахунку ресурсу акумулятора ніде не вказана напруга?

Він не відображається у вашому рівнянні, оскільки це рівняння передбачає, що ви використовуєте акумулятор на його вихідній напрузі протягом усього використання без перетворення.

Тут це не так, оскільки ви використовуєте спадний перетворювач. Отже, для складання правильного рівняння ви:

• отримайте Vavgbat : середня напруга акумулятора протягом усього циклу розряду: графік розрядки на паспорті даних акумулятора показує, що це низький струм, наприклад, той, який ви використовуєте, приблизно 3,6 В.
• отримати Iavgbat : струм, який ви будете отримувати з акумулятора, в середньому, протягом усього циклу. Думаю, це не той струм, який ви використовуєте на виході перетворювача DC-DC (саме там ви щось пропустили). Якщо ми скажемо, що вихідний струм перетворювача є Iout , то Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / ефективність ( ефективність - ефективність перетворювача постійного струму, як правило, приблизно 80-90%, перевірте таблицю).
• тоді ви застосовуєте згадану форуму : час = місткість / Iavgbat .

Тепер ви бачите вихідну напругу у формулі.

Отже, якщо ємність = 3,4Ah, Iout = 400 мкА і ККД = 85%, ми маємо:

• час = 8670 годин (приблизно один рік) для виходу 3В
• час = 14450 годин (більше півтора року) для виходу 1,8 В

І ще одне : враховуючи велику кількість результатів, я думаю, що вам доведеться враховувати саморозряд акумуляторів (або струм витоку), який може бути значним. На жаль, я не бачив його в аркуші даних про батареї.

Додаткова інформація : Звідки береться формула Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / ефективність ?

Це випливає з того, що перетворювач постійного струму на відміну від лінійного регулятора здатний виводити (майже) стільки ж енергії, скільки витрачається зі свого входу. Отже, Pin = Pout / ефективність . Якщо ми скажемо Pin = Vavgbat * Iavgbat і Pout = Vout * Iout , ми можемо отримати вищевказану формулу.

Навпаки, при лінійному регуляторі напруга падає без наслідків на вхідний / вихідний струм. Отже, Iavgbat був би рівний Iout (не враховуючи струм спокою), що було вашим початковим (неточним) припущенням.

Моє запитання: чому напруга не відображається ніде в моєму розрахунку ресурсу акумулятора?

Оскільки у вашому розрахунку відсутній один аспект.

Можна використовувати два види регуляторів напруги:

• лінійні або
• покроковий режим перемикання.

Тепер, з лінійною, енергія за заряд (= фізичне визначення напруги), яка "занадто" велика, просто перетворюється на тепло (і згодом втрачається).

Отже, струм, що надходить у лінійний регулятор, майже такий же, як струм, що використовується на регульованому виході. Потужність, що надходить в регулятор, більша, ніж виходить з нього - тому що струм такий же, але напруга нижче.

З перетворювачами режимів перемикання енергія з боку "входу" зберігається, як правило, в магнітному полі всередині котушки (але для ваших низьких потужностей, дешеві і малі комутатори регулятора напруги з переключеною ємністю теж можуть мати сенс, де енергія зберігається лише в електричному полі).

Тоді з накопиченої енергії "генерується" лише стільки напруги, скільки потрібно.

Це означає, що потужність, що йде в регуляторі, така ж, як потужність, що виходить (окрім не 100% -ної ефективності), що означає, що якщо ви, наприклад, наполовину напруги в своєму регуляторі, ваш регулятор виводить лише половину струму вона постачає!

Тепер питання полягає в тому, якщо всі ваші модулі підтримують широкий діапазон вхідної напруги, це означає, що всі вони мають інтегровані регулятори живлення. Тепер, якщо вони лінійні, ви, ймовірно, маєте рацію використовувати поступовий перетворювач режиму перемикання для підвищення ефективності. Якщо ці модулі містять джерела живлення в режимі комутації, ви не повинні використовувати власний регулятор - дуже ймовірно, що каскад регуляторів буде менш ефективним, ніж один інтегрований.

Незалежно від ефективності перетворювача (або припускаючи 100%), напруга акумулятора використовується для обчислення ємності (ма) батареї. Правильніше, падіння напруги , що використовується , 1,4 В ( 4,2 В - 2,8 В).

У вашому конкретному використанні падіння напруги становить лише 1,2 В (4,2 - 3,0), а фактичний ККД може становити 90%, обидва, як правило, скорочують тривалість часу. Однак ваш середній струм складає всього 400uA, що, як правило, збільшує тривалість часу, тому ваша відповідь приблизно на один рік здається правильною.