Чи зможе регулятор напруги 7805 5 В розрядити батарею 9 В?


9

Роблячи якісь заняття в якості хобі, я роблю невеликий радіо датчик температури і вологості.

ATmega328 читає з DHT11 датчика , а потім передає дані до Raspberry Pi з допомогою передавача STX882 радіо . Він живиться від 9 В акумулятора, використовуючи 7805 5 В регулятор з ємністю 10 мкФ та 100 мкФ.

Код С на ATmega - це зчитування вологості та температури, а потім надсилання їх кожні 30 хвилин:

const unsigned long DELAY = 30*60*1000UL;    // 30 minutes
void loop() {
    delay(DELAY);
    send_data(); // Maybe a little overcomplicated, but I think it is not the point
}

Це спрацьовувало як шарм, але термін служби акумулятора був несподівано коротким. Це було абсолютно новим, і я зробив деякі спорадичні випробування з короткою затримкою, при цьому не виникало аномальних нагрівань нікуди.

Коли я залишився задоволений, я поклав 30-хвилинну затримку і залишив її в спокої (що, можливо, було трохи небезпечно?), Але через менше ніж 24 години акумулятор загинув на 5,4 В. 30 хвилин затримка була приблизно дотримана протягом її життя.

Що може пояснити такий короткий термін служби акумулятора? Чи може це бути 5 В-регулятор? Як я міг побудувати довговічний контур?

PS: Я все ще намагаюся фризувати якусь діаграму, але для нообів, як я, потрібен вік ...

Я використовував загальну лужну батарею напругою 9 В (6lp3146), яка, очевидно, забезпечувала 300-500 мАг при струмі 100 мА, що набагато більше, ніж використовуються мої схеми.

Ось вся інформація, яку я міг зібрати з листа даних:

+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
|                 | DHT11       | STX882   | ATmega328 | 7805reg |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Voltage         | 3-5.5 V     | 1.2-6 V  | 2.7-5.5 V |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Active current  | 0.5-2.5 mA  | 34 mA    | 1.5 mA    |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Standby current | 0.1-0.15 mA | <0.01 µA | 1 µA      | 4-8 mA* |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
*"bias current"

Якщо я правильно розумію, моя система працює протягом декількох секунд кожні 30 хвилин, тому струм очікування - це все, що має значення, і він справді керується регулятором 7805.

Так, так, в гіршому випадку, при 300 мАг я повинен мати можливість підтримувати живу систему лише 40 годин.

Чи є спосіб, щоб я міг живити свою систему 5 В набагато довший час без значно більших розмірів?

Для завершення, ось дуже хороше відео про регулятори ЛМ порівняно з перетворювачами долара: Перетворювач Buck проти лінійного регулятора напруги - практичне порівняння


3
Я пропоную використовувати бібліотеку LowPower або подібну, щоб перевести ATmega в режим сну між вимірюваннями.
кальцій3000

2
Як короткий короткий?
Скотт Сейдман

1
@Jasen За цим посиланням 78L05 має струм зміщення 3 мА , що нижче, але далеко не достатньо для виправлення моєї проблеми.
Dan Chaltiel

4
LP2950 становить <140uA. MCP1703 - 2uA. "Ось вся інформація, яку я могла зібрати з таблиці:" - не покладайтеся на таблиці, вимірюйте струми в режимі очікування.
Брюс Абботт

4
Ви абсолютно одружені з батареєю 9 В? Чому?
Харпер -

Відповіді:


26

Що може пояснити такий короткий термін служби акумулятора? Чи може це бути 5В регулятор?

Як згадувалося, 7805 має близько 4 мА струму спокою. Вам потрібно знайти технічний аркуш для акумулятора (у Evevedi є гарні таблиці даних про акумулятор, якщо ви використовуєте лужну комірку). Це, мабуть, не більше 100mAh - 100mAh / 4mA = 25 годин, тому це повинно вам щось сказати.

Як я міг побудувати довговічний контур?

7805 - це стара технологія. Там є кращі новіші лінійні регулятори. Ви повинні мати можливість легко знайти те, що використовує в 10 разів менший струм спокою, а копаючи ще менше.

Щоб використати ще менше енергії, ви використовуєте перетворювач долара, який спеціально розроблений для низького струму спокою - але я вважаю, що ви не готові спроектувати його в плату на рівні компонента. Там може бути модуль, який буде виконувати цю роботу, але вам потрібно буде покуповувати. У TI є кілька модулів перетворювача долара, але ви хочете приділити багато уваги їх можливостям, як на максимальну подачу струму, так і на струм спокою.

Щоб використати менше енергії, зробіть усе, що ви можете, щоб мінімізувати споживання струму вашого ланцюга, коли він знаходиться в спокої. Для цього потрібно буде ретельно використовувати функцію сну мікропроцесора, а також керувати тим, як живиться плата (наприклад, якщо вона вмикається лише раз на 30 хвилин, можливо, ви захочете вимкнути живлення на радіо та показник вологості частини ланцюга).

Виміряйте споживання струму в усіх режимах роботи і використовуйте це, щоб визначити, які режими є найгіршими порушниками в цілому, а потім сконцентруйтеся на мінімізації струмів у цих режимах, якщо можете.


2
Річ сиділа 30 хвилин тихо, потім проводила вимірювання і відправляла її, потім поверталася спати. Тому спокійний струм не можна ігнорувати.
TimWescott

3
Я мав на увазі: в режимі холостого ходу 7805 все ще буде завантажений, тож він не лише малює власний струм спокою, але і деякий струм навантаження неефективно.
Huisman

6
Я гуглився з приводу перетворювачів доларів і думаю, що я насправді не готовий до цього! Я думаю, я спробую спробувати LM2936 (15 мкА струму спокою), це вам здається гарним? Увімкнення струму інших компонентів під час роботи на холостому ходу теж дуже цікаво, я перегляну, чи досить просто це здійснити.
Dan Chaltiel

2
@DanChaltiel Ви можете отримати перетворювачі доларів, які продаються як "лінійні заміни регулятора", які містять усі схеми, попередньо зроблені для вас, включаючи індуктор, і використовуються точно так само, як і для лінійного регулятора. Вони не такі гнучкі, як виготовлення власних, але дуже зручні дрібниці, коли ви не знайомі з процесом проектування або просто не можете заважати.
Вогнище

4
@Michael завжди добре зробити швидкий пошук в Інтернеті, перш ніж сказати щось остаточне в ці постійно мінливі часи. Дуже перший удар я отримав на пошуках «низький струм спокою понижуючого перетворювача» придумав той , який має 360 нА струму спокою. А конверсія 9 В в 5 В через лінійний регулятор, за визначенням, 55% ефективна, тоді як ця річ є 90% ефективною.
TimWescott

12

Усі ці частини можуть працювати від 3 до 5 В, тому використовуйте акумулятор, якому не потрібен регулятор, літій-іонний елемент 16500 або акумулятор 3xAAA приблизно такого ж розміру, що і 9В, і виробляти напруги в цьому діапазоні. (або навіть клітинку Li-po)

Без регулятора мікроконтролер може відключитися, і схемі знадобиться лише кілька мікроампер.


2
Або три "D" клітини та міняти їх раз на сезон ... D-клітини - це солодощі для довговічності та вартості ...
Harper -

1
@Harper: або 3-кратні NiMH акумуляторні батареї типу AA. Купувати їх потрібно лише один раз, а сучасні осередки з низьким самозарядом широко доступні. +1 ця відповідь: 9В добре підходить для детектора диму, який насправді хоче напруги та можливості розриву живлення, але погано, якщо вам потрібно відрегулювати його.
Пітер Кордес

2
Обережно використовуйте ліпо, переконайтеся, що ви отримуєте захищену клітинку або захист від перезарядки в ланцюзі. Принаймні, якщо ви хочете коли-небудь змогти зарядити його знову. Знову ж таки, якщо навантаження вашої схеми зменшиться через перенапругу, ви можете бути без неї.
Вогнище

11

Струм холостого ходу регулятора 7805 становить близько 4 мА, тому, озброївшись амперною годиною ємності вашого акумулятора, виправте, як довго він триватиме при безперервному зливі 4 мА.

Якщо ви встановите, що це проблема, ви виявите, що існує багато регуляторів, що мають значно нижчий струм спокою.

Як тільки акумулятор опуститься до приблизно 7 вольт, ви перебуваєте на слизькому схилі, тому що регулятору 7805 потрібна пара вольт, щоб правильно регулюватися, і я би підрахував (швидкий здогад), що в коло 6,5 вольт ланцюг вийде з ладу.

З огляду на те, що я щойно згадував, я підрахував, що лише 50% заявленої ємності батареї можна використовувати до того, як схема відмовиться. Майте це на увазі.


10

У мене працюють аналогічні вузли датчиків із значно кращими результатами. Моя установка має кілька ваших відмінностей:

  • Я запускаю µc безпосередньо (немає регулятора) із заряджаються 1S LiPo батареями (номіналом 3,7 В), які спочатку продавались (дуже дешево та із відповідним зарядним пристроєм USB) для міні-дронів. Весь діапазон напруги (4,3 В - 3,5 В) прийнятний для мкк. 1
  • Я живлю периферійні пристрої (датчик і передавач у вашому випадку) від штифта для порту, який я можу включити перед вимірюванням і відключити після цього. (Я використовую BME280 замість DHT11, але відключення живлення не повинно бути проблемою.)
  • Після передачі вимірювання та відключення периферійних пристроїв я посилаю µc у глибокий сон . 2

1 Я успішно використовую ESP8266, хоча, звичайно, я б ніколи не рекомендував цього, оскільки їх документально підтверджений абсолютний максимум Vcc становить 3,6 VI, думаю.
2 Для мого ESP8266 прокидання з глибокого сну - це перезавантаження, тому код почне працювати вгорі setup(), але для вашого ATmega328 це не проблема.


Ви б не хотіли дати мені посилання на ваш акумулятор? Харчування всього датчика за допомогою штифта для порту - чудова ідея! (Я думаю, це було б занадто великим струмом для обробки мкк). Дякуємо за рефлекс DeepSleep, він дуже допоможе.
Dan Chaltiel

1
@DanChaltiel Тільки пошук місцевий торговий платформу «1С LiPo» , і ви повинні знайти що - щось на зразок цього (4 х 1200 мАг) або цей (10000 мАч).
AndreKR

@DanChaltiel В таблицях даних, з якими ви пов’язані, сказано, що датчику потрібно 2,5 мА, передавачу 34 мА та мкк може працювати 40, тому жодних проблем там немає. (І зазвичай вони можуть впоратися ще більше за короткий проміжок часу.)
AndreKR

Чи розглядали ви, як поставити діод чи щось подібне до своїх батарей, щоб скинути частину вольта? Або струм такий низький, що навіть діод не падає сильно?
Пітер Кордес

2
Одне, окрім струму, що слід враховувати при живленні периферійних пристроїв (датчиків тощо) за допомогою штифтів вводу / виводу: переконайтеся, що периферійний пристрій не ненавмисно живиться через лінії інтерфейсу шини і т.д. -резистори.
Майкл

4

Дуже схоже на "як у мене така сонячна / акумуляторна / інверторна система має такий невеликий діапазон?" > тому, що інвертор весь час закручується. Використовуйте різні навантаження, які працюють на пряму батарею та усувають непотрібне перетворення напруги .

Ви зробили інженерію 101, ви побили шматочки разом, і вони працюють. Техніка 202 змушує їх працювати досить ефективно, щоб бути корисними.


Як і вище, мотлох перевернутий - я маю на увазі регулятор. Виберіть акумулятори, які можуть працювати безпосередньо, наприклад три батареї на 1,5 В при 4,5 вольтах. (Двох не вистачить, оскільки вони занадто рано опустяться нижче 3В; а може, спробуйте!)

Також подумайте про більші батареї - - 9 В - це дурно-невелика ємність, особливо при викиданні 2/3 ємності! (Електроніці потрібно 3В; ви берете 9В, а решту викидаєте як тепло). Подумайте, великі - D клітини - ваш друг, якщо ви хочете довголіття.

Камери оленів, як правило, мають два цілих банки D-осередків, ви можете використовувати один або обидва, і можете працювати цілий сезон.

Також притягнення струму сну ATMega дуже вражає, але STX882 та датчика - не так вже й багато. Подивіться, чи зможете ви знайти спосіб ATMega фізично відключити живлення інших пристроїв, коли це не потрібно. Найдешевший, найскладніший спосіб зробити це невелике реле, але сильний транзистор також повинен зробити свою справу.


Остання остання хитрість. Можливо, це не варто робити в залежності від того, який робочий цикл працює система, але варто згадати. В останні роки процесори перейшли від 5V до 3.3V. Чому? Тому що вони працюють на струмі; напруга, що перевищує мінімум, не допомагає працювати, а просто розсіює більше тепла. Оскільки процесори стали більш потужними, теплові проблеми ставали обмежуючим фактором, тому падіння напруги до мінімумів дозволило працювати більш охолоджувальному та більш високій продуктивності на одному і тому ж радіаторі. Те саме стосується і вашої електроніки.

Ви прагнете працювати на 5В, високій стороні допустимого діапазону напруги. Моя пропозиція 3xAA ставить вас на 4,5 В, але подумайте про вибір іншого вибору акумулятора, який буде ще нижчим: наприклад, літієві батареї або три NiCd / NiMH (3,6 В). NiMH має більшу ємність, але NiCD має по-справжньому дивовижну стійкість до зловживань та глибокого розряду.


Ви абсолютно праві, я пряму до 202, і ваша відповідь дуже повчальна. Я завжди думав, що рекомендована напруга 5В, можливість роботи на 3В значно спростить речі. Тільки річ: як же "Зниження струму сну ATMega дуже вражає, але STX882 не так вже й багато", коли воно в 100 разів нижче?
Dan Chaltiel

Ой, мій поганий.
Харпер -

В останні роки процесори перейшли від 5V до 3.3V . Це було кілька років тому: P Цього дня процесори програмують регулятори напруги на mobo для роботи при мінімальній напрузі, можливій для поточної частоти, ледь більше, ніж смуга діапазону. Ваги потужності з V ^ 2 для логіки CMOS (перекачування заряду в ємнісні навантаження затвора). Наприклад, на моєму робочому столі працює i7-6700 Skylake CPU на рівні 1,25 В залежно від частоти та швидкості холостого ходу.
Пітер Кордес

У IDF2015 було добре поговорити про управління потужністю Skylake, яке потрапило в деякі компроміси сучасного (високого класу настільних ПК / ноутбуків, а не мікроконтролерів) управління потужністю процесора. en.wikichip.org/w/images/8/83/… . Раніше аудіо йшло з тими слайдами (від архітектора Intel), але це, здається, зникло :( Можливо, все-таки варто перегортати слайди, якщо вам цікаво подібне
Пітер Кордес,

Так чи інакше, оскільки процесори хочуть програмованого навантаження, що змінюється навантаженням, але при високому струмі мобос живить постійних напруг процесора від джерела живлення + 12В. Більша частина поточного попиту на сучасне джерело живлення ПК знаходиться на лінії 12 В, процесор і GPU мають свої перетворювачі постійного струму. (Сучасна DRAM працює на рівні 1,2 В для DDR4, що знижується з 1,35 В для DDR3L.) Знову ж таки, потужність мобос працює від перетворювача постійного струму, розташованого біля DRAM. Або коли ви сказали процесори, ви просто говорили про мікроконтролери, як той, який використовує ОП? Якщо так, вибачте за дотичну. : P
Пітер Кордес

3

Використовуйте замість цього перетворювач

Ось як я роблю подібні проекти. Я використовую 3xAA, що дає мені 2,5 В-4,8 В, це в межах оперативного діапазону атмега, я підключаю це до перетворювача на підсилення з відключенням штифта, коли відключений перетворювач споживає близько до нічого і передає напругу наскрізь. Коли атмега прокинеться і їй потрібно зробити вимірювання, вона включить перетворювач, знайде 5В на VCC, зробить вимірювання та передає, відключить перетворювач, повернеться спати. Це триває роки.


2

Відповідно до ваших цифр, ви отримуєте очікувану поведінку між датчиком, мікроконтролером і вашим регулятором (8 мА). Якщо ви хочете краще, сплять контролер, вимкніть датчик і отримайте більш підходящий регулятор.


2
  1. Виміряйте, який фактичний поточний стік у режимі очікування та активного стану. Використовуйте амперметр між акумулятором і входом 7805. Типовий новий 9В акумулятор має більше 300 мАг, а спокійний струм 7805 не міг реально споживати все це - щось рибне! Я виміряв багато батарей 9В, і вони зазвичай 500-600 мАг. Застереження полягає в тому, що всі вони лужні, і якщо вам цікаво отримати найдовший термін експлуатації, звичайно, вам потрібно використовувати лужні батареї.

  2. Чи є реальна причина використовувати одноразові 9В акумулятори у вашій програмі? Ви розглядали щось на зразок 3 × або 4 × AA?


Я щиро думав, що батарея 9 В буде тривати довше. Я, мабуть, помилявся.
Dan Chaltiel

Чи не помилка в реченні (лужна двічі)? "Застереження полягає в тому, що всі вони лужні, і якщо вам цікаво отримати найдовший термін служби, звичайно, вам потрібно використовувати лужні батареї".
Dan Chaltiel

1
Це заплутано, вибачте. Я мав на увазі, що мої вимірювання мають лише лужний характер, який ви повинні використовувати, якщо хочете тривати довше життя. Можливо, у вашому акумуляторі був цинк-вуглець, що може частково пояснити його швидку загибель, але, думаю, слід спочатку перевірити, яке фактичне споживання.
anrieff

1

З delayі loopфункцій виглядає так, як ви використовуєте код Arduino. delayФункція є активним цикл, він не ставитиме мікроконтролер спати! API Arduino не підтримує режим сну.

Прочитайте таблицю даних ATmega328P і перегляньте сторінку 34, як перевести пристрій у сплячий режим.


Про що deepsleep?
Dan Chaltiel

1
@ dan-chaltiel Це лише для MCU SAMD21, таких як MKRZero, MKR1000 та MKRFox1200. ( arduino.cc/en/Reference/ArduinoLowPower )
paf.goncalves

1

ВАЖЛИВО: Якщо ви можете вимкнути датчик вологості DHT11 між використанням, МОЖЕТЕ бути в змозі продовжити термін служби акумулятора в 3 або 4 рази.

У режимі сну DHT11 має струм спокою 100-150 мкА. Ви повинні розробити найгірше значення.
При включенні живлення потрібно 1 секунду "очистити голову" (примітка 4. стор. 5),
а потім настає час налаштування інтерфейсу (можливо, кілька 10 мс).
З інформаційного аркуша не очевидно, чи впливає на час відповіді вимкнення, але, ймовірно, ні.

Залежно від часу між активаціями, вимкнення DHT11 може зменшити струм спокою в режимі від 200 мкА до приблизно 50 мкА.
Добре варто подивитися.


Регулятор LM2936:

LM2936 , що ви згадуєте є чудовим регулятором , якщо він відповідає вашим вимогам. Низький вихід, низький спокійний струм, діапазон наявних вихідних напруг.

Я давно використовував їх у продукті, який потребував їх низького індексу, і був дуже задоволений ними. Хммм - це було близько 1993 року - 25+ років - старий, але хороший.

Максимальна максимум становить 50 мА - це відповідає вашій табличній потребі.
Iq - 10 мкА при навантаженні 100 мА - і менше при набагато менших навантаженнях.
Він 5,5 - 40 В і насправді, ймовірно, ближче, ніж до Vout. Ви можете отримати версії 5V та 3V3.

Струм навантаження вашого режиму сну легко під 200 мкА.
При 200 уА ви отримаєте 100 / .2 = 500 годин роботи в режимі сну на 100 мАг акумулятора.
Так приблизно 20 днів на 100 мАг.
Так, скажімо, 60 днів або два місяці з лужною батареєю "9В" на 300 - 500 мАг помиляються на консервативній стороні. Використовуйте 6-1,5 В лужні клітини АА (близько 3000 мАг), і вам слід наблизитися до 2 років.


Безпосередня робота від 3 х АА лугів дає Вин від 5 В початкового (до 1,65 В / сота) і 3,3 В при 1,1 В / осередку (про мертвий). Так приблизно до 6 АА лугів з вихідним напругою. Якщо ви переносите 3,3 - 5 В вхід, просто використовуйте 3 х лугу. АА майже 2 роки експлуатації. AAA менше.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.