Vlákno názorů k článku Stavíme modul s malou spotřebou pro bezdrátovou komunikaci od Mirek - Co konkrétně myslíš pod pojmem "power dioda"? Ochranu...

Přesně, co jsem si myslel. Mele o nízké spotřebě a během 30s jsem našel hned čtyři chyby, co neovlivní činnost zařízení, ale v součtu vezmou odhadem 80% energie. Good job.

tak je sem rovnou napiš

Začneme třeba tím lineárním regulátorem. Sice je to LDO, ale i tak..

Nikde v článku nevidím frázi "lineární regulátor". Kdes to našel?
Navíc LDO je lineární regulátor s nízkým drop outem. Kde vidíš problém?

Počítej se mnou:

Napětí na baterii: Ubat = 4,2 V (plně nabito)
Ubat = 3,6 V (vybito)
Napětí za LDO: Ucc = 3,3 V

Otázka: kde je ten úbytek 0,3 - 0,9V? A čímpak se násobí abys dostal ztrátový výkon?

A je potřeba to napájet z li-ion místo třeba 2xAA (alkalnická, nimh) a stabilizovat na 3,3V? atmega 1,8-5,5V, DRF4432F20 1,8-3,8V. odpadne stabilizátor, odpadne obvod měření napětí před stabilizátorem, odpadne ochrana li-ion před podvybitím

Tak jsem mrknul na charakteristiky CPU, a LDO se vyplatí při standby režimu a aktivní režimu. Počítáno s LDO TPS782. Ještě by šlo snížit napájecí napětí více třeba n 3v. Zase klesnou proudy a max CPU frekvence cca 8 MHz zůstane zachována. 3V jsou pro vysílač typ. hodnota a tedy parametry vysílače jsou zachovány. Zároveň dokážu vyčerpat z baterie více energie a nezůstává mi tam zbytek. Aktuálně udávaná bezpečná hodnota jsou 3v, což před LDO mi dává 3,13V. Takže stále významná rezerva.

Předělal bych měření na AD, t.j aby byl odporový můstek včetně OP zapojen jen nezbytnou dobu. (Pokud chci ponechat stávající způsob měření).

"Zároveň dokážu vyčerpat z baterie více energie a nezůstává mi tam zbytek."

Prosímtě, můžeš mi vysvětlit jak ti LDO umožní to co píšeš? Samozřejmě v porovnání s variantou přímého připojení na baterii, případně použití spínaného regulátoru.

Sám si o to řekl. Kritizujeme jenom plýtvání energií, našli by se tam víc věcí, třeba chybějící kondík na debouncing napájení operáku.

Pokud si to bastlí pro sebe, má naprostou volnost ve výběru baterky, danou jenom její dostupností. Není proto důvod tam dávat kdoví co a řešit změny napětí. Dvě (mikro)tužkový, nad cca 3,2 se nedostane a pod 1,8V jsou stejně mrtvý.

Zásadní otázka je: Na co, kurnik, potřebuje stabilní napájení 3,3V?

Btw, měl jsem projekt, kde na dvě mikrotužkový pracoval senzor a požadavky byly, aby pokud po dvou letech bude baterka furt dobrá, zařízení žádalo o její výměnu preventivně. Byla tam MSP430F413 na 12MHz a na nový Duracellky to jelo 3,5 roku. Akumulátor s jeho samovybíjením tam nemá šanci.

A mimochodem, jednu dost podstatnou věc ještě nikdo nevidí?

Hele řeknu ti, plynaři chtějí po dálkovém odečtu na plynoměru >10 let na baterii. Protože chtějí měnit vysílač rovnou s plynoměrem po expiraci kalibrace. Výměna baterie v průběhu se nevyplatí. Samozřejmě samovybíjecí proud baterie je významným parametrem.

"Když se vám LDO nelibí, tak byste tam dali step-down měnič? Nebo jak byste využili ten 0,0 - 0,9 V navíc, co je ve zdroji a nesmí do procesoru?"

Jak už tady různě zaznělo, možnosti jsou minimálně 3:

1. Změnit typ použitého RF modulu tak, aby specifikace napájecího napětí byla v souladu s použitou baterií

2. Změnit typ baterie tak, aby byla v souladu se specifikací CPU a RF modulu

3. Napájet CPU přímo z baterie a jen před RF modul dát LDO/step-down

Vkladal jsem linky na ti dokument, kde se LDO vyplatí i u MSP430. Je potřeba vetší analýza? Nebo to nikdo nečetl?

250 mA, nemůžu použít CR2032, velikost proudu a nezbytná doba pro navázaní spojení, navíc při jenom knoflíku jsem i mimo režim LDO. ( rozsah napětí 2-3V, potřebuji booster, tedy pokud se chci dostat na 3V ) Proto se používá Bluetooth Low Power s vysíláním bez profilu, kdy se nepáruje pouze se pošlou DATA. TI zase má pro to ukázkové řešení nazýváné SmartTag (TI CC2630, sub ghz varianta cc1310) je tam x senzorů ( světlo, teplota, akcelerometr, atp....) napájené z jednoho CR knoflíku, včetně aplikace na příjem pro Apple a Android.
Wifi je s knoflíkovými články neslučitelné. Vycházím li z požadavku na 250 mA, neověřoval jsem. Pokud je ten čas pro spojení a vysílání hodně krátký, bude muset pomoci kapacitor. Ale WIFI spojení s AP a pak ještě navázat TCP/IP obával bych se hodně energetické náročnosti.

Co se týká baterek:
CR2032 má 225mAh, samovybíjení 0,12%/měs., kontinuální proud max. 3mA a pulsně 15mA.
Alkalická AA 2850mAh, samovybíjení 0,3%/měs., I max 1A
Alkalická AAA 1250mAh, samovybíjení 0,3%/měs., I max 0,4A.
NiMh AA 1,8Ah, samovybíjení 30%/měs., Imax 0,36A,
NiMh AAA 0,8Ah, samovybíjení 30%/měs., Imax 0,16A,
LiIon 3,5Ah 3,6V samovybíjení 0,08%, Imax 100mA / pulsně 200mA

Dvojice AAA dá v sérii 7,5Wh energie, rádio si bez problémů může půjčit krátkodobě 400mA.
Dvojice AA dá v sérii 8,55Wh energie, do 1A krátkodobě v cajku.
3,5Ah LiIon dá 12,6Wh, ale abych z toho udělal LDOčkem 3,3V, ztratím cca 1Wh. Pokud budu delší dobu vysílat a mám odběr nad 100mA, tak ji odvařím. Potřebuje to navíc extra ochranu (hledej Gas Gauge na stránkách TI). Výhody jsou relativní...

Tak třeba to úsporněji nejde a úspornější řešení vyžadují změnu napájení a netrvat na li-ion. Ono taky záleží na zadání. Tvoje minimální spotřeba v hodinkách může znamenat, že se třeba nad týden nedostaneš, takže by to chtělo možnost nabíjení abys neprodělal gatě na baterkách a 3xAA nimh do hodinek nenarveš a řešíš převod. Zatímco minimální spotřeba u nějakého modulu může znamenat výdrž řádově rok, pak mě možnost nabíjení nezajímá a místo babráním se s převodem z li-ion a jeho efektivitou se tam napere alkalická 2xAAA a je to. Nebo do dálkových ovládání se nacpe CR2025 s ještě menší kapacitou a taky to vydrží roky a nahrazovat to li-ion akumulátorem by nemělo smysl. A autor neupřesňuje co přesně řeší, proč vůbec musí používat nabíjecí články atd.

Jde to, naprosto jednoduše. Nabij si kondík na napětí, co potřebuješ, a energii, co bys při tom protopil na stabilíku, si schovej. Pak vypni napájení, žij z kondíku a doplňuj průběžně tu schovanou energii. Až dojde a klesne napájení, zopakuj to. Rychlý, levný, efektivní, úsporný, lety ověřený.

Ale konkrétní řešení dost závisí na tom, co od toho člověk chce - rozdíl napětí, proudový rozsah, rychlost reakce na změnu, tvrdost zdroje,... Na low power to chce řešení na míru, aby se ta účinnost držela kolem 98%.

Bavíme se o téhle konkrétní konstrukci, kde je jakýkoliv stabilík nesmyslný.

První odkaz, co na mě bafl - http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps63050.pdf - nad 90% pro 2-300mA.
Nestačí?

V kombinaci s https://www.ti.com/licreg/docs/swlicexportcontrol.tsp?form_id=184436&prod_no=sluuba2-EVM_User_Guide.pdf&ref_url=bms_hpc je to pro přenosný věci naprosto luxusní ;)

LDO si občas kmitne, to je pravda, ale nepsal jsem , že je kvůli tomu na pendrek. NA penderk je kvůli efektivitě, kmitnutí je potřeba mít na paměti a podle toho navrhovat obvody za ním (optimální kapacity, druh zátěže,...).

Step-up má nižší efektivitu, a to z principu. Navíc si bere větší proud, takže z baterky v reálu dostane míň energie, než se dá vyždímat z dvojice baterek v sérii díky nižšímu vnitřnímu odporu. Navíc náboj v baterce je stejný, takže při 100%ním využití je na výběr, buďto měnit jednu baterku 2x ročně, nebo dvě baterky 1x ročně. Takže v tom žádnou přidanou hodnotu nevidím.

No a jak jinak to udělat, než jako spínaný? Jsou dvě možnosti regulace:
1) "Odporová", kdy všechno protopíš na tranzistoru v lineárním režimu.
2) Impulsní, kdy se přebytek energie akumuluje a použije. A o to jde.

A jasně, že je to spínaný, co jinýho sis myslel, že popusuju, než buck? Přece když žiju z akumulované energie, tak potřebuju odpojit zdroj, jak jinak. A na akumulaci energie jsou dvě součástky, kondík nebo cívka. Kondík se hodí na udržování napětí, cívka na udržování proudu. Rozdíl napětí vždycky vyvolá proud, který je potřeba akumulovat, takže bez cívky to jde velice těžko. Sorry, nevěděl jsem, že máš fóbii z magnetickýho pole. K elektrice ale prostě patří.

K těm rozměrům součástky - mrčíš tady, jen není místo na dvě tužkový baterky. Už vím proč, aby se tam vlezl stabilík v TO3 s chladičem :D A na E-Bayi opravdu zajímavý kousky nikdy nenajdeš... Navíc modul znamená horší spolehlivost (kontakty s rizikem studeňáku navíc), vyšší cena,...

Nechcem zasahovat do vasej vysko odbornej diskusie, ale najjednoduchsie riesenie je odpor, ja napriklad vsade davam 600Ω a vzdy to ide. Keby to neslo skusil by som nieco okolo 300Ω a tak dalej. Pripadne pouzijem rovnicu U=R.I . K tomuto ucelu mam http://www.ebay.com/itm/2600pcs-130-Values-1-4W-0-25W-1-Metal-Film-Resistors-Assorted-Pack-Kit-Set-Lot-/272131531581?hash=item3f5c4da33d:g:49oAAOSwUuFWvTnx.

BGA doma taky nedávám, ale tohle má i alternativu v DFN nebo QFN a tam už to sice není v pohodě, ale s trochou snahy a tavidla se to dá. Jenom udělat delší plošky směrem ven a moc nešetřit tavidlem.
Vlastně není problém vyrobit doma cokoliv, kde není BGA, šířka cesty je nad 1/8mm a izolační mezera nad 1/8mm... I na QFN s chladící plochou na břiše existuje finta, jak ji připájet mikropájkou. Pochopitelně, že nad TSSOP není...

Dělají se i větší pouzdra, ale taková TPS562201 v SOT-23 se na těch 90% dostane až při 200mA... :\ Takže pro hodiny by to moc nebylo.

Tam s tím vnitřním odporem jsem rychlej myslel než psal. Pokud budu mít vnitřní odpor zdroje 0,1Ohmu a potáhnu z něho 1A, poklesne napětí o 0,1V. Když budu mít ty zdroje dva v sérii a budu tahat poloviční proud, tak mám vnitřní odpor 0,2 Ohmu a proud 0,5A, takže taky pokles o 0,1V. Ale když se to rozpočítá, tak na každé baterce spadne jenom o 0,05V. Je to kapka energie, ale v závislosti na konstrukci to může znamenat třeba tři dny života.

Jo, ještě k tomu dvojímu Uout. Na to přece stačí na výstupu dělič ze tří odporů a jeden z nich zkratovat MOSFETem řízeným z GPIO... Dva výstupy a přepínač za nima jsou blbost.

"vyždímat z dvojice baterek v sérii díky nižšímu vnitřnímu odporu".... od kdy prosim te?

"LiIon 3,5Ah 3,6V samovybíjení 0,08%, Imax 100mA / pulsně 200mA"

Řekl bych že u LiIonky ty údaje moc nesedí. Viz např. typycký představitel 18650. Vybíjecí proudy jsou i přes 1C.

https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf2/ACA4000/ACA4000CE417.pdf

Mějme procesor, co si ve sleepu na 3.3V bere řekněme 10uA a v aktivním režimu 1mA. V aktivním režimu je 1% času. Potom jsme na 3.3*(0.99*10*10^-6+0.1*10^-3)=66uW.
Řekněme, že proud roste lineárně s napětím, při +5V 15uA a 1.5mA, Tím se dostaneme na 100uA.

Když přidáme LDO pro napájení procesoru, kde je rozdíl 1.7V, tak se k 66uW přičte 35uW a jsme na 101uW. + vlastní spotřeba LDO 1.6uA dá dalších 8uW. Takže výsledek je o 9% horší, než bez stabilíku. navíc stabilík stojí prachy, zabírá místo a je na něm min. 0.2V, který z baterky nevyužiješ, protože procák dřív padne na hubu. Je to další součástka navíc v napájení, takže o chlup horší spolehlivost (lidově se tomu říká "kurvítko"), prostě samý pozitiva. O tom, že interně LDO využívá kladnou zpětnou vazbu, sem tam si kmitne a něco navíc projde filtračníma kondíkama, se nemá cenu bavit.

Takže řekni jediný racionální důvod, proč by tam ten stabilík měl být.

"Takže řekni jediný racionální důvod, proč by tam ten stabilík měl být."

Já? Snad autor zapojení, ne?

Ale já přesto jeden vidím - specifikaci použitého rf modulu. Ucc max 3.6V

LDO je ke zvážení vždy. Otázka je vybrat správný. (Tím nehodnotím jestli tento je nebo není)

viz vysvětlení : http://www.ti.com/lit/an/slyt356/slyt356.pdf

Ke zvážení možná, k použití ne. Tahle konstrukce nepotřebuje stabilní napájení. Potřebuje srazit napětí kvůli tomu, že to špatně navrhl, žere to jak kráva a musí mít baterku jak Kalousek butelku. S tím mu LDO nepomůže. Energii, co získá na baterkách s vyšším napětím, protopí na stabilíku a výsledek je furt stejný, ale za vyšší cenu (stabilík + další článek).

Tak smad by měl volit součástky kompatibilní, tj. k tomu RF modulu hodit procák, který jede na stejných napětích, podle toho zvolit napájení (např. 2x alkalická nebo 3x NiMH + dioda proti přepólování). Ne vymýšlet krávoviny.Na tom LDO před TRXem, když počítám i krmení procáku, protopí tolik, co tem TRX odvysílá.

Např. napěťový dělič na vstupu do MCP 6042 trvale bere 250uA tj. užere z baterky 11Wh za rok což je fakt hodně.

Přesně tak. A to je jenom jedna větev, tuhle věc jsem myslel dohromady s termistorem jako celý můstek.

Pokud by měřil s periodou 10s a změření a zprůměrování několika hodnot trvalo 10ms, efektivně využije 0,01% energie, která tím můstkem projde. Při tom by jako řešení stačilo místo Gnd připojit můstek na nohu MCU a přepínat mezi 0/HiZ.

A takovýhle vychytávky tam má ještě tři... ;) Kdo najde další?

Abychom byli úplně fér, v článku má uvedeno že R5 a R6 musí být cca 2M2 právě kvůli proudu...

Nicméně, v článku vůbec neuvažuje nad tím, že na LDO bude úbytek 0,9 V při napětí baterie 4,2V. Pak se bude postupně snižovat až na těch cca 0,3V (při 3,6V by se tak jako tak mělo vypnout kvůli baterii).

Na LDO se tak taky ztratí docela dost výkonu.

Ok větší odpor mění poměr, ale je to potřeba vypínat. Atmega nedělám pouze s msp430, ale chybí mi tam quarz pokud to chce uspávat. Interní hf oscilátor to asi nedá. Dále se mi nelibí používání 5v a 3v když nemusí být. Dále bych asi odpojoval napájení místo používání CS, který je asi natvrdo u vysílače.

A ještě bych přidal neošetření nezapojených vstupů, pokud to nemá uvnitř čipu.

No procák a jeho časování jsem neuvažoval, to beru jako problém samo o sobě...

Stejně tak může z výstupního pinu napájet OP. Tedy změnou z Hi/Lo zapínat a vypínat napájení OP jen na nezbytnou dobu

To v jeho zapojení nejde :( Operák krmí z +5V. Pokus mu pinem procáku ustřihnu zem, pustím si přes ten pin a ochrannou diodu 5V do výstupu LDO. Zase si zkomplikoval tím LDOčkem zbytečně život.

Ale ten operák je třetí věc. Je tam úplně na pytel. Pokud měří v diagonále můstku a oba vstupy ADC mají stejný parametry, nevidím pro zesík s A=1 žádný důvod. Maximálně upraví převodní tabulku termistoru. A ona vlastně ani ta druhá větev můstku nedává smysl, pokud napájení děliče s termistorem použije jako referenci.

(osobně bych teda spíš znásilnil časovač a udělal tam integrační převodník, odpadl by operák i spotřeba můstkua přes termistor by se jenom napájel kondík. Ale beru, že ne každý má páru o tom, jak jenočipem přesně a efektivně měřit odpor).

Takže našlo se:
1) Rozežraný můstek a operák trvale na napájení, navíc je k dispozici energerticky míň náročná integrace za míň peněz.
2) Komplikace v podobě zbytečnýho LDO.

Koho napadne třetí věc? Nápověda: něco chybí u RF modulu

těch 5v bych zrušil úplně. Pokud bych uvažoval battery napájení tak bych tam místo LDO dal step up. což mi umožní udržet napájení CPU i při napětí < 1V.

U RF modulu chybí celá výstupní RF část, otázka jsou C2 a C4 jestli jsou dostatečné.

No, ono tam hlavně 5V vůbec není. Je tam 3.6-4.2V (podle stavu nabití lionky).

Step up? To jste právě trumfnul autora tohoto článku.

Klasický step up pracuje tak, že proud jde cívkou a diodou do kondíku. Ten se nabije na Uin. A pak se spoj mezi cívkou a diodou šlusne na zem. Cívkou jde proud do země, který zůstane nevyužit. Pak se šlus přeruší a proud, indukovaný v cívce, se nahrne do kondíku. Protože v kondíku je Uvst a cívka se odráží od Uvst, kondík se nabije na vyšší napětí. Po započítání proudu do země na nabití cívky a ztrát na diodě je člověk rád, když to dostane nad 35% účinnost :(

Navíc step-up musí startovat nezatížený. Jinak je cívka furt do šlusu na zem a do kondíku není co poslat. U Atmelu je to sci-fi, ten v RESETu často papá víc, než v normálním provozu. Takže totální blbost.

Kondíky rozhodně stačit nebudou. To je další z těch čtyř chyb. LDO je z principu vložený odpor, když počítám i vnitřní odpor baterek řádově v Ohmech, tak mu bude pěkně cvičit napájení. To znamená kolísání výkonu, možnost rozlaďování TRX a tím chyby v komunikaci, kterou je pak potřeba opakovat a TRX při provozu bere zaručeně nejvíc.

Doporučuji podívat se na Texas Instruments, oboje mají krásně popsané i s vysvětlením pro použití s MSP430.

LDO - http://www.ti.com/lit/an/slyt356/slyt356.pdf
DC/DC - http://www.ti.com/lit/an/slaa398/slaa398.pdf

a pro fajnšmekry jak vypočítat PullUp a PulDown odpor - http://www.ti.com/lit/an/slva485/slva485.pdf

A ještě velmi zajímavá věc.
Power Cycling Reference Design to Extend Battery Life
Using an Ultra-Low IQ LDO and Nano Timer

http://www.ti.com/lit/ug/tiduap0/tiduap0.pdf

Tentokrát jsi nějak mimo.

Přečti si odstavec "Konstrukce" v článku. Tam zjistíš že autor pro napájení používá LiIon/LiPol, takže tam nikde 5V mít nemůže. Ostatně ani je tam nepotřebuje. Předpokládám že je to blbě pojmenovaný label ve schématu...

jj byl to Label ve schématu

Ještě k tomu stabilizátoru. Na místě autora bych samozřejmě zvolil RF modul s Vcc 3.3 - 5V...

Ale když už se rozhodl takhle, holt stabilizátor potřebuje. RF modul už vybral, SW i PCB má hotové. S tím se v tomhle stádiu dá už těžko něco dělat. Ale je to třeba vzít jako poučení. Případně může přesunou stabilizátor až před RF modul (pokud má 5V tolerant vstupy).

Že je tady step-up kravina je jasné.

Zaujala mě ale za 35% účinnost stepupu a startování nezatížený. To má platit pro všechny stepupy? Já nevím, ale i ten blbý XL6009 má účinnost mnohem vyšší a startuje normálně s připojenou zátěží.

Odlehčený být musí vždycky. Kdyby nebyl, tak se proud cívkou nemění a na výstupu se nedostane nad napájecí napětí. A účinnost dost závisí na rozdílu napájení a na zatížení. Nikdy není konstantní. Tady bude lítat od uW až do desetin W s napětím měnícím se o 40%.

U koumáka s nízkopříkonovým Atmelem se dá čekat, že ten boost realizuje pomocí 556. A tam klidně půjde na 5% :D

http://www.ti.com/lit/an/slaa398/slaa398.pdf

TI považuju v polovodičích za špičku (a je to jedna ze tří firem, který uznávám i přes zdroje) a i ti v tom dokumentu mají při nízkým výstupním proudu ve standardním zapojení účinnost 50%. I kdyby tenhle brouk měl v tomto zapojení 60%, furt je to podstatně víc, než kolik bych si představoval.

Autor článku ale patrně tuhle firmu nezná a volil by stejně dobře, jako v případě procesoru (něco od On Semi, hlavně levný) a navěšel tam zbytečnosti (jako tady ten operák). Prostě jako když kouzelník Babica míchá lektvary.

Pokud fakt nebude důvod jít jenom do jednoho alkalickýho článku, nešel bych do toho. Když už, tak to trochu vyhnat nábojovou pumpou.

> Odlehčený být musí vždycky. Kdyby nebyl, tak se proud cívkou nemění a na výstupu se nedostane nad napájecí napětí.

Sorry, nejsem si jistý, jestli mluvíme o tom stejném. Vzal jsem referenční zapojení XL6009 nastavené děličem tak, aby na výstupu bylo 6 V. Připojil jsem na výstup žárovku 6 V 100 mA. Připojil jsem vstup step-upu na téměř nabitou liionku (4 V).

Žárovka se rozsvítila, je na ní 6 V.

Žádné odlehčování pro nastartování.

Do žárovky teče 6 V 107 mA, do stepupu 4 V 202 mA. Účinnost je tedy 80 %.

Obvod stál $0.99 na eBay.

"Navíc step-up musí startovat nezatížený...." Od kdy zase? PWM regulator nikdy nebezi se stridou 100% to je jedna vec druha je ta, ze temer vsechny Step-UP PWM reg. bezi v proudovem modu...

Jako nektery nazory mas dobry a souhlasim, ale obcas to jsou taky perly :-)

Jake?