Аккумуляторная батарея для питания мобильного датчика

[Foxhound]

Доброго времени суток.
Конструирую мобильное устройство контроллер STM32 и пара датчиков к нему. Все рассчитаны на работу с напряжением 3.3В
Есть задача получить максимальное время работы от батареи.

С точки зрения батареи решено, что будет три ячейки 18650. Изучил теорию по защите/заряду материала много, но что то с красивой практической реализацией сложно....
Нужны советы по практическому применению. Склоняюсь к двум вариантам

Вариант 1. Соединить аккумуляторы параллельно.

Собственно соединяем три банки параллельно. Эксплуатируем сборку в диапазоне 3 - 4.2 вольта.
Делаем для нее защиту от перезаряда на 3В на основе монитора питания MAX809T
Контроллер питаем через buck-boost регулятор MAX710ESE который из входного 1.8В - 11В сделает нужные 3.3
Заражать сборку с помощью чего ни будь типа MAX1811, как я понимаю про балансировку мне заботиться не надо.

Это основной рабочий вариант на текущий момент. Смущает как такую сборку заряжать?
Просто как одну ячейку и выбрать ток заряда 0,3 от емкости одной батареи?

Вариант 2. Соединить аккумуляторы последовательно.
Собственно соединяем три банки последовательно. Эксплуатируем сборку в диапазоне 9B - 12,6B
Тут вопросов больше чем ответов.
Как питать контроллер все понятно LDO или импульсный DC-DC с низким собственным потреблением.
А вот как защищать батарею? В инете много схем но все про защиту батареи в целом, а не про отдельные ячейки....
Нашел для себя вот такой вариант BQ76925PW делает то что надо, но стоит как крыло боинга.....
А вот с зарядом последовательной сборки все плохо..... Ни одной схемы с балансировкой не нашел..... Из в природе нет? Или для каждой банки отдельную схему зарядки надо делать?


В общем хотелось бы практических советов как лучше в моем случае поступить.
И конкретных проверенных микросхем заряда с балансировкой и защитой от разряда именно сборки.

[vlasovzloy]

Обьясни, а если питание 3,3 вольта для чего столько аккумов? Ну поставь один увеличенной емкости

[Foxhound]

[uquote="vlasovzloy",url="/forum/viewtopic.php?p=4149908#p4149908"]Обьясни, а если питание 3,3 вольта для чего столько аккумов? Ну поставь один увеличенной емкости[/uquote]

Ну собственно для что бы большее время работы получить. У меня ячейки 18650 по 3400 mAh.

[pavel2000]

> Вариант 2. Соединить аккумуляторы последовательно.
> Как питать контроллер все понятно - LDO

Ну видимо не очень понятно, т.к. LDO большую часть времени будет тупо греть воздух энергией из второй и третьей банок.

Не гонитесь за красивыми аббревиатурами, вы их не понимаете.

---

Для начала определитесь с более-менее точной спецификацией устройства - какой процессор, какова периферия, какие напряжения допустимы, какие режимы питания необходимы (постоянно ли включены датчики/передатчики, периодический опрос, и т д) какие токи требуются.

[Foxhound]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149922#p4149922"]> Вариант 2. Соединить аккумуляторы последовательно.
> Как питать контроллер все понятно - LDO
Ну видимо не очень понятно, т.к. LDO большую часть времени будет тупо греть воздух энергией из второй и третьей банок.

Не гонитесь за красивыми аббревиатурами, вы их не понимаете.[/uquote]
Или импульсный DC-DC.

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149922#p4149922"]Для начала определитесь с более-менее точной спецификацией устройства - какой процессор, какова периферия, какие напряжения допустимы, какие режимы питания необходимы (постоянно ли включены датчики/передатчики, периодический опрос, и т д) какие токи требуются.[/uquote]

С этим все понятно.
Устройство большую часть времени будет спать. Раз в пять минут делать измерения. При измерениях ток порядка 50 mA. Во время сна датчики выключаются.
В момент передачи данных на базу (примерно раз в час или при необходимости) потребление до 300 mA

[pavel2000]

[uquote="Foxhound",url="/forum/viewtopic.php?p=4149929#p4149929"]Или импульсный DC-DC.[/uquote]

ну да, это же почти одно и то же - LDO и DC-DC, особенно в контексте "соединим три аккумулятора, получим 12В, а потом из них сделаем 3.3".


[uquote="Foxhound",url="/forum/viewtopic.php?p=4149929#p4149929"]С этим все понятно.
Устройство большую часть времени будет спать. Раз в пять минут делать измерения. При измерениях ток порядка 50 mA. Во время сна датчики выключаются.
В момент передачи данных на базу (примерно раз в час или при необходимости) потребление до 300 mA[/uquote]

Классно, ответили на один из многих вопросов. А на другие?
Потребление датчиков в ма*ч какое - т.е. какова длительность измерений, передачи данных - сколько требуется заряда ?
Как-то есть небольшая разница, "раз в пять минута" включить датчик на секунду или на минуту.

С требованиями к напряжению у периферии что?

Какова желаемая длительность работы "комплекса" от одной зарядки?

Реально целесообразно искать MAX71х за "сотни денег", заморачиваться с балансировкой и прочим, или просто "хочется чтобы было "красиво" (типа как в случае с LDO и тремя аккумуляторами последовательно)?

[Foxhound]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149942#p4149942"]Классно, ответили на один из многих вопросов. А на другие?
Потребление датчиков в ма*ч какое - т.е. какова длительность измерений, передачи данных - сколько требуется заряда ?
Как-то есть небольшая разница, "раз в пять минута" включить датчик на секунду или на минуту.[/uquote]

датчики в момент измерения потребляют примерно вместе с контроллером 50 mA.
время измерений в пределе 1 секунда

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149942#p4149942"]С требованиями к напряжению у периферии что?[/uquote]
3.3В вся периферия

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149942#p4149942"]Какова желаемая длительность работы "комплекса" от одной зарядки?[/uquote]
В идеале год. Понятно что на практике не достижимо. Буду стремиться получить максимум от трех элементов в 18650 емкостью по 3400mAh каждый.


[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149942#p4149942"]Реально целесообразно искать MAX71х за "сотни денег", заморачиваться с балансировкой и прочим, или просто "хочется чтобы было "красиво" (типа как в случае с LDO и тремя аккумуляторами последовательно)?[/uquote]

Ну MAX710ESE найти не проблема можно хоть завтра в chipdip купить за 620р ))
Есть еще куча чипов подешевле но в корпусах VQFN-24. Под такое даже плату в домашних условиях сделать тяжеловато.
Я бы так сказал, хочется разумности и побороться за время работы. Я понимаю, что большая часть борьбы за время работы будет лежать на стороне контроллера, но и с точки зрения питания хочется сделать оптимально.

[pavel2000]

>В идеале год.

Ну и зачем тогда в схему закапывать балансир, который будет использован раз в год?

Датчики:

- измерение раз в 5 минут == 105 120 измерений за год.
- каждое измерение 50мА * 1 секунду = 0.05 Кл

итого на датчики потребуется 5256 Кл.

5мкА LDO/DC-DC shutdown * 1 Год == 160Кл
еще столько же на Standby CPU

1 аккумулятор 3400мАч = 12240Кл.

Надо еще учесть саморазряд, работу процессора, работу передатчика, кпд DC-DC..

---
Я бы делал питание процессора - LDO, питание периферии - DC-DC + LDO, активируемое процессором.
А балансиры, зарядники - нафиг.

[Foxhound]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149969#p4149969"]>В идеале год.

5мкА LDO/DC-DC shutdown * 1 Год == 160Кл
еще столько же на Standby CPU

1 аккумулятор 3400мАч = 12240Кл.
Надо еще учесть саморазряд, работу процессора, работу передатчика, кпд DC-DC..[/uquote]

Ну это к тому что одной банки достаточно, остальное не изобретать?
Если про передачу данных, то раз в час в течение года, хотя бы 3 секунды на сеанс (реально больше)
24*365*3 = 26280 секунд работы или 7,3 часа, при токе 300 mA это примерно 2190 mAh
Плюс потери....
Хотя бы две банки точно надо


[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149969#p4149969"]>В идеале год.
Я бы делал питание процессора - LDO, питание периферии - DC-DC + LDO, активируемое процессором.
А балансиры, зарядники - нафиг.[/uquote]

Ну а как же просто воткнул в USB зарядник и все?
В противном случае придется аккумуляторы доставать.

[pavel2000]

> Ну а как же просто воткнул в USB зарядник и все?
> В противном случае придется аккумуляторы доставать.

Раз в год это проблема?
Хорошо, добавь зарядник, типа TP4056 как в повербанке. (это еще 3-6мкА тока разряда, согласно даташиту).
В пределе на АКБ будет 4.2Вольта, LDO их понизят до требуемых 3.3.

>Хотя бы две банки точно надо

Ну видимо да. Надо учесть, также, что вероятно заряд не будет использован полностью.
Т.е. какой заряд выдаст аккумулятор при снижении напряжения до заданного минимума.

Я вижу нюанс ещё в том, что при разряженной батарее на процессоре будет питание ниже, чем питание 3.3В у периферии.
Но вроде как 0.3В разницы не должно быть проблемой.

[Foxhound]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149978#p4149978"]> Ну а как же просто воткнул в USB зарядник и все?

Хорошо, добавь зарядник, как в повербанке.
В пределе на АКБ будет 4.2Вольта, LDO их понизят до требуемых 3.3.

>Хотя бы две банки точно надо

Ну видимо да. Надо учесть, также, что вероятно заряд не будет использован полностью.
Т.е. какой заряд выдаст аккумулятор при снижении напряжения до заданного минимума.

Я вижу нюанс ещё в том, что при разряженной батарее на процессоре будет питание ниже, чем питание 3.3В у периферии.
Но вроде как 0.3В разницы не должно быть проблемой.[/uquote]

Ну.... т.е. выглядит как первый вариант?
Две банки параллельно?
C buck-boost регулятором не заморачиваться, просто LDO до 3.3В ну и защиту сделать на уровне 3.3В?
Зарядник тот же MAX1811

[pavel2000]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149969#p4149969"]Я бы делал питание процессора - LDO, питание периферии - DC-DC + LDO, активируемое процессором.[/uquote]

Вам виднее, какие там требования к напряжению питания у периферии.
Я предлагал разряжать аккумулятор до 2.9-3.0В, питать процессор напряжением 2.8-3.3, а периферию всегда питать 3.3В, через последовательные step-up до 3.5-3.6В и LDO до 3.3В.
В случае, когда на батарее будет 3.6В-4.2В, stepup просто пропустит их на выход, где они и будут приведены к целевым 3.3В.
Не думаю, что есть другие простые варианты получить хорошие 300мА 3.3В. Мне кажется, что такой вариант будет наиболее экономичным.

Еще раз обращу внимание на разницу напряжений питания процессора и периферии.
В зависимости от типа ног STM32 там будут разные допустимые разности потенциалов "нога-питание процессора".
Также можно добавить диоды, чтобы напряжение питания STM повышалось при запуске питания периферии - но тут надо учесть, что на LDO процессора будет обратная разность потенциалов (хотя опять же не большая, в пределах 0.6В что должно быть допустимым, либо еще диодом развязать).

[Foxhound]

[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149995#p4149995"][uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4149969#p4149969"]Я бы делал питание процессора - LDO, питание периферии - DC-DC + LDO, активируемое процессором.[/uquote]

Вам виднее, какие там требования к напряжению питания у периферии.
Я предлагал разряжать аккумулятор до 2.9-3.0В, питать процессор напряжением 2.8-3.3, а периферию всегда питать 3.3В, через последовательные step-up до 3.5-3.6В и LDO до 3.3В.
В случае, когда на батарее будет 3.6В-4.2В, stepup просто пропустит их на выход, где они и будут приведены к целевым 3.3В.
Не думаю, что есть другие простые варианты получить хорошие 300мА 3.3В. Мне кажется, что такой вариант будет наиболее экономичным.[/uquote]

А что будет когда батарея будет полностью заряжена до 4.2В ? step-up надо бы тогда делать до 4.5В а потом LDO?
И если я уже построю конструкцию для 300мА 3.3В, то не проще и контроллер от него же питать?

[pavel2000]

>А что будет когда батарея будет полностью заряжена до 4.2В ?

По-моему я уже написал, что будет.

>step-up надо бы тогда делать до 4.5В а потом LDO?

Чтобы LDO чуть сильнее грелся и в 1.25 раза больше тратилось энергии?

>то не проще и контроллер от него же питать?

И 99.9% времени step-up будет молотить впустую. Затраты заряда батареи посчитать, или сами?

Может быть это и проще.
Но не всё, что проще - лучше.

Вам надо проще?

[pasha_zv]

всё уже придумано до вас.
берем сборку параллельную, соотв имеем 4v2-3v6
камушек питаем от LDO 3v3 ( есть там и с 25нА собственного потребления).
а как-же быть то: у меня камень при работе жрет 0ю5 и более ампера, что ЛДО греть?
да глупость это.
как камень заработал - он включает понижающий импульсник на 3v32, включенный
ПАРАЛЛЕЛЬНО ЛДО.
а как камушек уснул - выключает его. и питается опять от ЛДО.

[Hand-Maker]

В идеале год. Понятно что на практике не достижимо. Буду стремиться получить максимум от трех элементов в 18650 емкостью по 3400mAh каждый.

На практике достижимо.
Как пример, автономный пожарный датчик с пищалкой.
Раз в 2 секунды анализ задымленности -- требуется 200 мкС потребления 400 мА и 5 мС порядка 10 мА.
Рекомендовано пользователю раз в месяц проводить тест с включением пищалки -- это порядка 10 секунд 50 мА
В конце срока службы, или когда датчик уже решает, что у него батарейка подсаживается, он должен быть в состоянии проорать о пожаре минимум 10 минут с потреблением 50 мА (такое потребление изза требований по громкости воплей)

Теперь самое главное: запитывается всё это чудо от несъёмной 3В литиевой батарейки (не аккума) емкостью 1500 мАч
и гарантированно живет 10 лет.

Так вот...

ПыСы, изделия поставляются в Европу, естественно проходя их сертификацию -- это насчет "а не врёте ли..."

[Foxhound]

В общем пока остановился на следующем решение.

Два аккумулятора 18650 по 3400 mAh параллельно. Будут работать в диапазоне напряжения 3В - 4.2В
Проверил, что мой контроллер, все датчики и устройство связи можно питать пониженным напряжением 3V.

Для питания контроллера и датчиков планирую использовать LDO регулятор LP2985-3.0
Для питания устройства связи импульсный DC-DC преобразователь TPS6224

Защиту аккумуляторной сборки на уровне 3В сделать на мониторе питания MAX809T причем транзистор отключающий потребителей подключить через AND элемент, что бы можно было отключить батарею или при разряде или при подключение внешнего питания.

Блок зарядки сделать на микросхеме MAX1811 c током зарядки 0.5A (Хотя наверное мало....)

По схеме получилось вот так:


Надо вот еще с землями определиться.... где какая должна быть ))

[pavel2000]

Это так по-нашему, считать везде микроамперы, подбирать микросхемы с нижайшим потреблением, а потом добавить R5+R6, R8 и увеличить ток потребления в 30000 раз (ну, чуть гиперболизирую для красоты).

Может ну его всё нафиг, и мерять напряжение батареи процессором раз в 100-1000 измерений, завести Power_IN как дополнительное прерывание - т.е. решить проблему программно.?

[pasha_zv]

хахаха

подсказываю : "супервизор питания

ЗЫ.ето микра такая

[pavel2000]

Ты о чем?

Тут как бы уже MAX809T на схеме присутствует и без сторонних подсказок.