Форум РадиоКот

Есть устройство на Arduino Pro Mini с радиомодулем NRF24, питается от батарейки и работает индикатором - зажигает несколько светодиодов в зависимости от полученного по NRF24 статуса.

Красные светодиоды c Vf 1.8 В висят напрямую на ногах и ток в 20 мА ограничивается резисторами. При питании в 5 Вольт большая часть мощности рассеивается именно на резисторах. На фоне потребления светодиодов/резисторов, потреблением МК/радиомодуля без них можно пренебречь, а хотелось бы повысить автономность устройства.

Возникла идея заменить резисторы на ШИМ в связке с индуктором и конденсатором. Подобрать скважность таким образом, чтобы усредненный индуктором ток как раз соответствовал нужному для светодиода.
С библиотекой FastPWM можно получить частоту ШИМ хоть в сотни килогерц, здесь ограничений нет, разрешение скважности 8 бит.

Напрямую с ноги питать уже не выйдет, ибо я так понимаю что импульсный ток будет большой, но поставить logic-level MOSFET тоже не проблема.

Как рассчитать нужную индуктивность и емкость при заданной частоте и рабочая ли это вообще идея?

Будет работать?

теоретически будет, но вот будет ли КПД такого решения выше - это вопрос... возможно, экономичней слать импульсы сразу на светодиод, если быстродействие порта позволит сделать импульс такой длительности, что ток не успеет вырасти сверх критичного значения. Если светодиод индикаторный и его свечение при токе 1...2 мА удовлетворяет, то можно поставить резистор из расчета ограничения до 20 мА или менее, для безопасности порта и/или светодиода, если вдруг перестанут идти импульсы в неудачном варианте, и длительность импульсов подобрать для тока 1..2 мА на светодиоде.

Симулятор при 50 кГц заполнением 30%, 330 мкГн с катушкой 2 Ом(такой индуктор есть в реале в наличии), 10 мкФ дает 5 мА на светодиоде и показывает КПД около 90%, что значительно лучше резистора.
В реале же надо обеспечить правильную раскачку MOSFET-а, иначе все потери будут на нем. Частоту снижать можно, но тогда импульсный ток растет до нездоровых значений и дополнительно растут потери на конденсаторе. Если выйдет хотя бы 60% в реале это все равно лучше резистора.

И еще момент что с такой индкутивностью при включении выброс может дать двухкратный ток на светодиоде, но даже если рассчитывать скважность на рабочий ток 10 мА безопасный запас все равно есть.

Переводите схему на 3.3В, будет вам экономия.

Для 3.3 надо городить SEPIC.
Индуктивный выброс, кстати, 2.2 кОм параллельно светодиоду гасит в половину. Можно теперь держать светодиод на 15 мА и не превышать 20 мА при включении.

[uquote="Seance",url="/forum/viewtopic.php?p=4144775#p4144775"]Для 3.3 надо городить SEPIC.[/uquote]
Зачем это? Питание от чего? Литий ион? Так там ниже 3.4-3.5 вредно разряжать. Вот обычная понижайка и справится.

Литий, да.

NRF24 требует очень чистого питания и заводится этот радиомодуль напрямую от не каждого Buck-а. Тогда как дешевый Boost на 5 В и после него копеечный AMS 1117-3.3 гарантируют стабильную работу 24/7.

У меня более наркоманская идея: модулировать MOSFET-ом ток на светодиод через индуктор напрямую от батарейки. Разницу в яркости компенсировать заполнением в зависимости от напряжения. Мониторинг напряжения чтобы показывать низкий заряд уже и так реализован, так что сколько на батарейке примерно, насколько это точно позволяет встроенный опорный источник Atmega, я и так знаю.

Странный способ питания. Для получения 3.3 вовсе не 3.8 минимум, уже давно существуют UltraLowDrop, например ldk120 от ST: https://www.st.com/content/st_com/en/pr ... dk120.html

В случае необходимости обеспечения максимальной длительности работы (с игнорированием минимального порога разряда, например) можно глянуть в сторону TLV61220

>У меня более наркоманская идея
Seance, ничего необычного, я удивился что это не первоначальная идея
диод навстречу и параллельно светодиоду, низковольтный шоттки чтоб ни 1 лишний uW врагам , конденсатор в утиль, gpio в двухтактный режим, конечно никаких D со стороны gpio, есличто они уже есть внутри mpu

ps если перевернуть в этой схеме LED и D то получится засвечивать LED c Vfw>Vcc, на самоиндукции, в момент перехода gpio в L.

[uquote="Seance",url="/forum/viewtopic.php?p=4144780#p4144780"]Тогда как дешевый Boost на 5 В и после него копеечный AMS 1117-3.3 гарантируют стабильную работу 24/7.[/uquote]
Вам нужно не на резистор светодиода ругаться, а посчитать сколько вы на линейной стабилизации теряете, плюс повышайка ваша. И того куча энергии в тепло.

Используйте понижайку до 3.3 и все. И да большой-большой секрет насчет чистоты питания- повесьте емкости тыщу-две микрофарад, ну дроссель еще можно, но не нужно. 10 штучек по 100мкФ в корпусе 1206 ну совсем не много места занимают на плате(дешман вариант), ну или тантал один два(можно дернуть со старой серверной материнки).

Схема с дросселем будет работать. Диод лишний, нижний транзистор выходного каскада порта сработает как обводной. Конденсатор тоже лучше убрать: с ним есть шанс испортить ножку при выключении диода.

Если все же оставить питание от порта(тогда действительно с двухтактным выходом диод не нужен), то пиковый импульсный ток, который будет гораздо выше дозволенных 40 мА этот самый порт не убьет? У меня смутные сомнения.
И еще - без конденсатора номинал индуктивности должен обеспечивать неразрывность тока через светодиод, или нет? Светодиод от таких пульсаций тоже не загнется?

Seance, не убьет, более того длительностью импульсов этот ток можно сделать любым, если верхнее (слабое) плече использовать для создания тока через индуктор (засаживать индуктор через D на землю и ловить самоиндукцию на LED анодом к земле) то имхо совершенно безопасно для стандартных avr gpio при любых длительностях импульсов, проблема может быть только по питанию при множестве таких выходов.

Seance писал(а):неразрывность тока через светодиод, или нет?

Да, действительно, тут есть шанс выстрелить себе в ногу. В идеальной такой схеме неразрывность тока в дросселе приведёт к тому, что каскад будет представлять из себя, грубо говоря, источник напряжения, где выходное напряжение будет Uпит * коэффициент заполнения. Потому для диода с условным падением 1,8 вольт можно обеспечить "гарантированное желаемое" падение в 1,6 вольт (запас) и получим Кзап= 1,6/5= 32% . Ну и да, в пике превышать номинальный ток порта всё-таки нежелательно.

Менять резистор на кучу деталей это зачем? Чтобы ухудшить надёжность устройства? Или просто хочется выдумать себе проблему которую необходимо героически преодолеть? Странно как-то это выглядит с моей стороны.

VNS, "целая куча" это 1 индуктор и 1 диод. и это позволяет зажигать белые и синие светодиоды при напряжении питания напр 2.7V(литий) или 1.8V(1s свинец или 2s кадмий), что с резистором невозможно. и иногда потребление микроваттное и мощщ на светодиод относительно него просто гигантская.

Диод? Так СД сам себе диод. Воткнуть его вместо диода, а дроссель другим концом на общий (в показанном варианте схемы). Другой вариант: коммутировать дроссель и СД на общий, тогда анод СД к дросселю, а катод и другой вывод дросселя на плюс. Надо только как-то контролировать ток накачки дросселя. По времени - это как-то не очень надёжно. Сразу скажу, я такого не делал.

mickbell, gpio не делают с открытыми стоками, там двухтактные выходы (полумост n-fet + p-fet). канальные диоды выходного полумоста не позволят на таком выходе получить самоиндукцию за пределы питания mcu +0.5..0.7V. чтобы это обойти нужен еще 1 диод. если же самоиндукция не используется то нужно защитить LED от обратного напряжения, посему и в этом случае нужен диод, можно еще 1 led.

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4151744#p4151744"]mickbell, gpio не делают с открытыми стоками[/uquote]Можно ключик поставить, что-то типа BSS131. Ещё одна деталька будет.