Apague el regulador durante el sueño

Estoy trabajando en una red de sensores inalámbricos y me gustaría saber qué se necesitaría para apagar el regulador durante el sueño profundo.

Estoy planeando usar 3.3v, porque permitiré que el usuario presione un botón para mostrar las lecturas localmente en una pantalla LCD y eso significa que necesita 3.3v. De lo contrario, iría más bajo. Todo lo demás es compatible con 1.8v.

Entonces, mi pregunta es, si tengo un nodo en suspensión profunda, ¿puedo configurar el pin EN en el regulador bajo y depender de las tapas de la fuente de alimentación o del inductor para retener suficiente energía para mantener la MCU viva para que pueda despertarse en ¿5 minutos? ¿Cómo sé cuánto tiempo tendré? ¿Debería incluir un supercap también? ¿Vale la pena intentar apagar el regulador, o cuando no hay consumo, no quemará energía?

La corriente máxima será inferior a 200 mA. Al dormir, nada debería estar funcionando, excepto la MCU en modo de parada + RTC o funcionamiento de baja potencia, que es, según la hoja de datos, 1.2 uA y 9uA, respectivamente. Estoy seguro de que algunas ineficiencias en mi diseño requerirán margen de maniobra.

Muchas gracias y cualquier comentario sobre cualquiera de los anteriores es muy apreciado.

La respuesta depende de la cantidad de corriente que consuma durante esas fases de sueño. ¿Puede dar alguna estimación (o si está disponible una medida)?
El regulador que muestra es solo eso, un regulador buck-boost para dispositivos que funcionan con baterías, pero no tiene un circuito de carga. ¿Cómo estás cargando las baterías NCR18650?
Según la hoja de datos, ese regulador consume menos de 60 uA de corriente de reposo. Tienes 5,4 Ah de batería. Suponiendo que la carga de su sistema es muy baja en el modo de suspensión profunda, me pregunto si vale la pena poner el regulador en modo de suspensión.
Usualmente, para este tipo de sistema, usaré un LDO para 3.3V. La eficiencia no es tan mala por la sencilla razón de que VBATT está cerca de lo que realmente se necesita durante gran parte del ciclo de descarga. Algunos LDO tienen una corriente de reposo muy baja y, por lo tanto, se pueden dejar habilitados continuamente.
Para ese regulador en particular, hay un pin de ahorro de energía disponible que lo hará funcionar en ráfagas de energía, aumentando significativamente la ondulación del voltaje, si su sistema puede manejar eso, podría valer la pena intentarlo.
@tcrosley No planeo tener ninguna recarga integrada en el nodo. Se quitarán las baterías para cargarlas y mantener el nodo en el campo.
@mkeith, ¿tiene alguna recomendación? Este sistema nunca debe usar más de 200 mA en el pico.
@Arsenal Actualicé la pregunta para reflejar el sorteo durante el sueño.
@Arsenal No sé cómo me perdí ese pin de ahorro de energía. Si haces eso como una respuesta, lo aceptaría.
No miré muy duro. Pero aquí hay uno de TI: LP5907. Probablemente hay 100 proveedores que fabrican LDO en SOT23. Rohm, Toshiba, TI, Linear, MPS, una gran cantidad de empresas taiwanesas. Echa un vistazo a digikey. Obtendrá una mayor eficiencia en el funcionamiento normal con ese impulso/reducción, y en realidad es una parte inactiva bastante baja. Es solo una cuestión de qué porcentaje de la capacidad de la batería se utilizará en el modo de suspensión frente al modo "normal". Tenga en cuenta que el LDO que mencioné tiene un menú desplegable activo cuando se apaga para drenar las tapas de salida rápidamente.

Respuestas (2)

Este regulador en particular cuenta con un pin de ahorro de energía (PS), que cambiará el modo de trabajo de regulación constante a un modo en el que solo se proporcionan breves ráfagas de corriente para aumentar el voltaje por encima del punto de voltaje establecido.

Si sus componentes pueden manejar el voltaje adicional, podría valer la pena intentarlo. Agregaría un poco más de capacidad a la salida para aumentar la fase de apagado del regulador para reducir aún más la corriente necesaria.

modo de ahorro de energía de TPS63001

Así que con un cálculo aproximado: ( 3.38 V − 3.3 V ) ∗ 100 m F 10 m A = 0.8 s

Este es el momento, un condensador de salida de 100 µF necesitaría bajar de 3,38 V a 3,3 V con una carga de 10 µA (despreciando las dependencias de voltaje). Y el regulador estaría encendido solo unos 5 µs, por lo que básicamente está apagado todo el tiempo.

Como mencionó mkeith, podría valer la pena considerar un LDO, algo así como un TPS72733 que tendrá una corriente de reposo de 7.9 µA (debería haber algo más bajo). Tienen una alta eficiencia para aplicaciones alimentadas por batería y son mucho más baratos que los reguladores de modo de conmutación. La eficiencia es aproximadamente del 88-89 % con una salida de 3,3 V y una entrada de 3,7 V y una carga de 200 mA, pero solo alrededor del 50 % si la carga es tan baja como la corriente de reposo y no se puede utilizar el apagado (depende de cómo lo implemente el chip). Sin embargo, perderá la capacidad de agotar la batería por debajo de 3,3 V + voltaje de caída (130 mV @ 200 mA para esa parte), lo que disminuirá el intervalo en el que se deben recargar las baterías. Pero por otro lado las baterías durarán más ciclos de recarga si no se descargan tan profundamente.

Cabe señalar que a las baterías les gusta un consumo de corriente bajo constante más que un consumo de corriente alto y puntiagudo, por lo que el LDO podría aumentar el intervalo nuevamente, pero con las baterías que va a usar, consumir 1A durante algunos microsegundos debería estar bien. La vida útil de la batería es bastante compleja y no es fácil de predecir, por lo que para averiguarlo realmente, probablemente necesite un prototipo con ambos reguladores y ver qué sucede.

Excelente respuesta. Una última cosa. Si conecté la pantalla LCD directamente al VIN, a través de un transistor o mosfet, podría ir a 1.8v para vcc. Con esa gran diferencia en VIN y VCC, ¿hace que un LDO ya no valga la pena?
@MattWilliamson, en ese caso, tendría una caída de 1,9 V en el LDO, que es más de la mitad del voltaje de la batería durante un período prolongado (se mantiene principalmente en 3,7 V). Entonces, su eficiencia está por debajo del 50%, eso no es realmente bueno para un dispositivo alimentado por batería. También me viene a la mente la gestión térmica, el LDO tendrá 0,38 W para quemar a 200 mA, por lo que tiene un autocalentamiento de aproximadamente 30 K (suponiendo 75 K/W), lo que podría ser un problema dependiendo del rango de temperatura ambiente. Así que probablemente iría con el conmutador entonces.
Gracias por tu minuciosidad. Realmente aprecio el tiempo que te has tomado para ayudarme.
Además, puede tener problemas si ejecuta la pantalla LCD a 3,3 y otros circuitos a 1,8. Básicamente, si la pantalla LCD se comunica con otros componentes de la placa, la falta de coincidencia de voltaje causará problemas. Si la pantalla LCD impulsa las salidas a 3,3 V, esas salidas generalmente no se pueden conectar directamente a las entradas que esperan 1,8 V.

Lo más simple es hacer algunas pruebas con intervalos de tiempo variables y elegir el intervalo de tiempo que funcionará.

También puede medir la corriente de fuga y calcular el tiempo, pero después de eso aún necesita probarlo para asegurarse de que funciona.

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