Cálculo de potencia de circuitos.

Continúe leyendo... esto parece largo pero es básico y fácil

He realizado muchos proyectos simples basados ​​en microcontroladores, pero no he considerado la potencia y los cálculos de corriente requeridos (para que el circuito funcione). Pero ahora que estaba haciendo mi otro proyecto, es decir, "placa de desarrollo de microcontrolador 8051" en una placa de perforación, descubrí que no todos los bloques funcionales (16x2LCD, max232 para serial comn, ADC0848, relés, etc.) pueden funcionar al mismo tiempo con la misma fuente de alimentación ya que la corriente requerida no era suficiente para que todos funcionaran.

Entonces, para que funcionen, agregué suministros adicionales y funcionaban perfectamente. Pero ahora sé que me faltaban algunos cálculos serios de potencia y corriente que tenía que hacer antes de soldarlos. Estos cálculos son importantes cuando se diseña o fabrica cualquier producto comercial y también para ahorrar energía en el mundo.

Así que decidí calcular la potencia en un simple circuito astable de 555 temporizadores. El temporizador astable 555 es como se muestra

ingrese la descripción de la imagen aquí

Vcc=5V, R1=R2=1Kohm, C=0.1uF

Para calcular la potencia consumida, podría encontrarla directamente a través del multímetro, pero quiero calcular la potencia teóricamente a partir de la información de la hoja de datos del fabricante.

La hoja de datos NE555 está aquí

¿Qué he hecho?

Sabemos que el poder es:

PAG = I V = I 2 R = V 2 R

Entonces

  1. potencia en el pin del disparador = voltaje máximo en el disparador * corriente máxima en el disparador = 2,2 V (de la hoja de datos) x 2 uA (de la hoja de datos) = 4,4 μW

  2. Potencia de salida = Tiempo de voltaje máximo de la corriente que fluye a través de la carga. Digamos que la salida está conectada al LED con una resistencia de 1Kohm Voltaje de salida máximo cuando es alto = 3.3V (de la hoja de datos) y corriente = 4.3mA (digamos cuando el LED está conectado a la salida). Entonces, cuando el capacitor se carga, la salida es alta y cuando se descarga, la salida es baja. salida máxima de bajo voltaje = 0,4 V, por lo que calcularé la potencia en la salida durante un período de tiempo y luego la multiplicaré por cada vez que ejecute el circuito.

  3. potencia en el pin de reinicio: aquí asumimos que el pin de reinicio siempre está conectado a Vcc = 5 V, por lo que la potencia máxima = voltaje máximo * corriente máxima = 1 V x 0,4 mA = 0,4 mW

  4. Potencia a tensión de control = 0 ya que está conectada a un terminal de condensador cuyo otro terminal está conectado a tierra.

  5. No sé cómo calcular la potencia que ingresa al pin Vcc. Conozco el diagrama de bloques funcional y no creo que sea tan simple como el divisor de voltaje, ya que la potencia debe administrarse a los amplificadores operacionales, flip-flop SR, etc.

  6. Disipación de potencia en R1, R2 = (corriente a través de R1 o R2 al cuadrado) x (R1+R2) durante la carga y descarga. Dado que la corriente a través de estas resistencias varía, pensé en calcular la corriente promedio a través de la carga y descarga y luego encontrar la potencia disipada en un período de tiempo y luego sumar la disipación de potencia durante un segundo.

  7. la potencia en el pin de umbral sería insignificante porque la corriente máxima que fluye hacia el pin de umbral es 250nA (de la hoja de datos)

  8. Cómo calcular la potencia en el pin de descarga

ahora quisiera preguntar

  1. ¿Todos mis valores se toman de la hoja de datos correctamente para los cálculos? ¿O tomé algunos valores incorrectos?

  2. ¿Mis cálculos son correctos?

  3. Suponiendo que las cosas estén bien con la pregunta anterior, ¿cómo puedo avanzar más? Eso es cálculos de potencia con microcontroladores, etc.

Gracias de antemano por dedicar su valioso tiempo y aguantarme.

¿Todo esto solo para determinar el consumo de energía? POR QUÉ ? ¿Por qué no construirlo en una placa de pruebas y medirlo ? Utiliza un 555, también hay un 7555 o TLC555, estos tienen la misma funcionalidad que un 555 pero consumen mucha menos energía (cuando se configuran correctamente).
Bueno, sí, puedo hacer eso en la placa de prueba, pero los siguientes pasos que también me gustaría tomar es determinar el consumo de energía en las placas de PCB (porque estoy aprendiendo a diseñar PCB) donde agregaría el consumo de energía de las pistas en la placa. ... y sí, a partir de ahora puedo hacerlo en el protoboard @FakeMoustache
Consumo de energía de las pistas en el tablero. Explícame cómo consumen energía.
Creo que estás en el camino correcto, pero te estás pasando de la raya al tratar de hacer las cosas bien. El nivel de detalle en el que está entrando sería razonable si estuviera tratando de hacer que un circuito funcione durante el mayor tiempo posible desde una fuente de energía limitada (batería pequeña), pero es demasiado complicado si está tratando de averiguar qué tan grande es la potencia. suministro que necesitará. Ha pasado de no calcular el uso de energía en absoluto a tratar de dar cuenta de cada electrón.
Eso es lo que digo... Sé que es cobre y no consume mucha energía, pero como soy un novato en el diseño de PCB, debo asegurarme de la gente de aquí para estar seguro de lo que haga...
Y en mi opinión: el diseño de circuitos (y determinar cuánta energía usa un circuito) NO es un diseño de PCB. Soy diseñador de circuitos, no diseño PCB, eso se lo dejo a otros. Tengo que decirle al diseñador de PCB cuánta corriente va a fluir para que pueda hacer los trazos lo suficientemente anchos.
Solo como un FYI para un rastro de 10 mil, tendrá alrededor de 4R por metro.
@JRE mi objetivo es diseñar circuitos que utilicen la menor cantidad de energía posible con baterías de litio de 3,3 V... Me siento bien porque estoy en el camino correcto...
¡Oh, entonces sabes que las trazas de cobre no consumen energía! Estoy de acuerdo con JRE en que te estás pasando de la raya en esto. Entiendo que para un novato es difícil separar las cosas importantes de las menos importantes. Si me preguntas qué consume un temporizador 555 de este tipo, me chuparía el dedo y diría 10 mA, probablemente mucho menos. Incluso el rastro más delgado en una PCB puede admitir 10 mA, por lo que no sucede nada especial con respecto al diseño de una PCB para este circuito.
menos energía posible con 3.3V Entonces, el 7555/TLC555 que mencioné es una opción, ¡pero también hay algunos microcontroladores de baja potencia que pueden vencer incluso a estos temporizadores!
Si me preguntara cuánto consume el 555, le preguntaría qué conduce, ya que normalmente será mucho más de lo que usa el 555. La hoja de datos vinculada dice que el 555 puede proporcionar hasta 225 mA (se recomienda permanecer por debajo de 200 mA), por lo que la carga en sí puede ser muy significativa.
Veo @FakeMoustache... tienes tanta confianza "Me chuparía el dedo y diría 10 mA", pero después de cierto tiempo estudiaría sobre el ancho de las trazas de cobre y esas cosas... También me gustaría decir que debería haber ser una pregunta wiki de la comunidad para el ancho de las trazas de cobre (fórmula y algunas cosas importantes ya que se puede escribir un libro sobre estas cosas si no me equivoco) ya que estas cosas se preguntan cada dos días en este sitio
Si ingresa a Google y pone "Calculadora de ancho de seguimiento", hay literalmente cientos. La mayoría de los cuales le indican la resistencia de las trazas a qué ancho y qué espesor de cobre a qué temperatura.
@Hayman, gracias por la información, pero confío más que nadie en este sitio y dado que este sitio es un lugar de todas las buenas preguntas y muchos expertos (también los que han comentado) vienen aquí donde en otros lugares no es posible. Gracias a estos expertos, tenemos las mejores respuestas y, por lo tanto, solo quería una pregunta importante de este tipo.
Su confianza también crecerá con los años a medida que adquiera experiencia. No te preocupes demasiado por no saberlo todo todavía y trata de no perderte en los detalles (contando los electrones ;-)). En su lugar, vea lo que hacen otros, ¿cómo se ven sus PCB? Puedes encontrar muchos ejemplos en Internet. ¿Conoces el EEVBlog? Es un excelente recurso para los (aspirantes) diseñadores de PCB/circuitos.
Sí, recientemente encontré sus videos en YouTube, me gustan todos sus videos y aspiro a ser como él.... @FakeMoustache .... sin embargo, estoy buscando una respuesta a mi pregunta y asumo que la obtendré.
¡@JRE buen indicador sobre la corriente de carga!
Mis dos centavos después de leer todo esto es que creo que todo esto se basa en un concepto erróneo; Muy bien, tal vez me equivoque, eso fue mucha lectura, pero ... Su circuito temporizador 555 (o cualquier otro circuito) consumirá tanta energía como necesite (siempre que la fuente de alimentación pueda entregarla [como ha descubierto]). Por lo tanto, lea la(s) hoja(s) de datos para encontrar el requisito de potencia máxima, sume los valores para todos sus dispositivos, multiplique por algún factor de seguridad, obtenga un proveedor de energía que pueda suministrar tanta potencia, dimensione los componentes de seguimiento en consecuencia...
Gracias por leer todo esto @Tyler... pero ¿por qué crees que esto es un concepto erróneo?
Puede que el concepto erróneo no sea el trabajo exacto que estaba buscando, pero déjame intentar explicarlo de esta manera... Sería difícil dar cuenta de dónde va cada electrón. Con experiencia, uno debería poder estimar la potencia consumida con cierto nivel de precisión. Agregue un margen de seguridad. Ahora proporcione una fuente de alimentación con suficiente potencia y listo; el circuito solo va a tomar lo que necesita.
Esa es una muy buena idea @Tyler 1. Calcule la potencia (no necesariamente con una precisión muy buena, pero con la necesaria) 2. Agregue un margen de seguridad 3. Asegúrese de que el circuito funcione y listo ... ¡Gracias de nuevo!
Aquí hay un análisis de 2 minutos. El temporizador 555 con suministro de +5V consume entre 3mA y 6mA (sección 6.5 en la hoja de datos ). El LED consumirá 4,3 mA (como se menciona en el elemento n. ° 2 de la pregunta). Las corrientes restantes son despreciables.
El poder no está 'entrando en el pin Vcc', eso es ACTUAL. La forma de saber el consumo de energía es cotejarlo con la corriente medida por el voltaje de la fuente de alimentación. Puede medir con más precisión de lo que puede predecir, con más precisión de lo que le dirá cualquier hoja de datos.
Entonces, ¿esa es la corriente total que fluye hacia el pin VCC, verdad? Además, como dijiste, todas las demás corrientes son insignificantes, lo que es bastante convincente con mis cálculos. @Nick Alexeev Sí, la corriente de carga varía según nuestra carga, pero ¿varía la corriente que fluye hacia el pin VCC cuando conecto la carga?
Sí, quise decir el actual @ Whit3rd. Esa es seguramente la forma más fácil y precisa de calcular la corriente, pero como puede ver, las corrientes y los voltajes varían en el capacitor y las resistencias... No podría haber calculado eso con un multímetro, así que tuve que usar los cálculos... .

Respuestas (1)

El problema original fue el exceso de impuestos de la primera fuente de alimentación. En general, entonces podría usar las cifras máximas de suministro de voltaje / corriente de la hoja de datos 555. Haga lo mismo para todos los demás dispositivos esperados. Muchos dispositivos tendrán hojas de datos que puede usar para aproximar el consumo de energía real y que pueden estar muy por debajo de los valores máximos. Es posible que sea necesario utilizar fuentes de alimentación separadas para otros fines además del suministro de energía. es decir, para minimizar el ruido en un ADC de alta resolución, o evitar usar disipadores de calor... etc.

Cálculo de potencia de circuitos.
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