Circuito UPS de 5V con respaldo NiMH Joule Thief

Estoy tratando de diseñar un circuito UPS para la copia de seguridad del microcontrolador. Requiere 3,7-5 V y menos de 50 mA durante 10 segundos cada 15 minutos. Los cortes de energía en mi área nunca duran más de 3 horas y ocurren con poca frecuencia.

Me pregunto si el inductor de la parte del impulsor del oscilador del ladrón de julios (!) se puede hacer más simple ... es decir, se puede reemplazar con algo más que no tenga que enrollar yo mismo, o tal vez un condensador ...

La salida simulada muestra 4 V con una eficiencia de alrededor del 70 % con la batería. La carga lenta es continua y fija en alrededor de C/100. Debería tomar 100 horas cargar la celda, que puede suministrar energía durante una semana de inactividad. Supongo que el NiMH siempre estará por encima de 1,2 V y no debería dañarse con una corriente de carga de 10 mA. La parte del ladrón de Joule consume alrededor de 2 mA sin carga, o cuando se alimenta de la red eléctrica.

Reconstruí este circuito a partir de cosas en la web, por lo que se agradecerán todas las sugerencias.

Esquema LTSpice

agregado: iba con el NiMH simple porque (como ha señalado Jasen), no habría un problema de inversión de polaridad. Además, no hay peligro de incendio, no hay un circuito de carga complicado (como en el litio) y está disponible a bajo precio (incluso el NiMH usado más antiguo estaría bien, ya que todos mantendrían la carga durante al menos un día).

Q3 asegura una corriente constante bastante precisa. No pude arreglar eso con confianza con una resistencia, ya que no sé de antemano el voltaje y la resistencia de la celda de NiMH. Especialmente, dado que el voltaje de entrada después del diodo puede variar de 3,8 V (USB de 4,5 V - caída de 1n4148) a 4,8 V (USB de 5 V - caída de 1n5819). Pero tal vez sea posible una resistencia, como dices. No quiero dejar que la corriente de carga lenta aumente demasiado, ya que siempre está encendida.

LT1073 cuesta un dólar y no está disponible (estoy en India). Las piezas en mi circuito cuestan entre 5 y 10 centavos y están disponibles en todas partes. Sin embargo, el inductor acoplado significa que tengo que enrollarlo a mano cada vez.

Por supuesto, estaba buscando una solución con un inductor de bobina simple (para el circuito de refuerzo) y algo más para impulsar el oscilador. Eso me permitiría usar un inductor barato listo para usar (como lo hacen en el LT1073 y todos los demás chips). Pero tal vez sea demasiado complejo para hacerlo con unas pocas partes discretas simples...

Otra opción es el HH004F muy barato, pero no he podido encontrar ninguna hoja de datos completa (en inglés o incluso en chino).

3,7 a 5V suena como una aplicación para una celda de litio (4,2 a 3,3v) o 4 celdas de nimh en serie (5v a 4,7v)
de todos modos, usar lo que ha diseñado Nimh no se daña por la descarga profunda, solo por la inversión de polaridad, y una sola celda no va a sufrir eso.
para cargar desde 5V un solo diodo y resistencia es más simple. ¿Qué te gana Q3?
No creo que quieras hacer un ladrón de joyas, eso podría meterte en problemas...
¿Realmente necesita usar solo diseños discretos? Hay muchos circuitos integrados listos para usar que harán lo que usted quiera y son mucho, mucho más simples de implementar. El LT1073 es uno de los muchos circuitos integrados de refuerzo simples de "batería AA a 5 V". Además, si puede obtener celdas pequeñas de polímero de litio, entonces algo como un MCP73831 puede mantenerlo cargado y podría usar la salida de esa celda lipo directamente para su MCU. Los tableros Featherwing de Adafruit utilizan esta arquitectura. Mucho más fácil que lo que estás tratando de hacer.
para una potencia tan baja, podría funcionar usar un convertidor de impulso impulsado directamente por uno de los pines del microcontrolador, el único problema sería comenzar; tal vez el botón de encendido podría impulsar una bomba de diodo que ceba el condensador del depósito, o tal vez puede usar uno de los microcontroladores diseñados para suministros de bajo voltaje.

Respuestas (2)

Simplemente no lo hagas.

en su lugar, use uno de los pines del microcontrolador para impulsar un inductor simple en modo de refuerzo y tenga un condensador lo suficientemente grande como para mantener vivo el procesador durante la fase de suspensión.

cada vez que despierte, verifique el voltaje del capacitor y bombee algunos pulsos hasta que sea lo suficientemente alto

ya que necesita menos de 1 mA, cualquier pin del microcontrolador debería ser lo suficientemente fuerte para la tarea.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

en la parte superior, R3 proporciona una corriente de carga C/20 adecuada para una celda NiMH de 800 mAh, D2 y R4 proporcionan energía cuando el cargador USB está conectado, lo que permite que el microcontrolador funcione sin usar el convertidor elevador.

debajo de eso, a la izquierda, hay un convertidor impulsor impulsado por el punto PA1, ajuste PA! bajo durante algunos ciclos y luego configúrelo en alta impedancia para permitir que la energía de L1 alimente a C1

A la derecha hay un circuito de verificación de voltaje, cuando sea necesario, configure PB2 alto y lea PB1, dependiendo del voltaje en C1, PB1 leerá alto o bajo, cuando sepa lo suficiente, configure PB2 bajo para ahorrar energía. . Encontrará que este circuito cambia de estado muy por debajo del voltaje zener marcado, es posible que se necesite algo de experimentación.

Ups, lectura incorrecta: se requieren 50 mA, es posible que necesite un transistor allí para tirar del inductor en lugar de usar GPIO directamente. también eliminar También es necesario reforzar otras partes de potencia.
Solución interesante! Aunque me pregunto sobre la practicidad en este caso. La tapa de 1 mF se descargará en ~1,1 segundos de 4,7 a 3 V @ 1-2 mA. Por lo tanto, la batería se agota rápidamente en caso de un corte de energía real, ya que U1 tiene que despertarse cada segundo. Además, las grandes capitalizaciones ocupan espacio y eventualmente fallan. Además, ¿por qué cargar una fuente de alimentación de otra?
¿Qué necesita 1mA? muchos microcontroladores duermen a menos de 1uA
OK, tal vez pueda dormir durante 5 minutos con un consumo actual de 6uA. Aceptaré tu respuesta, aunque en realidad nunca la he probado. Muchas gracias, Jasén.

su relación de inductancia de 47:10 es complicada, las vueltas de 7:15 lo acercan. (relación de inductancia 46:10)

pero si 4: 1 es lo suficientemente cerca, puede haber una parte lista para usar que pueda usar.

Por ejemplo: Bourns PM610-10-RC tiene 6 devanados individuales para que pueda hacer una relación de inductancia de 4:1 con bastante facilidad.

MOQ 150 de electro-sonic, en otros lugares 600, no sé si Bourns dará muestras.
Gracias Jasen, pero como señalas, es difícil conseguirlo en pequeñas cantidades (y estoy en la India, así que es muy difícil conseguirlo barato). Además, es enorme.
existen otros inductores con devanados múltiples... mouser tiene varios enumerados en la categoría "transformadores de pulso"
por ejemplo: Murata 78604-4C mouser.in/ProductDetail/Murata/78604-4C/… Tiene un primario de 67uH, por lo que el secundario será de unos 15,5uH
Gracias, Jasen, pero a $100 la pieza, ¡le daré cuerda a la mía!
mira de nuevo INR 100 sobre USD 1,6
Gracias :) Tienes razón, lo pasé por alto. Pero sigue siendo caro, en comparación con el bobinado manual. La varilla de ferrita diminuta de 5 mm cuesta INR 5, la ferrita toroidal cuesta INR 15 (o gratis si es de CFL antigua).