¿Cómo alimentar eficientemente el nodo del sensor inalámbrico desde una batería de 9V?

Eso es inteligente... Ahora hagamos algunos cálculos:

• La hoja de datos del LTC1515 indica, en modo apagado y con Vin>5V, una corriente máxima de 25 µA. Eso es algo que no puedes evitar. Es una especificación máxima y no se proporciona el valor típico, así que digamos que es 5 µA.
• Luego tiene el TPS9837P que siempre está funcionando y usa 6 µA. Con la eficiencia de LTC1515 que parece alcanzar un máximo del 50 % para una salida de 3,3 V y una entrada de 6 V (y creo que sería mucho menor para una entrada de 9 V), eso hace ~3 µA.

Entonces, al menos tiene un promedio de 8 µA consumidos por este circuito, sin la carga en sí. Esto es bastante bueno, en realidad.

Ahora, digamos que tratamos de mantenerlo simple: escriba "regulador de nanopotencia" en Google y verá el LTC3388.

Tiene menos de 1 µA sin carga. Es más sencillo de implementar que el esquema que propones. Tiene mejor eficiencia cuando la carga está activa. Y lo mejor: no es más caro que el LTC1515.

No investigué mucho. Puede haber opciones más interesantes que el LTC3388, dependiendo de lo que necesite exactamente (LTC es muy caro, puede haber mejores compromisos). Pero si yo fuera tú, trataría de mantenerlo simple.

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Examiné más a fondo el LTC1515, porque tenía dudas sobre su eficiencia a altos voltajes de entrada y, de hecho, me di cuenta de que, en su caso, ni siquiera es mejor que un regulador lineal (consulte la parte superior de la hoja de datos, página 4). De hecho, me pareció extraño que fuera más eficiente, porque hay muy pocas bombas de carga integradas que puedan funcionar como divisores de voltaje. Y ese tipo de bombas necesitan al menos dos condensadores voladores.

Por lo tanto, es mejor que tome un regulador lineal más económico con una corriente de reposo muy baja si no desea el regulador reductor de conmutación, porque LTC1515 no brinda beneficios en su caso.

Pero no es tan ineficiente en realidad. Debido a que su circuito pasa la mayor parte del tiempo durmiendo, y dado el consumo de sueño del Atmega328P, el consumo estará dominado por la corriente de reposo del regulador principal, no realmente por su eficiencia. Entonces, un regulador lineal puede ser realmente aceptable. Haga algunos cálculos para verificarlo, depende del ciclo de trabajo de los estados de trabajo/reposo en su aplicación específica.

El uso de un regulador lineal en realidad puede ser más eficiente en aplicaciones de batería de potencia ultrabaja.

Esta excelente nota de aplicación (se refiere al MSP430, pero es aplicable en general a baja potencia) explica esto.

Una parte importante de esa nota de aplicación establece:

Los diseñadores deben desviarse del pensamiento convencional de que la eficiencia es la figura de mérito más importante en un sistema de energía. En un sistema alimentado por batería, el drenaje de corriente de la batería es la principal preocupación.

Usando un regulador lineal con 1$\mu$A o menos$I_Q$(a veces enumerado como corriente de pin de tierra) en este tipo de sistema será más simple y más eficiente; cuanto menor sea el ciclo de trabajo del circuito, mayor será la eficiencia efectiva.

Veamos LTC1515, o convertidor de voltaje de capacitor conmutado en general. Esto es más fácil de explicar si se limita a la operación reductora para la que lo está utilizando. ¿Cómo puede cargar un capacitor a menos del voltaje de entrada (sin inductor)? Lo carga a través de un elemento resistivo y se detiene cuando el voltaje alcanza el nivel requerido. El diferencial de voltaje completo está presente a través de este elemento resistivo. Por lo tanto, un convertidor de voltaje de condensador conmutado reductor tiene la misma limitación de eficiencia que un regulador lineal. Debido a la complejidad adicional, con tecnología comparable, el convertidor de capacitor conmutado perdería frente a un regulador lineal más simple.

(Una forma de hacer que un convertidor de capacitor conmutado reductor sea más eficiente sería cargar una serie de capacitores, luego tener una red de interruptores para palear las conexiones de modo que los capacitores se descarguen a la salida con niveles de voltaje muy parecidos).

Sugeriría revisar el regulador lineal, encontrar uno de corriente de reposo realmente bajo y crear una solución como punto de referencia. Por ejemplo, en el camino, necesitaría definir condiciones de operación tales como: por cada 10 s, el circuito se activaría durante 1 ms usando 100 mA. Si esta es realmente la condición de funcionamiento, resulta ser un promedio general de 10 uA. Mirando solo las resistencias que tiene con sus esquemas existentes, la corriente utilizada por esas resistencias supera con creces eso. (Sé que puede refinar aún más esos valores de resistencia, y un punto de referencia sería una herramienta útil como guía para esta y otras decisiones de diseño).