Proyecto alimentado por batería con múltiples voltajes.

Estoy trabajando en un proyecto que requiere tres niveles de voltaje diferentes: Motor que puede funcionar a 7-12 V. Sensor Hall que puede funcionar a 5-25 V. nRF24L01+ que puede funcionar a 2-3,6 V y AVR (arduino) que puede funcionar a 2-5 V.

Dado que la duración de la batería es una preocupación importante, creo que los reguladores de voltaje (especialmente los lineales) serán una mala idea. Para el motor, planeo usar una batería LiPo - 11.1 V nominal. Sería genial si el circuito restante se puede ejecutar en 3V. De esta manera puedo usar celdas AA para ellos. El único bloqueador es el sensor Hall. Vi uno que puede funcionar a 2,5-25 V, pero la mayoría funcionan a 4,8-25 V, por lo que no estoy seguro de poder obtener una versión de bajo consumo en el mercado local.

Como tal, me quedan dos opciones:

  • Use celdas AA para obtener 3V que se encargarán de Arduino y nRF. Use un convertidor elevador para alimentar los sensores Hall.
  • Use celdas 2xAA para encender Arduino y nRF y otras celdas 2xAA agregadas en serie con las anteriores para obtener 6 V y usarlas para el sensor Hall.

¿Cuál sería una mejor idea?

Además, sería genial si pudiera sugerirme algunos sensores Hall de tipo sin enclavamiento en un paquete de sil de 3 pines, si es posible con un rango de voltaje de trabajo a partir de 1,5 o 2 voltios.

¿Qué sensor de pasillo estás mirando?
¿Por qué no usar un regulador elevador del suministro del motor para el sensor de pasillo Y un regulador reductor para las cosas de bajo voltaje?
@Ignacio - Actualmente estoy planeando comprar el sensor de pasillo W134 en el paquete TO92 si puedo conseguirlo. De lo contrario, no estoy seguro. Probablemente elegiré cualquiera que esté disponible en el mercado local. El único criterio es que debe ser del tipo sin enclavamiento. Significa que debe encenderse cuando se acerca el imán y apagarse cuando se quita el imán.
@Andyaka: la única razón por la que no quiero hacerlo de esa manera es la disipación de energía en esos reguladores. Tengo que ahorrar tanto jugo de batería como sea posible. Sin embargo no soy un experto. ¿Crees que usar reguladores será una buena idea? Necesito una duración de la batería de al menos seis meses con una batería de 5000 mAh.
¿De verdad crees que alimentar parte del circuito con una LiPo y el resto con pilas AA es una solución óptima?
@NickJohnson: no en términos de tamaño total y costo, sino en términos de duración de la batería, eso pensé. Sin embargo, siéntete libre de cambiar mi punto de vista. no soy un experto
@Whiskeyjack Definitivamente debe intentar evitar la conversión de energía para los motores si es posible, pero los reguladores de conmutación CC-CC pueden lograr eficiencias superiores al 90%, y el consumo de otros componentes será bajo en comparación con el consumo del motor. Realmente no hay necesidad de tener un suministro secundario.
Además, considere cuánta más batería de iones de litio podría caber en el espacio de los AA, y cuánto más simple será la administración de su batería sin ella.
@NickJohnson: lo pensé. Vi la hoja de datos del regulador de conmutación LM2575 5V. La corriente de reposo resulta ser de alrededor de 10 mA. Si hubiera sido uA, podría haberlo hecho. El proyecto en el que estoy trabajando será un proyecto de consumo, no un proyecto de pasatiempo. Por lo tanto, la duración de la batería es la mayor preocupación. No me preocupa en absoluto la corriente del motor porque se encenderá solo de 10 a 20 veces al día durante unos pocos ms cada vez; suponga que el motor funciona durante 5 segundos por día. Sin embargo, uC, rf y los sensores se activarán y tomarán medidas de forma regular, aproximadamente cada segundo.
@Whiskeyjack Ciertamente hay reguladores con una corriente de reposo más baja que esa. Si el uso de energía activa también es bajo, incluso puede considerar usar un LDO en su lugar. ¡Considere cómo se ve la necesidad de múltiples tipos diferentes de batería en un producto de consumo!
@NickJohnson: estoy completamente de acuerdo contigo. Sin embargo, tengo una idea. ¿Qué tal usar celdas 6xAA? Haré diferentes combinaciones de ellos simultáneamente. Saldrá un cable de la serie 6xAA dando 9 voltios. Eso va para el motor. Otro cable proviene de (3S)P(3S) dando 4.5V. Esto va al sensor de pasillo y Arduino. El último cable proviene de (2S)P(2S)P(2S) dando 3V. Esto va al módulo nRF. Esta combinación asegurará que todas las baterías se utilicen por igual. Y podré usarlo sin ningún regulador, ahorrando así el costo de mis componentes. ¿Qué dices?
@Whiskeyjack Tendrá dificultades para fabricarlo. Con diferencia, la opción más sencilla es utilizar reguladores LDO y reductores según sea necesario, con requisitos de corriente de reposo bajos. Ellos existen . También puede usar la MCU para deshabilitar los reguladores cuando no sea necesario.
Además, ¡no puede conectar simultáneamente las 6 baterías en serie y en paralelo!

Respuestas (2)

Al final, la solución más sencilla suele ser la mejor. Tratemos de resolver sus necesidades.

1) Necesita una fuente de alimentación robusta para un motor, 12V-ish. Bien, ya tienes esto resuelto.

2) Necesita alimentar el sensor Hall. ¿Por qué no alimentarlo directamente desde 12 V, si tiene una clasificación de 5-25 V? Puede haber 2 dificultades menores allí:

  • Conexión de la salida del sensor Hall a la entrada de mcu. Si la salida es de colector abierto, obviamente está bien como está. De lo contrario, dependiendo de la frecuencia de operación y los requisitos de impedancia de la entrada mcu, la salida lógica de 12v -> 3.3V mcu en conexión podría ser tan simple como una resistencia lo suficientemente grande, luego la entrada se sujeta mediante diodos de entrada mcu.

  • Consumo de corriente del sensor Hall a 12V. Depende de usted determinar si es aceptable. Si necesita apagarlo cuando está haciendo mediciones, eso es un poco más complicado pero se puede hacer fácilmente.

3) La alimentación de MCU se puede realizar simplemente con un regulador reductor de 3,3 V. Google "regulador reductor de baja corriente de reposo" devuelve LT3991 como el segundo hit, Iq = 2.1 µA para 12V-> 3.3V. Luego, solo es cuestión de poner la mcu y los periféricos en reposo la mayor parte del tiempo, lo que deberá hacer de todos modos.

Al final, creo que NO HAY MANERA de que una segunda batería con soporte pueda ser más eficiente para una vida útil determinada de la batería, ya sea en términos de peso, volumen e incluso precio, que un simple regulador de conmutación y un principal ligeramente más grande. batería. La única excepción que puedo ver es si necesita aislamiento galvánico y RFI bajo, totalmente fuera de tema aquí.

Si su sensor de efecto Hall es (son) digital (a diferencia de lineal), puede alimentarlo directamente desde el suministro del motor. El consumo de corriente es muy bajo y la mayoría de los sensores digitales de efecto Hall tienen una salida de drenaje abierto que pasa a BAJO cuando el sensor está activo.

Supongo que la corriente de su motor es significativamente más alta que cualquier otra cosa en su sistema. Si no es importante que todo siga funcionando cuando la batería del motor se descarga, usaría un convertidor reductor SMPS para bajar la batería del motor a 3,6 V CC y ejecutar tanto el módulo de RF como el controlador AVR a partir de ahí.

Puede agregar un pequeño paquete de batería de respaldo que cambia automáticamente si necesita mantener el módulo de RF y el AVR en funcionamiento después de que se agote la batería del motor. Use 4 celdas "AA" en serie y use diodos para sumar ambos paquetes de baterías en la entrada del convertidor reductor.

3.6V es un voltaje muy extraño para ejecutar la lógica. Ese es probablemente el máximo absoluto de la hoja de datos de NRF, y no pretende ser un voltaje operativo.
Elija el voltaje que considere apropiado para alimentar ambos dispositivos. Me gusta estar en el extremo superior del rango para maximizar el rango dinámico de cualquier entrada A/D.
Si funciona con el voltaje máximo absoluto, cualquier desviación o tolerancia en el regulador lo colocará fuera del máximo absoluto; no es una buena idea.
Incluso si es importante mantener la mcu/comunicación en funcionamiento cuando la batería está "descargada", puede dejar de encender el motor cuando la batería está "casi descargada", dejando suficiente jugo para la mcu/comunicación.
Proyecto alimentado por batería con múltiples voltajes.
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