Tengo un proyecto que usa microcontroladores y un transmisor de radio, ambos funcionando a 5 V. El circuito consume menos de 1 mA del riel de 5 V cuando está inactivo y 1 A cuando transmite datos usando el transmisor de radio. Las fases de transmisión no ocurren con frecuencia, ya que el dispositivo pasa la mayor parte del tiempo en modo inactivo, generalmente transmitiendo solo una vez cada 24 horas durante unos segundos (máximo 20 segundos).
Ahora estoy diseñando una entrada de batería para el circuito y no puedo decidir si usar paquetes de baterías de 11 V (LiPo) con reguladores de conmutación o baterías LiFe donde puedo obtener una diferencia de voltaje de regulación baja entre entrada y salida para el regulador ( salida de 6 a 7 V) y use un regulador lineal con esas baterías de menor voltaje.
¿Cuál de estas configuraciones da resultados más eficientes para los circuitos de regulación en este tipo de uso?
regulador de conmutación con entrada de 11 V, bajando el voltaje a 5 V; o
¿Un regulador lineal a (en su mayoría) baja corriente y una caída de voltaje máxima de 2 V sobre él?
Uno de los principales intereses, además de la duración de la batería, es la simplicidad de la mayoría de los reguladores lineales frente a los reguladores de conmutación, lo que reduce el tiempo dedicado al diseño del producto y ahorra espacio en la placa. Los reguladores de conmutación también pueden causar algo de radiación que podría interferir con otros circuitos y también son más caros.
Pregunta interesante porque puedo ver que la respuesta va en cualquier dirección, dependiendo de las circunstancias ambientales.
Algunos aspectos del diseño que pueden no ser inmediatamente obvios...
1) Los conmutadores son notoriamente pobres en una pequeña fracción de su carga: pueden consumir varios mA internamente, o pueden perder la regulación y entregar 7 V por debajo de algún valor, digamos el 1% de la carga nominal (10 mA en su caso) sin un cuidado especial en el diseño .
2) Una respuesta podría ser un regulador lineal durante la suspensión (incluso desde 11 V, pero no hay nada de malo con un ion de litio 2S, nominalmente 7,4 V máx. 8,4 V) y la MPU tiene que activar un conmutador antes de transmitir. Si el regulador lineal solo proporciona unos pocos mA, probablemente pueda encontrar un SOT-23 para hacer el trabajo, o SOIC-8 como máximo, por lo que no creo que el problema sea el tamaño.
3) Un regulador lineal para 1A necesitará algo de disipación de calor incluso durante 20 segundos... si hay un trozo de metal conveniente, utilícelo. Lineal puede ser más confiable por su simplicidad. Pero, ¿qué sucede si el TX se atasca "encendido"? Quemarse la batería es una cosa, destruir el equipo es otra... .
4) Personalmente, no cambiaría la tecnología de la batería simplemente como una forma de ajustar los voltajes de suministro. Si necesita un menor riesgo de incendio, o mayores ciclos de carga/descarga, o alguna característica de LiFePO4, esa es una razón para usarlas; de lo contrario, quédese con las baterías básicas por economía y mantenimiento más simple. .
Estimaría que su solución más eficiente es usar un regulador de baja potencia para su microcontrolador y dejar que el microcontrolador active un regulador reductor para alimentar el transmisor de radio. Esto significará que en modo inactivo solo el consumo de corriente del regulador de baja potencia está descargando la batería.
Por supuesto, esto significa una línea IO adicional para "habilitar" el regulador de mayor potencia Y un breve período de "espera" mientras la radio está "lista" para la transmisión de datos desde el microcontrolador.
El problema de NO habilitar/deshabilitar el regulador de mayor potencia (que alimenta la radio) es que su consumo de corriente en reposo puede ser de cientos de microamperios o incluso miliamperios bajos y esto ciertamente agotará la batería.
Mira las hojas de datos. Esto realmente debería haber sido obvio.
Las hojas de datos de los reguladores lineales le indicarán la corriente de reposo. Las hojas de datos de los reguladores reductores le indicarán la corriente de reposo y le brindarán una guía sobre la eficiencia probable. A partir de estos, puede calcular la eficiencia general y el consumo de energía promedio de la batería.
También necesitas hacer algunas matemáticas básicas. Una cosa obvia para determinar es si su mayor problema es la transmisión de RF ocasional pero de alta potencia, o la corriente inactiva constante pero de baja potencia. Hay 86.400 segundos en 24 horas. (1 A)(20 s)/(86.400 s) = 230 µA. Ese es el consumo de corriente promedio debido a las transmisiones de radio. Esto significa que la corriente inactiva de 1 mA domina el total por más de un factor de 4.
No hay sustituto para mirar algunas alternativas plausibles y hacer los cálculos para ver cuál es la más óptima. Sin embargo, mi corazonada es un interruptor de dinero con buenas características de inactividad. Esto sería algo que tiene capacidad de conmutación PWM/PFM. Dicho de otra manera, no solo cambia la duración de los pulsos de conmutación a una frecuencia fija, sino que a baja potencia también alarga el tiempo entre pulsos.
Con una entrada de 7 V y una salida de 5 V, el regulador lineal tendrá que bajar 2 V, por lo que logrará una eficiencia de alrededor del 62 %, sin importar la carga.
Los reguladores de conmutación tienen muy buena eficiencia (>90%) con cargas altas, pero serán muy malos con cargas más bajas. Tendría que buscar en las hojas de datos los números reales, pero con una fracción de su carga máxima, pueden caer fácilmente por debajo del 50 %. Sus corrientes de reposo también suelen ser bastante altas. Existen buenos reguladores de conmutación, es posible que encuentre uno que se adapte perfectamente a sus necesidades.
chrylis -cautelosamente optimista-
El programador aficionado