Regulación eficiente de las células primarias para un dispositivo IoT de larga duración

Estoy trabajando en un dispositivo sensor de IoT de larga duración que probablemente pasa aproximadamente el 99,99 % de su vida dormido y se despierta cada 15 minutos para tomar medidas y enviar datos. Estoy seguro de que este es un problema que enfrentan muchas personas a medida que IoT se vuelve más popular.

Descubrí algunas cosas para comenzar: para obtener la longevidad que necesito del sistema, la corriente del modo de suspensión debe ser pequeña. En combinación con esto, la celda principal tiene que ser una celda de alta capacidad y baja autodescarga (batería de cloruro de tionilo de litio de 3,6 V, por ejemplo).

Por ejemplo, digamos que los requisitos actuales son típicos de mi dispositivo IoT inalámbrico típico y varían de la siguiente manera, según el modo de operación durante un período de 15 minutos:

  • Modo de suspensión: <10uA (99,99 % del tiempo)

  • Modo de medición: 0.5-10mA (~10s)

  • Modo de transmisión: hasta 50mA (2-5s)

Idealmente, alimentaría el dispositivo directamente desde la celda, pero un par de partes que estoy usando tienen un voltaje de entrada máximo de 3,6 V, y algunas celdas LiSOCl2 que he visto se sentarán a 3,7 V antes de establecerse en su voltaje nominal de 3,6 V.

Soy consciente de que el voltaje de la celda puede caer cuando está bajo una carga más pesada, por lo que para estar seguro, 3V parece un nivel razonable para operar sin verse afectado por la caída.

¿Cuál es la mejor manera de regular de manera eficiente este tipo de celda primaria para proporcionar alrededor de 3V? El regulador también tendría que consumir muy poca corriente.

Hay muchos microcontroladores que superan ampliamente sus especificaciones. También hay microcontroladores que incluyen funcionalidad de red/RF. Muchos de ellos también tienen un amplio rango de voltaje de entrada, por lo que no estoy convencido de que su pregunta sea demasiado específica: ¿qué MCU tenía en mente? En general, su aplicación describe lo que normalmente se haría con un LDO, pero realmente no creo que sea necesario.
¿Qué duración de batería quieres? A menos que desee un rango de 5 a 10 años, probablemente no necesite una celda LTC.
¿El mcu que duerme / despierta es una parte tolerante a 3.7v? Si es así, puede habilitar un LDO con una de sus salidas para medición/transmisión, para no desperdiciar la corriente de polarización de un LDO cuando no lo necesite. Busque uno con una corriente deshabilitada muy pequeña.
@Neil_UK, es una gran idea, no se me ocurrió. El MCU (CC1310) puede tomar hasta 3,8 V, por lo que debería funcionar. ¿Son los LDO similares en eficiencia a los convertidores reductores?
@RussellMcMahon Apunto a ese tipo de vida útil (> 7 años), por eso seleccioné la celda LTC.
No, los LDO queman el exceso de voltaje como calor y desperdician un poco de corriente de polarización. Los convertidores reductores desperdician un poco de energía, pero pueden generar más corriente de la que reciben si la caída de voltaje es lo suficientemente grande. Cuando solo hay un voltaje muy pequeño para caer, un LDO puede ser tan eficiente como un dólar y más simple. Aún tendrá que rastrear las especificaciones para una corriente de desactivación cercana a cero.
Eché un vistazo rápido a analog.com, y su tabla de regulador lineal puede tener un parámetro Is (apagado) agregado y ordenado en él. Hay media docena en <= 10nA y más <= 100nA, por lo que parece que existen.
¿A qué distancia del receptor tiene que comunicarse? ¿Cuánto tiempo de vida esperas tener? son 7 años?? ¿Ya buscó el método de retrodispersión ambiental para la comunicación?
@jonk, el receptor estará a menos de 20 metros de distancia. Es una aplicación residencial, por lo que no es mucho más que una casa de tamaño mediano. Y sí, 7+ años es el objetivo. Acabo de mirar la retrodispersión ambiental. Se ve muy bien, pero tal vez un poco poco desarrollado/limitado para este proyecto.
@Sensores Está bien. Parece que estás ante una batería capaz de proporcionar unos 400 kJ o mejor durante su período de tiempo. Solo una mirada superficial sugiere que una celda D de la tecnología que mencionó proporciona menos de la mitad. Sin embargo, no investigué la autodescarga, pero eso solo empeora la situación. Su transmisor es el gran problema, por eso sugerí otra idea. Sin embargo, su alcance es significativamente inferior a 20 m. Recomiendo centrarse en esa parte y reducir esa necesidad. El regulador no es el problema.
@jonk, agradezco la sugerencia, sin duda es una tecnología genial y lo vigilaré. Las cifras que di fueron muy vagas y generalizadas para un dispositivo IoT a propósito para que la pregunta fuera más beneficiosa para la comunidad en general. Solo vine aquí en busca de algunos consejos sobre cómo regular de manera más eficiente una celda primaria LTC para una aplicación IoT 'típica', que estoy seguro de que muchos otros habrán intentado o intentarán hacer. Mi aplicación real tiene una corriente promedio de alrededor de 70-100uA.
@Sensores En combinación con la recolección de energía y los elegantes dispositivos híbridos de batería-condensador (ni batería ni condensador, pero realmente un cruce interesante), la retrodispersión ambiental puede autoalimentarse completa y permanentemente. Puede enterrarlos en baldosas de cerámica y hacer un piso con ellos y nunca preocuparse después. (Se necesita una "traducción" que recoja las comunicaciones de retrodispersión ambiental cercanas y las traduzca a wifi o lo que sea. Pero solo uno puede hacerlo).

Respuestas (1)

Está bien, te preocupa la sobretensión.

Nunca diseñé algo como lo que estás haciendo, pero quería centrar tu atención en algo que podrías haber olvidado: la temperatura. La temperatura es algo que tiende a comportarse como su otro nombre es Murphy.

No sé nada sobre el cloruro de tionilo de litio, así que lo busqué en Google, hice clic en el primer enlace, luego hice clic en una hoja de datos aleatoria para una celda aleatoria...

Y, ¿sabes?, el voltaje del circuito abierto aumenta con la temperatura a un ritmo alarmante.

¿Tus cosas estarán expuestas a la luz solar directa?...

Aconsejaría usar un LDO de micropotencia CMOS de alta corriente.

Alta corriente, porque desea que el dispositivo de paso sea enorme, por lo que su voltaje de caída es pequeño bajo carga.

CMOS y micropotencia, porque la corriente ociosa no es tu amiga.

Regulación eficiente de las células primarias para un dispositivo IoT de larga duración
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v