Mengapa tegangan tidak muncul dalam perhitungan masa pakai baterai?

Saya memiliki PCB dengan beberapa modul radio di atasnya. Di berbagai negara bagiannya saat ini menggunakan antara 100 μA dan 100 mA. Saya bisa menghitung berapa banyak waktu yang dihabiskan di masing-masing negara bagian selama setahun.

Modul radio pada PCB saya semua memiliki rentang voltase input yang dapat diterima. Prosesor utama saya dan modul Bluetooth Low Energy, misalnya, menerima apa pun dari 1.8V hingga 3.6V. Saat ini saya sedang menjalankannya pada 3.0V, menggunakan konverter DC-DC.

Baterai adalah 18650 lithium-ion ( lembar data ).

Ketika terisi penuh, ini memberikan sekitar 4.3V. Saya akan turunkan ke 3.0V. Baterai memiliki kapasitas 3400 mAh.

Dengan asumsi arus rata-rata yang saya ambil darinya adalah 400 μA. Perhitungan saya untuk masa pakai baterai hanyalah:

waktu (h) = kapasitas (Ah) / saat ini (A)

3,4 Ah / 400 μA = sekitar satu tahun

Sekarang, saya tahu bahwa untuk mengurangi konsumsi daya, saya harus menjalankan sirkuit saya pada tegangan serendah mungkin, jadi saya sedang mempertimbangkan untuk mengubah konverter DC-DC saya dan menjalankan prosesor utama dan modul BLE saya pada 1.8V daripada 3.0V .

Pertanyaan saya adalah: mengapa voltase tidak ditampilkan di mana pun dalam perhitungan masa pakai baterai saya?

Itu tidak muncul dalam persamaan Anda karena persamaan ini mengasumsikan Anda menggunakan baterai pada tegangan output selama seluruh penggunaan tanpa konversi.

Ini tidak terjadi di sini, karena Anda menggunakan konverter step-down. Jadi, untuk membangun persamaan yang benar Anda:

• dapatkan Vavgbat : tegangan rata-rata baterai selama seluruh siklus pemakaian: grafik debit dari lembar data baterai menunjukkan sekitar 3.6V untuk arus rendah, seperti yang Anda gunakan.
• dapatkan Iavgbat : saat ini Anda akan menarik dari baterai, rata-rata, selama seluruh siklus. Ini bukan arus yang Anda gunakan pada output dari konverter DC-DC (di situlah Anda melewatkan sesuatu, saya pikir). Jika kita mengatakan arus keluaran konverter adalah Iout , maka Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / efisiensi ( efisiensi menjadi efisiensi konverter DC-DC, biasanya sekitar 80-90%, periksa lembar data).
• maka Anda menerapkan forumla yang Anda sebutkan: waktu = kapasitas / Iavgbat .

Jadi Anda memiliki:

Sekarang, Anda melihat tegangan output dalam rumus.

Jadi, jika kapasitas = 3.4Ah, Iout = 400μA dan efisiensi = 85%, kami memiliki:

• waktu = 8670 jam (sekitar satu tahun) untuk output 3V
• waktu = 14450 jam (lebih dari satu setengah tahun) untuk output 1.8V

Satu hal lagi : mengingat hasil besar kali, saya pikir Anda harus memperhitungkan debit baterai sendiri (atau arus bocor), yang mungkin signifikan. Sayangnya, saya tidak melihatnya disebutkan dalam lembar data baterai.

Detail tambahan : Dari mana formula Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / efisiensi berasal?

Itu datang dari fakta konverter DC-DC, tidak seperti regulator linier, mampu menghasilkan (hampir) daya sebanyak yang diambil dari inputnya. Jadi Pin = Pout / efisiensi . Jika kita mengatakan Pin = Vavgbat * Iavgbat dan Pout = Vout * Iout , kita dapat memperoleh rumus di atas.

Sebaliknya, dengan regulator linier, tegangan turun tanpa ada konsekuensi pada arus input / output. Jadi Iavgbat akan sama dengan Iout (tidak memperhitungkan arus diam), yang merupakan asumsi awal Anda (tidak akurat).

Pertanyaan saya adalah, mengapa voltase tidak muncul di mana saja dalam perhitungan masa pakai baterai saya?

Karena perhitungan Anda tidak ada satu aspek.

Anda dapat menggunakan dua jenis regulator tegangan:

• linier atau
• mode sakelar step-down.

Sekarang, dengan linear, Energi per Pengisian (= Definisi fisik Tegangan) yang "terlalu" banyak hanya dikonversi menjadi panas (dan selanjutnya, hilang).

Jadi, arus yang masuk ke regulator linier hampir sama dengan arus yang digunakan pada output yang diatur. Daya yang masuk ke regulator lebih tinggi daripada keluar dari itu - karena saat ini sama, tetapi tegangannya lebih rendah.

Dengan konverter mode switch, Energi dari sisi "input" disimpan, biasanya dalam medan magnet di dalam koil (tetapi untuk daya rendah Anda, IC regulator tegangan kapasitansi sakelar yang murah dan kecil mungkin juga masuk akal, di mana energi disimpan dalam medan listrik saja).

Kemudian, hanya tegangan yang dihasilkan dari energi yang disimpan sesuai kebutuhan.

Itu berarti bahwa daya yang mengalir dalam regulator sama dengan daya yang keluar (selain dari efisiensi yang tidak 100%), yang menyiratkan bahwa jika Anda, misalnya, setengah dari tegangan pada regulator Anda, regulator Anda hanya menarik setengah dari arus itu persediaan!

Sekarang, pertanyaannya adalah, jika semua modul Anda mendukung rentang tegangan input lebar, itu berarti mereka semua memiliki regulator pasokan terintegrasi. Sekarang, jika ini linear, Anda mungkin benar menggunakan konverter step-down mode sakelar untuk meningkatkan efisiensi. Jika modul-modul ini berisi catu daya mode sakelar, Anda seharusnya tidak menggunakan regulator Anda sendiri - sangat mungkin bahwa kaskade regulator akan kurang efisien daripada yang terintegrasi saja.

Terlepas dari efisiensi konverter (atau dengan asumsi 100%), tegangan baterai digunakan untuk menghitung kapasitas (mah) baterai. Lebih tepatnya, drop tegangan yang dapat digunakan , 1.4v ( 4.2v - 2.8v).

Dalam penggunaan khusus Anda, penurunan tegangan Anda hanya 1,2v (4,2 - 3,0) dan efisiensi sebenarnya mungkin 90%, keduanya cenderung mengurangi lamanya waktu. Namun, arus rata-rata Anda hanya 400uA, yang cenderung meningkatkan lamanya waktu, sehingga jawaban Anda sekitar satu tahun tampaknya benar.