Apakah regulator 7805 5 V menguras baterai 9 V?

Melakukan hobi DIY, saya membuat sensor radio suhu-kelembaban kecil.

Sebuah ATmega328 adalah membaca dari DHT11 sensor dan kemudian mengirimkan data ke Raspberry Pi oleh pemancar radio STX882 . Ini didukung oleh baterai 9 V menggunakan regulator 7805 5 V dengan kapasitansi 10 μF dan 100 µF.

Kode C pada ATmega membaca kelembaban dan suhu dan kemudian mengirimkannya setiap 30 menit:

const unsigned long DELAY = 30*60*1000UL;    // 30 minutes
void loop() {
    delay(DELAY);
    send_data(); // Maybe a little overcomplicated, but I think it is not the point
}

Ini bekerja seperti pesona, tetapi daya tahan baterainya sangat singkat. Itu baru, dan saya melakukan beberapa tes sporadis dengan penundaan singkat, tanpa panas yang abnormal datang dari mana saja.

Ketika saya puas, saya menunda 30 menit dan membiarkannya sendirian (yang mungkin agak berbahaya?), Tetapi setelah kurang dari 24 jam baterai mati 5,4 V. Penundaan 30 menit itu kira-kira dihormati karena masa pakainya.

Apa yang bisa menjelaskan daya tahan baterai sesingkat itu? Mungkinkah regulator 5 V? Bagaimana saya bisa membangun sirkuit yang tahan lama?

PS: Saya masih mencoba membuat Fritzing beberapa diagram, tapi ini butuh umur untuk noobs seperti saya ...

Saya menggunakan baterai alkaline 9 V merek generik 6lp3146 yang tampaknya memberikan 300-500 mAh pada arus 100 mA, yang jauh lebih dari apa yang digunakan sirkuit saya.

Berikut ini semua informasi yang dapat saya kumpulkan dari lembar data:

+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
|                 | DHT11       | STX882   | ATmega328 | 7805reg |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Voltage         | 3-5.5 V     | 1.2-6 V  | 2.7-5.5 V |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Active current  | 0.5-2.5 mA  | 34 mA    | 1.5 mA    |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Standby current | 0.1-0.15 mA | <0.01 µA | 1 µA      | 4-8 mA* |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
*"bias current"

Jika saya mengerti dengan benar, sistem saya aktif selama beberapa detik setiap 30 menit, jadi saat ini siaga adalah yang paling penting, dan memang didorong oleh regulator 7805.

Jadi ya, dalam kasus terburuk, dengan 300 mAh saya harus dapat menjaga sistem hidup hanya selama 40 jam.

Apakah ada cara saya bisa memberi makan sistem saya 5 V untuk waktu yang lebih lama tanpa ukuran yang lebih besar?

Sebagai catatan, berikut adalah video yang sangat bagus tentang regulator LM vs konverter buck: Konverter buck vs regulator tegangan linier - perbandingan praktis

Apa yang bisa menjelaskan daya tahan baterai sesingkat itu? Mungkinkah itu regulator 5v?

Seperti disebutkan, 7805 memiliki arus diam sekitar 4mA. Anda perlu menemukan lembar data untuk baterai (Eveready memiliki lembar data baterai yang bagus, jika Anda menggunakan sel alkali). Mungkin tidak lebih dari 100mAh - 100mAh / 4mA = 25 jam, jadi itu harus mengatakan sesuatu kepada Anda.

Bagaimana saya bisa membangun sirkuit yang tahan lama?

7805 sudah tua teknologi . Ada regulator linier baru yang lebih baik di luar sana. Anda harus dapat dengan mudah menemukan sesuatu yang menggunakan arus diam 10 kali lebih sedikit, dan dengan menggali bahkan kurang dari itu.

Untuk menggunakan lebih sedikit daya, Anda akan menggunakan konverter uang yang dirancang khusus untuk arus diam rendah - tapi saya yakin Anda tidak siap untuk mendesainnya menjadi papan di tingkat komponen. Ada mungkin menjadi modul di luar sana yang akan melakukan pekerjaan itu, tetapi Anda akan perlu untuk berkeliling untuk itu. TI memang memiliki beberapa modul konverter uang, tetapi Anda harus memperhatikan banyak kemampuan mereka, baik untuk pengiriman saat ini maksimum dan saat diam.

Untuk menggunakan lebih sedikit daya, lakukan segala yang dapat Anda lakukan untuk meminimalkan konsumsi sirkuit Anda saat ini ketika diam. Ini akan memerlukan penggunaan hati-hati dari fungsi tidur mikroprosesor, serta mengatur bagaimana papan dinyalakan (misalnya, jika hanya menyala sekali setiap 30 menit, Anda mungkin ingin mematikan daya ke radio dan membaca kelembaban bagian dari sirkuit).

Ukur konsumsi saat ini di semua mode operasi, dan gunakan ini untuk menentukan mode mana yang merupakan pelaku terburuk secara keseluruhan, kemudian berkonsentrasi pada meminimalkan arus dalam mode tersebut jika Anda bisa.

Semua bagian tersebut dapat beroperasi dari 3 hingga 5V jadi gunakan baterai yang tidak memerlukan regulator, sel Li-ion 16500, atau baterai 3xAAA berukuran hampir sama dengan 9V dan menghasilkan voltase dalam kisaran itu. (atau bahkan sel Li-po)

Tanpa regulator mikrokontroler dapat dimatikan dan sirkuit hanya akan membutuhkan beberapa microamps.

Arus idle dari regulator 7805 adalah sekitar 4 mA jadi, dengan dipersenjatai dengan kapasitas ampere hour baterai Anda, cari tahu berapa lama itu akan bertahan dengan pengaliran terus menerus sebesar 4 mA.

Jika Anda menetapkan bahwa itulah masalahnya, Anda akan menemukan bahwa ada banyak regulator yang memiliki arus diam yang jauh lebih rendah.

Setelah baterai turun menjadi sekitar 7 volt Anda berada di lereng menurun yang licin karena regulator 7805 membutuhkan beberapa headroom volt untuk mengatur dengan benar dan saya memperkirakan (perkiraan cepat) bahwa pada putaran sekitar 6,5 volt rangkaian akan gagal.

Mengingat apa yang baru saja saya sebutkan, saya memperkirakan bahwa hanya 50% dari kapasitas baterai yang disebutkan dapat digunakan sebelum sirkuit menyerah. Ingatlah itu.

Saya menjalankan node sensor serupa dengan hasil yang jauh lebih baik. Setup saya memiliki beberapa perbedaan untuk Anda:

• Saya menjalankan μc secara langsung (tanpa regulator) dari baterai LiPo 1S yang dapat diisi ulang (nominal 3,7 V) yang awalnya dijual (sangat murah dan dengan charger USB yang cocok) untuk mini-drone. Kisaran tegangan keseluruhan (4.3 V - 3.5 V) dapat diterima untuk μc. ¹
• Saya memberi daya pada periferal (sensor dan pemancar dalam kasing Anda) dari pin port yang dapat saya nyalakan sebelum pengukuran dan matikan sesudahnya. (Saya menggunakan BME280, bukan DHT11 tetapi power draw seharusnya tidak menjadi masalah.)
• Setelah mentransmisikan pengukuran dan mematikan periferal, saya mengirim μc ke sleep nyenyak . ²

^{1 Saya berhasil menggunakan ESP8266, meskipun tentu saja saya tidak akan merekomendasikan itu karena Vcc maksimum absolut yang didokumentasikan adalah 3,6 VI pikir.
2 Untuk ESP8266 saya yang terbangun dari tidur nyenyak adalah reboot, jadi kodenya akan mulai berjalan di atas setup(), tetapi dengan ATmega328 Anda ini bukan masalah.}

Sangat mirip dengan "kenapa sistem tenaga surya / baterai / inverter saya memiliki jangkauan yang sangat kecil?" > karena inverter berputar sepanjang waktu. Gunakan beban berbeda yang bekerja pada baterai langsung dan hilangkan konversi tegangan yang tidak perlu .

Anda telah melakukan rekayasa 101, Anda telah menampar bit bersama-sama dan mereka bekerja. Teknik 202 membuat mereka bekerja cukup efisien untuk menjadi berguna.

Seperti di atas, sampah inverte --— maksudku regulator. Pilih baterai yang dapat menjalankannya dengan lurus, seperti tiga baterai 1,5V @ 4,5 volt. (Dua tidak akan cukup karena mereka akan turun di bawah 3V terlalu cepat; atau mungkin; coba saja!)

Pikirkan juga tentang baterai yang lebih besar - - 9V adalah kapasitas yang sangat kecil, terutama ketika membuang 2/3 dari kapasitas! (Elektronik membutuhkan 3V, Anda mengambil 9V dan membuang sisanya sebagai panas). Pikirkan sel-sel D yang besar adalah teman Anda jika Anda ingin umur panjang.

Kamera rusa biasanya memiliki dua bank sel D lengkap , Anda dapat menggunakan salah satu atau keduanya, dan dapat menjalankan seluruh musim.

Juga, gambar arus tidur ATMega sangat mengesankan, tetapi STX882 dan sensornya, tidak begitu banyak. Lihat apakah Anda dapat menemukan cara agar ATMega mematikan daya secara fisik ke perangkat lain saat tidak diperlukan. Cara termurah dan paling mudah untuk melakukan ini adalah relay kecil, tetapi transistor daya juga harus melakukan trik.

Satu trik terakhir. Mungkin tidak layak dilakukan tergantung pada siklus tugas apa sistem dinyalakan, tetapi perlu disebutkan. Dalam beberapa tahun terakhir CPU berubah dari 5V ke 3.3V. Mengapa? Karena mereka beroperasi pada saat ini; tegangan melebihi batas minimum tidak membantu pengoperasian dan hanya menghilangkan lebih banyak panas. Karena CPU menjadi lebih kuat, masalah termal menjadi faktor pembatas, sehingga menjatuhkan voltase ke minimum memungkinkan pendingin berjalan dan lebih banyak kinerja pada heat sink yang sama. Hal yang sama berlaku untuk elektronik Anda.

Anda bertujuan untuk menjalankan pada 5V, sisi tinggi rentang tegangan yang diijinkan. Proposal 3xAA saya menempatkan Anda pada 4,5V tetapi pertimbangkan untuk membuat pilihan baterai yang berbeda yang bahkan lebih rendah: seperti baterai Lithium atau tiga NiCd / NiMH (3.6V). NiMH memiliki kapasitas lebih besar, tetapi NiCD benar-benar memiliki resistensi yang luar biasa terhadap penyalahgunaan dan pemecatan yang mendalam.

Gunakan step up converter sebagai gantinya

Ini adalah bagaimana saya melakukan proyek serupa. Saya menggunakan 3xAA yang memberi saya 2.5V-4.8V ini berada dalam jangkauan operasional atmega, saya menghubungkan ini ke konverter step up dengan penonaktifan pin, ketika dinonaktifkan konverter mengkonsumsi hampir tidak ada dan melewati tegangan. Ketika atmega bangun dan perlu melakukan pengukuran akan menghidupkan konverter, menemukan 5V pada VCC, melakukan pengukuran dan mengirimkan, menonaktifkan konverter, kembali tidur. Itu berlangsung bertahun-tahun.

Menurut angka Anda, Anda mendapatkan perilaku yang diharapkan, antara sensor Anda, mikrokontroler, dan regulator Anda (8mA). Jika Anda ingin yang lebih baik, tidur controller, matikan sensor, dan dapatkan regulator yang lebih cocok.

1. Ukur apa yang sebenarnya mengalir saat ini dalam keadaan diam dan aktif. Gunakan ammeter antara baterai dan input 7805. Baterai 9V khas baru memiliki lebih dari 300 mAh, dan arus diam 7805 saja tidak bisa benar-benar mengkonsumsi semuanya - ada sesuatu yang mencurigakan! Saya telah mengukur banyak baterai 9V dan biasanya 500-600 mAh. Peringatannya adalah mereka semua bersifat basa, dan jika Anda tertarik untuk mendapatkan umur terpanjang, tentu saja Anda harus menggunakan baterai alkaline.

2. Apakah ada alasan nyata untuk menggunakan baterai 9V sekali pakai dalam aplikasi Anda? Sudahkah Anda mempertimbangkan sesuatu seperti 3 × atau 4 × AA?

Dari delaydan loopfungsinya sepertinya Anda menggunakan kode Arduino. The delayfungsi loop aktif, tidak akan menempatkan mikrokontroler untuk tidur! API Arduino tidak memiliki dukungan untuk mode tidur.

Baca lembar data ATmega328P dan lihat halaman 34 tentang cara mengalihkan perangkat ke mode tidur.

PENTING: Jika Anda dapat mematikan sensor kelembaban DHT11 antara penggunaan Anda MUNGKIN dapat memperpanjang masa pakai baterai dengan faktor 3 atau 4.

DHT11 memiliki arus diam 100-150 uA dalam mode tidur. Anda harus mendesain dengan nilai kasus terburuk.
Pada power up diperlukan 1 detik "untuk menjernihkan kepalanya" (catatan 4. halaman 5)
dan kemudian ada waktu setup antarmuka (mungkin beberapa 10 ms).
Tidak jelas dari lembar data apakah waktu respons dipengaruhi oleh dimatikannya, tetapi mungkin tidak.

Bergantung pada waktu antar aktivasi, mematikan DHT11 dapat mengurangi arus diam sistem dari sekitar 200 uA menjadi sekitar 50 uA.
Layak untuk dilihat.

Regulator LM2936:

The LM2936 yang Anda sebutkan adalah regulator yang luar biasa jika memenuhi persyaratan Anda. Dropout rendah, arus diam rendah, kisaran voltase keluaran tersedia.

Saya telah menggunakannya sejak lama dalam suatu produk yang membutuhkan IQ rendah dan sangat senang dengan mereka. Hmmm - sekitar tahun 1993 - 25+ tahun - oldie tapi goody.

Iout max secara nominal 50 mA - yang memenuhi kebutuhan tabulasi Anda.
Iq adalah 10 uA pada beban 100 uA - dan lebih sedikit pada beban yang jauh lebih rendah.
Vin 5,5 - 40V dan bahkan mungkin lebih dekat dari itu ke Vout. Anda bisa mendapatkan versi 5V dan 3V3.

Mode tidur Anda saat ini memuat dengan mudah di bawah 200 uA.
Pada 200 uA Anda akan mendapatkan 100 / .2 = 500 jam operasi tidur per 100 mAh baterai.
Jadi sekitar 20 hari per 100 mAh.
Jadi katakan 60 hari atau dua bulan dengan baterai Alkaline "9V" 300 - 500 mAH berdampingan di sisi konservatif. Gunakan 6 x 1.5V sel Alkaline AA (sekitar 3000 mAh) dan Anda harus mendekati 2 tahun.

Operasi langsung dari alkali 3 x AA memberikan Vin dari awal 5V (hingga 1,65V / sel) dan 3,3V pada 1,1V / sel (sekitar mati). Jadi kira-kira selama 6 AA Alkalin dengan output tegangan comnstant. Jika Anda dapat mentolerir masukan 3,3 - 5V 'cukup gunakan 3 x Alkaline. AA selama hampir 2 tahun beroperasi. AAA lebih murah.