Оптимизация схемы питания автономного устройства от батареек АА

1. Оптимизация схемы питания автономного устройства от батареек АА

Аборнев Антон
Uniscan Research

2.

Делаем наукоёмкие приборы серийным продуктом

3. Исходные требования

Любой элемент питания АА
Минимальные габаритные размеры
Минимальный вес
Время автономной работы 10 дней
Радиоканал
3

4. Оценка реализуемости

Емкость «батарейки»: 2500 мА*ч
Мощность потребления: 12мВт
Ток потребления: 12мВт/1.5В=8мА
2500мА*ч/8мА ~~ 300 часов.
4

5. Требуемые параметры схемы

+3.3V
1В…4.2В
Схема
питания
4..8 мА
+3.6V
800мА
5

6. Первоначальная схема

+3.3V
+1V…4.2V
Step-Up
DC-DC
+5.0V
Step-Down
DC-DC
DC-DC
+4.0V
+3.6V
DC-DC
6

7. Результаты тестирования

Необходимое время работы: 240 ч
АА «DuraCell
TurboMAX»
«Energizer
Ultimate Lithium»
33 ч
55 ч
7

8. Два элемента питания

+2V…+3V
Step-Up
DC-DC
+5.0V
Step-Down
DC-DC
DC-DC
+4.0V
+3.3V
+3.6V
DC-DC
8

9. Результаты тестирования

Необходимое время работы: 240 ч
2 x АА «DuraCell
TurboMAX»
2 x «Energizer
Ultimate Lithium»
70
120
9

10. Повышающий преобразователь

10

11. КПД при питании от 1.5В и 3.0В

1
1
Uвых=3.3В
0,8
Uвых=3.3В
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
Uвых=5В
0,2
0,2
0
0
5
7
8
14 18 40 43
Выходной ток, мА.
Uвых=5В
Uвых=5В
Uвых=3.3В
5
7
8
13
19
45
64 100 120 152
Выходной ток, мА.
11

12. КПД от входного напряжения

1
Нагрузка P=50 мВт.
Uвых=3.3В
0,8
Uвых=5В
КПД
0,6
81%
0,4
0,2
89%
69%
52%
0
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3
3,1
Входное напряжение, В.
12

13. КПД для выходного напряжения 3.3В

1
0,8
0,6
0,4
0,2
1.5V
3V
0
4
5
7
9
16
19
34
42
67
Выходной ток, мА
79
103
124
153
209
219
13

14. Понижающий преобразователь на 3.3В

14

15. КПД от тока нагрузки

1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1,5
3,4
9,4
16,7
28,0
65,9
110,6
139,2
Выходной ток, мА
15

16. Результаты исследования

после оптимизации
до оптимизации
кпд1
1.5V
кпд1
кпд2
5V
3.3V
КПД = кпд1*кпд2 = 0,7*0,7
КПД = 0,49
3V
3.3V
КПД = кпд1
КПД = 0,89
16

17. Оптимизация схемы

+2V…+3V
Step-Up
DC-DC
+3.3V
Step-Down
DC-DC
DC-DC
+4.0V
+3.3V
+3.6V
DC-DC
17

18. Результаты тестирования

Необходимое время работы: 240 ч
2 x АА «DuraCell
TurboMAX»
120
2 x «Energizer
Ultimate Lithium»
190
18

19.

• Уточнение требований и оснований для
этих требований.
• Компромисс между временем работы,
габаритами, весом и удобством
использования.
• Отказ от универсальности в пользу
улучшения характеристик.
19

20. Спасибо.

21. Давайте дружить.

21