我这个 avr 的理论功耗是否正确?

电器工程 力量 avr 电池 计时器
2022-01-04 16:00:05

在受到一个简单的基于 ATMEGA 168 的黑暗警报的启发之后,该警报在使用睡眠模式的电池上的理论寿命为 3 年,我决定自己做一些类似的东西(唤醒警报,使用振荡器以获得大致不错的精度而不是光)

我的困惑在于电池寿命的计算方式(参见“电池寿命计算”部分),所以我决定自己计算。

AVR 在掉电模式下显然是 1.8V 消耗 0.1µA。在活动模式下,假设 1MHz 外部振荡器(此处的数据表)为 250µA。

现在一些(可能是理想的)AA电池有1200 mAh,所以

1200 / 0.001 / 24 / 365 = ~137 years standby life time
1200 / 0.250 / 24 / 365 = ~0.5 years active life time

假设我的压电蜂鸣器 + 10k 串联电阻总共需要 5 mA,我可以按小时平均当前使用情况

5mA * 10 (second alarm)? / 6 (intervals of 10) / 60 (in to hours) = ~0.138mAh
0.250mA (active current) * 10 / 6 / 60 = ~0.00694 mAh

最终结果是(忽略有功功率消耗与断电状态重叠)..

1200 / (0.001 + 0.138 + 0.00694) / 24 / 365 = 0.9 years 

你能提出这方面的主要缺陷吗?随着时间的推移计算所有这些电流消耗的方法是什么,特别是当电池使用 mAh 而不是 Wh 时,并且数据表仅指定“xx uA @ 1.8v”(而不是 ~4.5VI 正在使用)。当事情只在某些时期(而不是我的“平均每小时”计算)我已经完成时,有没有一种更简单的方法来计算功耗?

我似乎在个人项目的理论方面碰壁了。如果我尽可能简单地设计它,它可以运行多长时间让我很感兴趣。

2个回答

你很亲密。平均功率是一种非常准确的方法,因为您没有拉出如此高的电流以致电池的有效容量波动。

电池、电池和更多电池

有一个非常重要的术语,那就是电池的自放电率。这取决于化学,但可以说你得到了镍金属氢化物。如果不是低自放电率 NiMH ,自放电率是“前 24 小时内 20% 或更多,之后每天增加 4%”,每年仍会放电 25% 左右。

锂电池在自放电率方面具有一些最佳特性,我的经验支持这一事实。我认为电池大学有一个很好的网站来讨论许多不同的电池特性,我经常指点那里的人在他们开始使用电池时了解电池。如果你想比较电池放电率,他们有整篇文章讨论这种现象

这有点绕点,但我总是试图说明这一点,当你测量电池电压时,你需要让它处于负载状态。这因化学而异,但在锂中至关重要。我有一位同事在我们的设备中放置了损坏的纽扣电池并使用它们,因为纽扣电池在没有负载的情况下显示几乎全电压。在任何数量的负载下(10kohm aprox .2mA),它们都完全死了。

你的微控制器和你

当您处理使用制造商关于泄漏电流的表时,您还必须处理许多不同的问题,以保持那些可能也在考虑的规格。我见过的最大的是浮动输入。许多工程师会留下未使用的引脚作为输入,心想:“嘿,这有什么害处?” 如果你说的是微安,那就有点多了。浮动输入将使其晶体管不断改变状态,并且波动会导致功耗差异。我们曾经在产品中缩短了使用寿命,因为我们有一个错误导致 2 个引脚悬空,导致我们的 MSP430 上的待机电流增加一倍以上。您需要驱动所有引脚输出并让它们保持状态。

在进行唤醒时间等这些计算时很容易错过。我似乎记得我们的 MSP430 有一个不可忽略的唤醒时间,如果你经常这样做的话。它在上线时也有一个更大的功率脉冲。我们的小型 RTOS 必须尝试考虑到这一点,如果关机时间少于 X 毫秒,我们会使用 NOP 跳过它并节省一些电量。

如果您正在寻找寿命很长的产品,您将需要保形涂层皮肤中的油脂不会立即成为问题,但随着时间的推移,它们会在您的电路板上形成一种轻度导电材料。保形涂层可保护您的电路板免受这种小电流吸收副作用的影响。

阅读他们关于低功耗操作的任何应用说明,它可能涵盖诸如需要将引脚保持为输出的问题以及许多其他重要且有用的事实。

最后但并非最不重要的一点是,不要因为阅读了应用说明而让自己放松,并且在运行产品一周后一切似乎都很好,你必须按照 clabacchio 所说的去做,你必须测量并确保。你正常调试你的代码,这是它的一部分,你需要找出你是否犯了一个错误,导致你的空闲电流是毫安而不是微安,或者即使你做了我们所做的事情并且一个引脚意外浮动. 确保在执行此操作时使用缓冲测量,如果您的设备上有大量泄漏以获取数据,您可以在测试时从一个小山丘中脱颖而出。另外,永远不要忘记引体向上,如果你不小心的话,它们就是小能量猪。

这个理论似乎是正确的,我只是给你一个提示:设计具有非常低占空比的电路(设备工作的时间)通常知道睡眠功耗(这就是你所做的,但我建议建造后测量它,因为我刚刚发现设计对漏电有多大影响。

然后,但这不需要与涉及更大电流的精度相同,您应该尝试测量设备在其活动状态期间消耗的能量。您也可以使用面包板执行此操作,因为您需要测量吸收的平均电流和设备开启的时间(约 10 秒)。

然后你可以总结你的能量(或者啊,如你所愿),而不用关心重叠的时间。

但是,刚刚从这种测量中得出,不要过分依赖数据表给出的值,并尝试您的设计是否能够保证该值;例如,您将准确检查微控制器的所有输出引脚,以避免由于 DIO 接口造成的不必要的泄漏,也许您还必须使用微控制器本身的电源域。祝你好运!