7805 5 V 稳压器会耗尽 9 V 电池吗?

电器工程 电压调节器 电池供电 低电量
2022-01-18 12:31:11

作为爱好做一些DIY,我正在制作一个小型湿度温度无线电传感器。

ATmega328从DHT11 传感器读取数据,然后通过STX882 无线电发射器将数据传输到 Raspberry Pi 它由一个 9 V 电池供电,该电池使用一个具有 10 µF 和 100 µF 电容的7805 5 V 稳压器。

ATmega 上的 C 代码正在读取湿度和温度,然后每 30 分钟发送一次:

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
}

这就像一个魅力,但电池寿命出乎意料地短。它是全新的,我做了一些零星的测试,延迟很短,没有任何地方发出异常热量。

当我感到满意时,我将 30 分钟的延迟搁置一旁(这可能有点危险?),但不到 24 小时后,电池的电压为 5.4 V。不过,30 分钟的延迟因其使用寿命而受到尊重。

什么可以解释如此短的电池寿命?会不会是 5 V 稳压器?我怎样才能建立一个持久的电路?

PS:我仍在尝试制作一些图表,但这对于像我这样的菜鸟来说需要时间......

我使用了一个 6lp3146 通用品牌碱性 9 V 电池,它显然在 100 mA 电流下提供 300-500 mAh,这远远超过我的电路使用的。

以下是我可以从数据表中收集到的所有信息:

+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
|                 | 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"

如果我理解正确,我的系统每 30 分钟激活几秒钟,所以待机电流才是最重要的,它确实是由 7805 稳压器驱动的。

所以是的,在最坏的情况下,使用 300 毫安时,我应该能够让系统仅运行 40 小时。

有没有一种方法可以在没有更大尺寸的情况下为我的系统提供更长的 5 V 电压?

作为记录,这是一个关于 LM 稳压器与降压转换器的非常好的视频:降压转换器与线性稳压器 - 实际比较

4个回答

什么可以解释如此短的电池寿命?会不会是5v稳压器?

如前所述,7805 的静态电流约为 4mA。您需要找到电池的数据表(如果您使用的是碱性电池,Eveready 有很好的电池数据表)。它可能不超过 100mAh -- 100mAh / 4mA = 25 小时,所以这应该对你说些什么。

我怎样才能建立一个持久的电路?

7805 是技术。那里有更好的更新线性稳压器。您应该能够轻松找到静态电流减少 10 倍的东西,而且挖掘量甚至更少。

要使用更少的功率,您可以使用专为低静态电流设计的降压转换器——但我认为您还没有准备好在组件级别将其设计到电路板中。可能一个模块可以完成这项工作,但您需要货比三家。TI 确实有一些降压转换器模块,但您需要非常注意它们的功能,包括最大电流传输和静态电流。

要使用更少的功率,请尽一切可能将电路在静态时的电流消耗降至最低。这将需要仔细使用微处理器的睡眠功能,以及管理电路板的供电方式(例如,如果它每 30 分钟才开启一次,您可能需要关闭收音机的电源和湿度读数部分电路)。

测量所有操作模式下的电流消耗,并使用它来确定哪些模式总体上是最严重的违规者,然后如果可以的话,集中精力将这些模式下的电流最小化。

所有这些部件都可以从 3V 运行到 5V,因此请使用不需要稳压器的电池、16500 锂离子电池或 3xAAA 电池组,它们的尺寸与 9V 大致相同,并产生该范围内的电压。(甚至是锂聚合物电池)

如果没有调节器,微控制器可能会关闭,并且电路只需要几微安。

7805 稳压器的闲置电流约为 4 mA,因此,借助电池的安培小时容量,计算出持续消耗 4 mA 的电流将持续多长时间。

如果您确定这是问题所在,您会发现有很多稳压器的静态电流显着降低。

一旦电池电压下降到大约 7 伏,你就会处于一个滑坡下降的斜坡上,因为 7805 稳压器需要几伏的余量才能正确调节,我估计(快速猜测)在大约 6.5 伏时,电路将失效。

鉴于我刚才提到的,我估计在电路放弃之前只有 50% 的电池标称容量可用。请记住这一点。

我正在运行类似的传感器节点,结果要好得多。我的设置与您的设置有一些不同:

  • 我直接使用最初为迷你无人机出售的可充电 1S LiPo 电池(标称 3.7 V)(非常便宜且带有匹配的 USB 充电器)运行 µc(无调节器)。µc 可以接受整个电压范围 (4.3 V - 3.5 V)。1
  • 我从一个端口引脚为外围设备(在你的情况下是传感器和发射器)供电,我可以在测量之前打开它,然后关闭它。(我使用的是 BME280 而不是 DHT11,但功耗应该不是问题。)
  • 传输测量结果并关闭外围设备后,我将 µc 发送到深度睡眠2

1我成功地使用了 ESP8266s,虽然我当然不会推荐,因为他们记录的绝对最大 Vcc 是 3.6 VI 认为。
2对于我的 ESP8266 从深度睡眠中唤醒是重新启动,因此代码将在顶部开始运行setup(),但对于您的 ATmega328,这不是问题。