Apakah regulator 7805 5 V menguras baterai 9 V?


9

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


3
Saya sarankan menggunakan perpustakaan LowPower atau serupa untuk membuat ATmega tidur di antara pengukuran.
kalsium3000

2
Seberapa pendek?
Scott Seidman

1
@Jasen Menurut tautan ini , 78L05 memiliki arus bias 3mA, yang lebih rendah tetapi jauh dari cukup untuk memperbaiki masalah saya.
Dan Chaltiel

4
LP2950 adalah <140uA. MCP1703 adalah 2uA. "Ini semua informasi yang bisa saya kumpulkan dari lembar data:" - jangan mengandalkan lembar data, ukur arus siaga.
Bruce Abbott

4
Apakah Anda benar-benar menikah dengan baterai 9v? Mengapa?
Harper - Pasang kembali Monica

Jawaban:


26

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.


2
Benda itu diam selama 30 menit kemudian mengukur dan mengirimkannya, lalu kembali tidur. Jadi arus diam tidak bisa diabaikan.
TimWescott

3
Maksud saya: dalam mode siaga, 7805 masih akan dimuat, sehingga tidak hanya menggambar arus diam sendiri tetapi juga beberapa arus beban dengan cara yang tidak efisien.
Huisman

6
Saya googled tentang konverter uang dan saya pikir saya memang tidak siap untuk ini! Saya pikir saya akan mencoba dengan LM2936 (15μA dari arus diam), apakah itu terlihat baik bagi Anda? Beralih dari komponen saat ini saat idling juga sangat menarik, saya akan melihat apakah itu cukup sederhana untuk diimplementasikan.
Dan Chaltiel

2
@DanChaltiel Anda bisa mendapatkan konverter uang yang dipasarkan sebagai "pengganti regulator linier" yang berisi semua sirkuit yang dibuat sebelumnya untuk Anda, termasuk induktor, dan digunakan persis sama seperti Anda akan menggunakan regulator linier. Mereka tidak sefleksibel membuat Anda sendiri, tetapi hal-hal kecil yang sangat berguna untuk dimiliki ketika Anda tidak terbiasa dengan proses desain atau tidak dapat diganggu.
Pos Gizi

4
@Michael itu selalu baik untuk melakukan pencarian web cepat sebelum mengatakan sesuatu yang pasti di masa yang selalu berubah ini. The pertama memukul saya punya pada pencarian untuk "diam rendah buck saat converter" datang dengan satu yang memiliki 360 nA arus diam. Dan konversi 9V ke 5V melalui regulator linier, menurut definisi, efisien 55% sementara hal ini efisien 90%.
TimWescott

12

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.


2
Atau tiga "D" sel dan mengubahnya sekali dalam satu musim ... Sel D adalah sweetspot untuk daya tahan vs biaya ...
Harper - Reinstate Monica

1
@Harper: atau baterai AA isi ulang NiMH 3x. Anda hanya perlu membelinya satu kali, dan sel self-discharge modern rendah tersedia secara luas. +1 jawaban ini: 9V baik untuk detektor asap yang benar-benar menginginkan voltase, dan kemampuan meledak daya, tetapi buruk jika Anda perlu mengaturnya turun.
Peter Cordes

2
Hati-hati menggunakan lipo, pastikan Anda mendapatkan sel terlindungi atau memiliki perlindungan kelebihan muatan dalam sirkuit. Setidaknya jika Anda ingin dapat mengisi ulang lagi. Kemudian lagi, jika beban sirkuit Anda putus karena undervoltage Anda mungkin baik-baik saja tanpa itu.
Pos Gizi

11

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.


10

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.


Maukah Anda memberi saya referensi baterai Anda? Memberi daya seluruh sensor dengan pin port adalah ide bagus! (Saya pikir ini akan menjadi terlalu banyak saat ini untuk menangani μc). Terima kasih untuk ref DeepSleep juga, ini akan banyak membantu.
Dan Chaltiel

1
@DanChaltiel Cukup cari platform belanja lokal Anda untuk "1S LiPo" dan Anda akan menemukan sesuatu seperti ini (4 x 1200 mAh) atau ini (10000 mAh).
AndreKR

@DanChaltiel Lembar data yang Anda tautkan mengatakan sensor membutuhkan 2,5 mA, pemancar 34 mA dan μc dapat menangani 40, jadi tidak ada masalah di sana. (Dan biasanya mereka dapat menangani lebih banyak lagi untuk periode waktu yang singkat.)
AndreKR

Apakah Anda mempertimbangkan untuk meletakkan dioda atau sesuatu secara seri dengan baterai Anda untuk menjatuhkan sepersekian volt? Atau apakah arusnya sangat rendah sehingga bahkan dioda tidak turun banyak?
Peter Cordes

2
Satu hal yang terpisah dari arus yang perlu dipertimbangkan saat menyalakan periferal (sensor dll.) Dengan pin I / O: Pastikan periferal tidak ditenagai secara tidak sengaja melalui jalur antarmuka bus, dll. Kami memiliki masalah ketika sensor I²C masih menerima arus dari tarikan I²C resistor-up.
Michael

4

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.


Anda benar sekali, saya menuju ke 202 dan jawaban Anda sangat instruktif dengan cara ini. Saya selalu berpikir tegangan yang disarankan adalah 5V, bisa beroperasi pada 3V akan menyederhanakan banyak hal. Hanya satu hal, mengapa "undian tidur ATMega sangat mengesankan, tetapi STX882 tidak begitu banyak", ketika 100 kali lebih rendah?
Dan Chaltiel


Dalam beberapa tahun terakhir CPU berubah dari 5V ke 3.3V . Itu beberapa tahun yang lalu sekarang: P Saat ini CPU memprogram regulator tegangan pada mobo untuk berjalan pada tegangan minimum yang mungkin untuk frekuensi saat ini, hampir tidak lebih dari celah pita. Timbangan daya dengan V ^ 2 untuk logika CMOS (muatan pompa ke beban gerbang kapasitif). misalnya desktop saya menjalankan CPU Skylake i7-6700 pada sesuatu seperti 1.25V tergantung pada turbo vs kecepatan clock idle.
Peter Cordes

Ada pembicaraan yang baik di IDF2015 tentang manajemen daya Skylake yang masuk ke beberapa tradeoff dari manajemen daya CPU modern (high end desktop / laptop, bukan mikrokontroler). en.wikichip.org/w/images/8/83/… . Dulu ada audio untuk pergi dengan slide-slide (dari arsitek Intel), tetapi yang tampaknya telah menghilang :( Mungkin masih layak membalik-balik slide jika Anda ingin tahu tentang hal semacam itu.
Peter Cordes

Bagaimanapun, karena CPU menginginkan jumlah voltase yang bervariasi yang dapat diprogram, tetapi pada arus tinggi, mobo memberi daya tegangan CPU tetap dari suplai + 12V. Sebagian besar permintaan saat ini pada catu daya PC modern ada di jalur 12V, dengan CPU dan GPU memiliki konverter DC-DC sendiri. (DRAM modern berjalan pada 1.2V untuk DDR4, turun dari 1.35V untuk DDR3L.) Jadi sekali lagi kekuatan mobos itu dari konverter DC-DC yang terletak di dekat DRAM. Atau ketika Anda mengatakan CPU, apakah Anda hanya berbicara tentang mikrokontroler seperti yang digunakan OP? Jika demikian, maaf untuk garis singgung. : P
Peter Cordes

3

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.


2

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.


2
  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?


Saya benar-benar berpikir bahwa baterai 9v akan bertahan lebih lama. Saya ternyata salah.
Dan Chaltiel

Apakah tidak ada kesalahan dalam kalimat (basa dua kali)? "Peringatannya adalah bahwa mereka semua bersifat basa, dan jika Anda tertarik untuk mendapatkan umur terpanjang, tentu saja Anda perlu menggunakan baterai alkaline."
Dan Chaltiel

1
Itu membingungkan, maaf. Maksud saya, pengukuran saya hanya bersifat basa, yang harus Anda gunakan jika Anda ingin umur panjang. Baterai Anda mungkin berupa seng-karbon, yang sebagian dapat menjelaskan kematiannya yang cepat, namun saya pikir Anda harus terlebih dahulu memverifikasi apa konsumsi sebenarnya.
anrieff

1

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.


Bagaimana dengan deepsleep?
Dan Chaltiel

1
@ dan-chaltiel Itu hanya untuk MCU SAMD21 seperti MKRZero, MKR1000 dan MKRFox1200. ( arduino.cc/en/Reference/ArduinoLowPower )
paf.goncalves

1

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.

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.