Zasilanie MCU z baterii bez regulatora

13

Widziałem niektóre płytki rozwojowe (na przykład zestaw deweloperski BL652 ) do układów o niskiej mocy, które mają zasilanie bateryjne podłączone bezpośrednio do MCU bez regulatora.

W tym przypadku zastosowana bateria to 3V CR2032. Zestawienie danych dla MCU określa następujące parametry:

datasheet page 16.
Absolute Maximum Ratings            Min           Max
Voltage at VDD_nRF pin             -0.3           3.9

datasheet page 17.
Recommended Operating Parameters    Min    Typ    Max
VDD_nRF                             1.8    3.3    3.6

Interpretuję to jako "If your battery voltage drops to a value between 0-1.7 it isn't defined what will happen".

To mnie martwi, ponieważ widziałem regulatory posiadające piny Power Good i nie znalazłem żadnych wyraźnych stwierdzeń w arkuszu danych, że MCU z przykładu nie zostanie uszkodzony przez podnapięcie.

Jak zdecydować, czy pomiędzy akumulatorem a ładunkiem potrzebny jest regulator, aby zagwarantować, że nie dojdzie do uszkodzenia, gdy napięcie akumulatora zacznie spadać?

power-supply batteries voltage-regulator

— TheMeaningfulEngineer
źródło

4

Jestem bardzo amatorem, ale mam wrażenie, że organy regulacyjne robią kilka rzeczy. Po pierwsze, ograniczają dostarczane napięcie do określonego zakresu. Jeśli jednak napięcie zasilania „zniknie”, nie mogą sprawić, że pojawi się w magiczny sposób. Utrata zasilania, czy to z akumulatora, czy z innego źródła, wciąż powoduje utratę zasilania. Po drugie, zmniejszają tętnienia do akceptowalnej ilości. Baterie tak naprawdę nie mają tego problemu. Nie sądzę, abyś był bardziej narażony na ryzyko ucieczki bezpośrednio z akumulatora niż z zasilacza laboratoryjnego.

— Bezwarunkowo

30

Jeśli napięcie akumulatora spadnie do wartości między 0-1,7, nie jest określone, co się stanie

Jest to często prawda, ale na pewno niczego nie zniszczy. Ponieważ, gdyby było destrukcyjne, minimalna wartość Vdd w „Absolutnych maksymalnych ocenach” byłaby podana jako wartość dodatnia (której nigdy nie widziałem w żadnym arkuszu danych i mam nadzieję, że nigdy nie zobaczę tego w moim życiu - nie to ma sens).

Więc w tym momencie masz gwarancję, że MCU nie zostanie zniszczone podnapięciem. Może jednak nadal zachowywać się nieprawidłowo (potencjalnie uszkadzając inne obwody zewnętrzne).

Teraz w tego rodzaju MCU często występuje funkcja zwana „ wykrywaniem zaniku napięcia”, a czasem „blokowaniem podnapięciowym”. Jest to funkcja, która monitoruje napięcie zasilania i gwarantuje utrzymanie układu w stanie zerowania, gdy napięcie jest poniżej określonego poziomu (czasem programowalnego).

Dobra wiadomość: w konkretnym układzie, którego używasz, jest taka funkcja. Patrz rozdział 5.1 w połączonym arkuszu danych.

Dlatego nie musisz mieć regulatora z wykrywaniem „dobrego zasilania” lub dodatkowego obwodu monitorowania zasilania w konkretnym przypadku.

Zauważ, że jeśli MCU nie ma włączonej funkcji wykrywania zwarć, istnieją małe układy, które oferują tę funkcję (często w połączeniu z generatorem resetu po włączeniu zasilania), nie będąc regulatorami napięcia.

— słaba utrata wiary w SE
źródło

2

Dodatkowo można zastosować zewnętrzne urządzenia nadzorujące zasilanie w przypadku, gdy MCU nie ma tych funkcji.

— scld

1

W przypadku układów, które tego nie wykrywają, umieszczenie zabezpieczenia podnapięciowego między baterią a urządzeniem zwykle załatwia sprawę. Nie są skomplikowani, kosztowni ani żądni władzy.

— Maszt

Czy nie może istnieć zatrzask przy niższym napięciu zasilania (nie byłoby to możliwe przy wyższym napięciu)?

— Peter Mortensen

@PeterMortensen Nie, chyba że na bardzo nietypowych układach i dla bardzo specyficznych przypadków (które byłyby wyraźnie zaznaczone wiele razy w arkuszu danych) lub jeśli w układzie jest błąd, nie ma możliwości, aby mógł wystąpić zatrzaśnięcie z powodu pod napięciem. Nie miałoby to również sensu, ponieważ po włączeniu zasilania przejście od 0 V do wartości nominalnej (tak samo przy wyłączeniu zasilania) zajmuje trochę czasu. Nie możesz tego uniknąć. Jeśli ryzykujesz zatrzaśnięcie przy każdym włączeniu systemu, jest źle. Najgorsze, co może się zdarzyć, to zachowanie nieregularne, ale to ryzyko jest eliminowane przez wykrywacz braku prądu.

— słaba utrata wiary w SE

9

... między 0 a 1.7 nie jest określone, co się stanie

Właściwie poniżej 1,8 V nie ma gwarancji, co się stanie.

Nie martw się o uszkodzenie - to parametry robocze . Aby zapobiec uszkodzeniom, nie wolno przekraczać maksymalnych wartości znamionowych , które nie są uwzględnione w połączonym arkuszu. Jeśli znasz używane układy, możesz przejrzeć ich arkusze danych i zobaczyć Maksymalne oceny. Nie spotkałem się jeszcze z chipem, który może ucierpieć z powodu zbyt niskiego napięcia zasilania.

Chcesz jednak, aby Twój produkt „wiedział” i reagował, gdy poziom naładowania akumulatora jest zbyt niski. Dodaj obwód wykrywania akumulatora (lub za pomocą wewnętrznego), który zwolni reset tylko wtedy, gdy napięcie akumulatora będzie wystarczająco wysokie.

— Bimpelrekkie
źródło

Można się zastanawiać, co się stanie, jeśli Vdd wzrośnie powyżej zalecanej specyfikacji 3,6 V, do absolutnej specyfikacji maksymalnej 3,9 V. Arkusze danych rzadko (jeśli w ogóle) mówią. Domyślam się, że producent powiedziałby: „hej, testujemy do 3.6v, to może nadal działać powyżej”.

— glen_geek

3

@glen_geek Problem jest objęty dożywotnią gwarancją . Nie jest niemożliwe, aby układ scalony ze specyfikacjami. wspominasz, że będzie działał dobrze nawet przy Vdd = 5 V. Ale może to potrwać tylko godzinę, jeden dzień, tydzień, miesiąc lub rok. Producent gwarantuje tylko pewną żywotność (na przykład 10 lat ciągłej pracy w 125 stopniach Celsjusza) przy 3,6 V. Jeśli IC jest zawsze poniżej 50 ° C, możesz spodziewać się jeszcze dłuższej żywotności. Przy wyższych Vdd i temperaturach takie efekty jak gorące nośniki i elektromigracja powoli uszkadzają IC. W zalecanych warunkach nie jest to taki problem.

— Bimpelrekkie

8

Nie ma gwarancji, że twój procesor nie będzie działał i nie szyfrował pamięci ani nie zapewniał nieprzyjemnych i potencjalnie szkodliwych przebiegów na pinach GPIO. Gwarantujemy, że mikro nie zostanie fizycznie uszkodzone, ale może spowodować uszkodzenie miękkiego lub, prawdopodobnie, złego projektu, trudnej natury.

Na przykład, jeśli mikroprocesor zasilany bateryjnie kontroluje temperaturę w terrarium za pośrednictwem MOSFET-a działającego jak zdalny termostat, a mikroprocesor działa, może zabić gady, jeśli bateria się wyczerpie. Skrajny przykład, a tak naprawdę powinno istnieć wiele zabezpieczeń przed tym wydarzeniem. Rzadko zdarza się też, że mikroprocesor zasilany baterią może uszkodzić wszystko poza sobą. Bardziej powszechnym przykładem byłoby mieszanie pamięci RAM zasilanej z baterii lub pamięci EEPROM.

Aby mieć pewność, że to się nigdy nie zdarzy, należy zablokować mikroprocesor (przytrzymać go w stanie zerowania) dla każdego napięcia poniżej 1,80 V. Ponieważ obwód, który to robi, nie będzie dokładny (próg zawsze ma tolerancję), możesz wybrać 2,0 V lub 1,90 V. +/- 0,2 lub 0,1 V. Zwykle występuje również pewna histereza, więc można ją zresetować nawet przy 2,2 V, a zresetować przy 1,9 V. Zwykle istnieje również minimalna szerokość impulsu zerowania, aby nastąpił prawidłowy reset, co również powinno być zagwarantowane.

Większość soku z CR2032 uzyskasz nawet w niskiej temperaturze, odcinając około 2,4 lub 2,5 V, więc nie ma powodu, by nazywać go tak blisko.

— Spehro Pefhany
źródło