Авторизация
Зарегистрироваться

Миниатюрные повышающие стабилизаторы BL8530 или питаем микроконтроллер от одного "пальчика"


Собирая партию недорогих сенсоров на AVR контроллерах задумался, чем их питать.

Литиевые аккумуляторы с понижающим стабилизатором — довольно дорого и неэффективно.

С литиевых батареек CR2032 трудно вытянуть стабильную работу при токах более 10мА. Напряжение на них очень быстро начинает падать.

Питание от 3-х ААА слишком громоздко.

Выход — использовать повышающий DC-DC преобразователь с низким током покоя. Кому интересно, пожалуйста под кат.

Сперва хотел использовать NCP1400 от ON Semiconduction, но потом решил попробовать более дешевый аналог от китайской компании SHANGHAI BELLING BL8530.

Основные характеристики преобразователя


  • Минимальное входное напряжение — 0.8В
  • Выходное напряжение — 2.5, 3.0, 3.3, 5.0 и 6.0В (разные маркировки на корпусах) с точностью 2%
  • Максимальный выходной ток — 200мА
  • Ток покоя (при выходном токе 0 ) — 12мкА
  • КПД преобразования — 85%
  • Частота преобразования 300-400кГц
Более подробно характеристики можно почитать в даташите на микросхему

В общем, по описанию все очень интересно и цена довольно «вкусная».
При партии 100шт получается около 7 центов за микросхему на 3В
Также стоят и 5-ти вольтовые преобразователи
А вот преобразователей на 3.3В по такой цене не нашел. Впрочем этих двух мне вполне хватит.
Продаются в основном преобразователи в корпусах SOT89-3


Хотя в даташите есть также SOT23-3 и SOT23-5. В последних выведена нога, отключающая чип. Удобно, если через такой преобразователь нужно питать периферию и отключать ее при ненадобности вмести с преробразователем.
«Обвес» преобразователя состоит всего из четырех деталек:

  • Индуктивность на 10-100мкГн
  • Диод шоттки (я применил SS14)
  • Выходной электролит на 47-220мкФ
  • Необязательный входной электролит >= 10мкФ
Конденсаторов и катушки SMD под рукой не оказалось. Заказал, но когда еще приедут.

Пятивольтовая версия отличается только маркировкой на корпусе

На скорую руку собрал несколько плат. Просто модуль преобразователя


Модуль с батарейкой CR2032



Приступаем к тестированию


Рабочий диапазон входного напряжения у трехвольтового стабилизатора 0.8-2.9В. И хотя чип выдерживает напряжение до 12В, при повышении входного напряжения выше напряжения стабилизации выходное напряжение повторяет входное (за исключением падения на диоде и катушке). То есть на понижение напряжения данная схема не работает.

При питании стабилизатора на 3В от двух элементов АА получаем характеристики, близкие к даташиту. Выходное напряжение начинает «проседать» при выходном токе выше 200мА

Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать

Батарейка CR2032 дала стабильное выходное напряжение преобразователя при токе 10мА и длительности 5 сек, что, впрочем, оказалось вполне достаточным для моих задач

Из 5-ти вольтовой версии стабилизатора удалось «выжать» стабильное рабочее напряжение при питании от 1хАА — 30мА и 2хАА — 100мА. Потом выходное напряжение опустилось больше декларируемых в даташите 2%

Измерение входного и выходного тока и напряжения показало КПД работы преобразователя.
Так на 3-х вольтовой версии удалось получить КПД при питании от 2-х АА до 70%

При питании от 1-й АА КПД получился немного пониже

Тестируя 5-вольтовую микросхему попробовал заменить катушку с 22мкГн на 47мкГн и получил КПД практически до 80%

Жалко, катушки большей индуктивности под рукой не нашлось. Как приедут, попробую выжать из преобразователей немного больше.

Измерение выходных пульсаций показало следующее

При установленной выходной емкости 100мкФ пульсация выходного напряжения не превышает 5%


Тестирование в холостом режиме дало довольно хорошие результаты:

Питание от 2-х АА или CR2032
  • Выходное 3В — холостой ток 10мкА
  • Выходное 5В — холостой ток 25мкА
Питание от 1-й АА
  • Выходное 3В — холостой ток 20мкА
  • Выходное 5В — холостой ток 50мкА

Результаты тестирования

Параметры преобразователей BL8530 вполне близки к даташиту. Подбором дополнительных компонентов — диода, конденсаторов и индуктивности, видимо, можно достичь еще большего приближения.
Меня же вполне устроил достигнутый результат — он полностью соответствует моей задаче.
Не подвел самый главный показатель — ток холостого режима, делающий вполне доступной питание микроконтроллера от одной батарейки, при условии что тот большую часть времени «спит».

Практическое применение


Я собрал несколько автономных сенсоров контроля влажности почвы растений с батарейным питанием на контролере ATMEGA328 и радиомодулях 433МГц
Питание от 1-й АА в корпусе от коробочки 4xАА

От CR2032 пока без корпуса

И в симпатичных корпусах 4xAAA и питанием от одной ААА


В спящем режиме такие модули вместе с преобразователем потребляют 20мкА от 3-х вольтовой CR2032 и 40мкА от 1.5В. В активном режиме длительность. около 1сек (время измерения и передачи всех параметров) — около 10мА. Расчетное время работы от батарейки от 4-х месяцев до 1 года. (Зависит от периодов между измерениями)
Пока около месяца — полет нормальный


Подробнее об этом проекте с шлюзом на ESP8266 можно прочитать здесь . Там же можно взять исходники.
Сейчас едут разные катушки и ATTINY85 и ATTINY24A (минимально удалось ужать код только до них), а также более миниатюрные платы передатчиков с антеннами для новой версии сенсоров. По ним планируется отдельный обзор.

Нарисовалась правда одна проблемка по данной схеме. При попытки завести входное напряжение (плюс батарейки) на вход АЦП микроконтроллера через резистор 20кОм ток холостого хода всей схемы не падает ниже 5мА, несмотря на отключение всех портов в режиме сна. Пришлось мерить VCC контроллера, которое становится нестабильным, когда батарейке уже совсем хана. Может быть на АЦП плюсовой вывод батарейки через диод заводить или еще как то?

Все платы прошли ОТК ;)
Планирую купить +85 Добавить в избранное +90 +175
свернуть развернуть
Комментарии (51)
RSS
+
avatar
  • yazha
  • 05 июля 2016, 08:18
-1
Mысли вслух, а если взять микро на 6 вольт, умощнить транзистором, то получится прекрасный зарядник на 5 вольт?
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 08:24
0
А чем его питать?
При выходном токе 1А, входной будет больше 3А. (Если 1.5В) Для батарейки это многовато.
Хотя «высасыватели батарейки в телефон» на чем то подобном и работают.
+
avatar
  • yazha
  • 05 июля 2016, 09:09
-1
Da я все о литии, высокотоковая завалялась…
+
avatar
0
а смысл в этом какой? )
+
avatar
  • trex
  • 05 июля 2016, 08:48
0
Индуктивность на 10-100мкА
Конечно «очепятка», за обзор плюс. Единственно, хотелось бы наборчика «Каждой твари по паре», то есть штук по 10 каждого вида.
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 09:00
0
Бывет ))) Поправил.
Есть лоты по 10шт. Немого дороже получается, но на попробовать хватит.
Еще видел лот на 20шт, где тип указывать нужно.
Можно попробовать договориться с продавцом, чтобы разные положил
+
avatar
0
Может попробовать не просто через резистор, а через делитель из 2 резюков( номинал поболе, чтоб не жрало). Ждем других мнений…
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 09:02
0
Отключенный АЦП может быть на минус сажается?
Тогда все что через резюк течет — в утечку и попадает. Причем не через преобразователь, Ю а напрямую с батареи
+
avatar
  • voffk
  • 07 июля 2016, 14:19
0
повторитель на операционнике сделать, не?
+
avatar
0
Согласен. Я делитель собирал из мегаомника к батарее и стокилоомника на землю. Измерял напряжение с использованием встроенного ИОН контроллера. При таких номиналах даже если отключенный АЦП на минус сажается, ток мизерный.
+
avatar
  • spc
  • 05 июля 2016, 09:05
0
Дилетантская версия: а что если используемый вход АЦП (это же один из аналоговых, да?) на время сна переводить в OUTPUT, HIGH? Тогда, может, и ток в цепи не будет течь?
+
avatar
  • ewavr
  • 05 июля 2016, 09:22
+2
Тогда на нем будет питание контроллера, а на другом конце резистора будет напряжение батареи — ток будет течь.
+
avatar
+1
Не рекламы ради.
Кому необходимы уже готовые сборки:
aliexpress.com/item/8-pcs-Ultra-small-DC-DC-0-8-3-3V-to-DC-3-3V-Step-UP/32268496143.html
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 09:34
0
Цена только больше $1 за штуку
+
avatar
0
так может Вы дешевле встречали?)
+
avatar
  • Serg32
  • 05 июля 2016, 09:26
0
Заказал аналогичных преобразователей, хочу попробовать встроить в тестер.
+
avatar
0
в какой именно тестер и зачем?)
+
avatar
  • LynXzp
  • 10 июля 2016, 12:15
0
Например чтобы вместо хААА поставить один завалявшийся литий.
+
avatar
  • ewavr
  • 05 июля 2016, 09:32
0
несмотря на отключение всех портов в режиме сна.

Цифровой входной буфер тоже отключали? А то даташит рекомендует:

For analog input pins, the digital input buffer should be disabled at all times. An analog signal level close to VCC/2 on an input pin can cause significant current even in active mode. Digital input buffers can be disabled by writing to the Digital Input Disable Registers (DIDR1 and DIDR0).
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 09:38
0
Меня другое волнует.
У AVR-ок входы/выходы ведь в высокоимпендансное состояние не переводятся?
Подцепишь к земле — ток на землю уходит
Подцепишь к плюсу, паразитная связь между входом и выходом возникает.
+
avatar
  • ewavr
  • 05 июля 2016, 09:51
+3
Переводятся. Если ножка запрограммирована на вход и pull-up резистор отключен — вход высокоимпедансный.
Но есть еще одна хитрость — если не отключить цифровой _входной_ буфер, как указано выше в цитате, при напряжении на входе, близком к половине питания, то контроллер будет жрать некоторый ток. И именно по цепям питания, а не от входного сигнала! Это происходит потому, что входной цифровой буфер работает в несвойственном ему аналоговом режиме, и оба транзистора в пушпульной схемы приоткрыты.
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 11:42
0
Спасибо. Поэкспереминтирую.
+
avatar
  • BigW
  • 05 июля 2016, 20:23
0
По поводу режима сна гляньте:
we.easyelectronics.ru/upgrade-repair/dorabotka-podsvetki-chasov---avtovklyuchenie-svetodioda-na-avr-attiny10-po-osveschennosti-s-regulirovkoy.html
-http://we.easyelectronics.ru/AVR/avr-power-management-ili-kak-pravilno-spat.html
По поводу 5ма- может быть есть смысл поставить MOSFET в режиме диода перед сопротивлением (есть предположение что ток идет не от батареи а к батарее из порта, т.е. контроллер разряжает батарею паразитно заряжая её от порта)
ну и увы, если надо чрезвычайно низкое энергопотребление — вам к stm… правда stm8 как не было нормальной (для меня) IDE так и нет… К студии быстро привыкаешь…
+
avatar
0
за обзор конечно же +++

а готовых таких девайсов нет в продаже? готовое обычно стоит не намного дороже микросхем))
а то чем дальше живёшь — тем быстрее время в пустую улетает((

UPD: урлу за 8,39$ выше видел;)
разница конечно очень ощутима в отличии от 3х кратной разницы на том же 4056((
+
avatar
  • ploop
  • 05 июля 2016, 10:29
0
Четь выше ссылку дали.
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 11:44
+1
По ссылке выше непонятно что за сборки стоят. Ток до 400мА, частота 150кГц. Мне кажется там что-то другое, так что непонятно, какие остальные характеристики
+
avatar
0
ТС — Вы упомянули, что в ожидании электролитов и катушки smd…
при этом для опытов всё-таки собрали всё в кучу…
электролиты тоже будут smd(именно поэтому их там упомянули видимо) или только катушка?
в общем хотелось, чтобы Вы так же поделились урлой на катушки…
а так же в принипе и на конденсаторы, если их качество ранее уже было проверено)
+
avatar
0
Расскажите пожалуйста про антенку на передатчике. Как ее правильно сделать?
Делал ДУ для игрушки на таком модуле и не получилось сделать компактную антену с нормальной дальностью (правда питание у меня 3 вольта, но мне дадо всего метров 5)
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 11:49
0
Ну конструкций много, а эффективность у них мне не нравится.
Делал и просто проволокой с 1/4 и 1/2 длины волны. И крученые.
Видимо, 433МГц — достаточно высокая частота, чтобы антеннки самодельные были хорошими.
Поэтому я заказал такие
world.taobao.com/item/15919781927.htm
к таким передатчикам
world.taobao.com/item/529591644629.htm
+
avatar
+2
На высоких частотах целесообразнее керамические конденсаторы, во всех смыслах. Y5V нежелательно, X7R оверкилл, X5R примерно то же чуть дешевле. Иначе смысл рисовать пульсации для галочки.
Индуктивность с аксиальными выводами плохая, не помню чем.
Необходимая и достаточная информация — название детали, остальное шелуха для желающих. Поэтому в заголовок вынесено что угодно, кроме.

А так всё оно одинаковые яйцы, только с боков разные.

***
Пригляделся: экономя центы за микросхему, доплачиваем их же за большой конденсатор и ухудшаем массогабарит.
Халява…
+
avatar
0
Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать
Получается от одной аа выходит лишь до 40мА?
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 14:58
0
При токе 40мА, мой ААА аккумулятор дает меньше 0.8В. Пэтому и на выходе так. Я думаю, что с батарейкой будет получше
+
avatar
0
Понятно, собственно если статья — обзор преобразователя, то узнать реальный максимальный ток от 1,5В и потери весьма интересно.
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 17:41
+2
Подключил к преобразователю БП
Выставил на 1.5В
Максимальный ток на выходе 100мА при входном 320мА, затем напряжение на выходе начинает проседать

Может быть с другим дросселем получилось бы получше
+
avatar
  • ewavr
  • 05 июля 2016, 18:16
0
А какое у дросселя сопротивление?
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 18:42
0
0.7 Ом
+
avatar
0
Много же очень… Нет? Ну, тонкий провод, все дела… эх
+
avatar
  • sav13
  • 09 июля 2016, 19:56
0
Много для чего?
Для 100мА не много. И даже для 200мА не слишком
+
avatar
0
Эх, ну ладно.

Интересно, а никто не встречал дешёвых, весёлых, приятных DC-DC с MPPT?
MPPT
Вроде как всю аналитическую логику не так уж дорого должно бы быть реализовать, да и обвязки не так уж много лишней потребовалось. Ан-нет, почему-то не делають… :( Патенты что ли мешают? Китайцам? :) Ахах :D
Ну или я пока не видел.
+
avatar
  • aaan73
  • 11 июля 2016, 00:07
0
Этот дроссель вообще-то не для преобразователей, а для фильтров. На колечке мелком уж лучше бы самодельный накрутили…
+
avatar
0
полистал Ваш сайт, почитал инфу по азам ардуины и 8266, вечером пойдёт и избранное, спасибо ;)
+
avatar
  • Z2K
  • 05 июля 2016, 15:51
+2
Предлагаю повернуть платку так, чтобы антенна была на противоположной от аку стороне. Расположение антенны вплотную и впараллель к аку наверное здорово экранирует выходное ЭМИ.
+
avatar
  • sav13
  • 05 июля 2016, 16:50
0
Да я уже всяко пробовал.
Сейчас у меня антенны наружу торчат.
Вот приедут платки STX822 с покупными антеннками. Может быть получше будут
+
avatar
  • olegue
  • 05 июля 2016, 20:09
+2
Уже второй толковый обзор про эти повышайки. Плюсую. Все разжевано по полочкам.
+
avatar
0
В качестве «высасывателя» использовал QX5252, но этот в обзоре мне больше понравился, надо попробовать. Спасибо.
+
avatar
  • aaan73
  • 12 августа 2016, 22:15
0
С реализацией питания и получения данных — отлично. Компактненько так получилось. А вот датчик выбросить и забыть. Вот хороший вариант tehnovilla.sv19.com/?views=Sensor555. А вообще тема по датчикам — forum.homecitrus.ru/topic/8535-samodelnyj-datchik-vlazhnosti-pochvy/page-45. Там как раз с ними разбираются.
+
avatar
  • sav13
  • 13 августа 2016, 07:02
0
Я тоже решил на емкостные переходить.
Только сенсор другой конструкции и залитый краской

А вот генератор делать на 555 да еще и с довольно большим потреблением не вижу смысла, если в распоряжении целый контроллер.
+
avatar
  • aaan73
  • 14 августа 2016, 11:15
+1
Краской плохо. Ну разве что нитрокраской. Влажность то ого-го… Я маской паяльной заливал. Контроллер будет работать только на датчик? Частоты измерения должны быть мегагерцовыми. В промышленных датчиках почвы вообще 80Мгц. Контроллер в системе всё равно будет как ни крути, что спокойно дает возможность измерять в нужные периоды, а потом отключать датчик. А вот детектор из датчика можно убрать и замерять частоту контроллером.У Вашего сенсора собственная емкость будет великовата по моему. Нужно зазоры больше делать.Я пока с таким экспериментирую — и и в почву легко запихивается. Потом мелкая тинька будет прямо на датчике сидеть.
+
avatar
  • sav13
  • 14 августа 2016, 11:48
0
Заливать планирую автомобильной краской или лаком из баллончика. Они достаточно стойкие к коррозии.
Измерение емкости на микроконтроллере можно организовать другим способом — измеряется время зарядки емкости, какой является данный датчик. Я так делал сенсорный выключатель.
Просто поставил цель — сделать весь сенсор как можно проще и дешевле — их мне довольно много нужно дома
А какой диапазон емкости у вас получается примерно?
Я то рассуждал — чем больше емкость, тем ниже частоты и больше тайминги, тем проще/точнее с ней работать.
+
avatar
  • aaan73
  • 14 августа 2016, 13:47
0
Время заряда хорошо для ПОСТОЯННОГО тока. А в земле лучше работать на переменном высокой частоты, не помню на каком форуме обсуждали эту тему, слишком неоднородная обкладка эквивалентного конденсатора получается. И показания датчика от типа почвы сильно зависят как и от прилегания к ней. Емкость датчика не измерял — меня частота больше интересовала. Пока отложил эксперименты — времени нет. Но хотел сделать несколько датчиков разного размера и посмотреть как будут работать. Ребята вообще изолированные штыри применяют. Но у них свои проблемы.

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.