배터리 수명 계산에 왜 전압이 나타나지 않습니까?

몇 개의 무선 모듈이있는 PCB가 있습니다. 다양한 상태에서 현재 100µA와 100mA 사이의 모든 곳을 사용합니다. 주어진 연도 동안 각 주에서 소요되는 시간을 계산할 수 있습니다.

내 PCB의 라디오 모듈은 모두 허용되는 입력 전압 범위가 넓습니다. 예를 들어, 메인 프로세서와 Bluetooth 저에너지 모듈은 1.8V ~ 3.6V를 수용합니다. 지금은 스텝 다운 DC-DC 컨버터를 사용하여 3.0V에서 실행 중입니다.

배터리는 18650 리튬 이온입니다 ( 데이터 시트 ).

완전히 충전되면 약 4.3V를 제공합니다. 3.0V로 낮추겠습니다. 배터리의 용량은 3400mAh입니다.

내가 그리는 평균 전류가 400µA라고 가정합니다. 배터리 수명 계산은 다음과 같습니다.

시간 (h) = 용량 (Ah) / 전류 (A)

3.4 Ah / 400 µA = 약 1 년

이제 전력 소비를 줄이려면 가능한 최저 전압에서 회로를 가동해야하므로 DC-DC 컨버터를 변경하고 주 프로세서와 BLE 모듈을 3.0V 대신 1.8V에서 실행하는 것을 고려하고 있습니다 .

내 질문은 : 왜 배터리 수명 계산에서 전압이 어디에도 나타나지 않습니까?

이 방정식은 변환하지 않고 전체 사용 중에 배터리를 출력 전압에서 사용한다고 가정하기 때문에 방정식에 나타나지 않습니다.

스텝 다운 컨버터를 사용하고 있기 때문에 여기에는 해당되지 않습니다. 따라서 올바른 방정식을 작성하려면 다음을 수행하십시오.

• 얻을 Vavgbat을 : 전체 방전 사이클 동안 배터리의 평균 전압 : 그것은 예 : 사용하는 것과 낮은 전류를위한 3.6V 주위의 배터리 데이터 시트 프로그램의 방전 그래프.
• Iavgbat : 전체 사이클 동안 배터리에서 평균적으로 얻는 전류. DC-DC 컨버터의 출력에서 ​​사용하는 전류 가 아닙니다 (즉, 무언가를 놓친 곳이라고 생각합니다). 변환기 출력 전류가 Iout 이면 Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / 효율 ( 효율 은 DC-DC 컨버터의 효율이며 일반적으로 약 80-90 %이며 데이터 시트를 확인하십시오).
• 그런 다음 언급 한 포럼을 적용하십시오 : time = capacity / Iavgbat .

이제 공식에 출력 전압이 표시됩니다.

따라서 용량 = 3.4Ah, Iout = 400µA 및 효율 = 85 %이면 다음과 같습니다.

• 3V 출력의 시간 = 8670 시간 (약 1 년)
• 1.8V 출력의 시간 = 14450 시간 (1 년 반 이상)

한 가지 더 : 많은 시간이 걸리므로 배터리 자체 방전 (또는 누설 전류)을 고려해야한다고 생각합니다. 불행히도, 나는 배터리 데이터 시트에 언급되지 않았습니다.

추가 세부 정보 : Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / 효율 공식은 어디에서 나옵니까 ?

이는 선형 레귤레이터와 달리 DC-DC 컨버터가 입력에서 얻는 전력만큼 (거의) 많은 전력을 출력 할 수 있다는 사실에서 비롯됩니다. 따라서 Pin = Pout / 효율성 . 우리 말하면 핀 = Vavgbat * Iavgbat 및 메기 = VOUT * IOUT을 , 우리는 상기 식을 얻을 수있다.

반대로 선형 레귤레이터를 사용하면 입력 / 출력 전류에 영향을주지 않고 전압이 떨어집니다. 따라서 Iavgbat 는 대기 전류를 고려하지 않은 Iout 과 같 으며 초기 (부정확 한) 가정이었습니다.

내 질문은 왜 배터리 수명 계산에서 전압이 어디에도 나타나지 않습니까?

계산에 한 가지 측면이 없기 때문입니다.

두 종류의 전압 조정기를 사용할 수 있습니다.

• 선형 또는
• 강압 스위치 모드.

이제 선형으로, "너무"많은 충전 당 에너지 (= 물리적 물리적 정의)는 열로 변환되어 손실됩니다.

따라서 선형 레귤레이터로 들어가는 전류는 레귤 레이트 된 출력에 사용되는 전류와 거의 같습니다. 전류는 같지만 전압이 낮기 때문에 레귤레이터로 들어가는 전력이 나오는 것보다 높습니다.

스위치 모드 컨버터를 사용하면 "입력"측의 에너지는 일반적으로 코일 내부의 자기장에 저장됩니다 (그러나 저전력의 경우 저렴하고 작은 스위치 커패시턴스 전압 조정기 IC도 의미가있을 수 있습니다. 전기장 내에 만 저장됩니다).

그리고 나서, 필요한만큼 저장된 에너지로부터 많은 양의 전압이 "생성"된다.

즉 , 레귤레이터로 들어가는 전력 은 (100 %가 아닌 효율을 제외하고) 나오는 파워 와 동일 하다는 것을 의미합니다. 예를 들어 레귤레이터의 전압의 절반이 레귤레이터에서 전류의 절반 만 소비한다는 것을 의미합니다. 그것은 공급한다!

문제는 모든 모듈이 넓은 입력 전압 범위를 지원한다면 모두 통합 된 공급 레귤레이터가 있다는 것입니다. 이제 이것이 선형이라면 스위치 모드 스텝 다운 컨버터를 사용하여 효율성을 높일 수 있습니다. 이러한 모듈에 스위치 모드 전원 공급 장치가 포함 된 경우 자체 레귤레이터를 사용하지 않아야합니다. 레귤레이터의 캐스케이드는 통합 된 것보다 효율이 떨어질 가능성이 큽니다.

컨버터 효율 (또는 100 % 가정)에 관계없이 배터리 전압 은 배터리 의 용량 (mah) 을 계산하는 데 사용됩니다 . 보다 정확하게는 사용 가능한 전압 강하 1.4v ( 4.2v -2.8v)입니다.

특정 용도에서 전압 강하는 1.2v (4.2-3.0)에 불과하며 실제 효율은 90 % 일 수 있으며 둘 다 시간 길이를 줄이는 경향이 있습니다. 그러나 평균 전류는 400uA에 불과하므로 시간이 길어 지므로 약 1 년의 답변이 옳은 것 같습니다.