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12/04/2016 #1


¿Que LDO usar?
Muy buenas, después de un tiempo investigando sobre un proyecto en mente, me he encontrado la necesidad de bajar 6.6v procedentes de dos super condensadores en serie a 3.3v.

Esto no sería ningún problema si no fuese que necesito consumir la mínima potencia tanto en estado activo (15ma) como en estado de standby (unos pocos micro amperios).

He mirado los LDO y he encontrado algunos con poca iq (quiescent current, que no se como se dirá en español). Serían perfectos, el problema es que no sé cómo se comportan este tipo de reguladores cuando la corriente es de apenas unos micro amperios y temo que pasen a consumir mucho o a tener una pésima eficiencia.

Buscaría algún LDO que me sirviese para lo antes mencionado, que trabaje bien a poca potencia, ¿alguna idea?

Muchísimas gracias de antemano
12/04/2016 #2

Avatar de Daniel Meza

Hola,pero has olvidado especificar que tensión a la salida del LDO necesitas.
12/04/2016 #3

Avatar de Ardogan

Que tal estos de Iq = 500nA?:
http://www.ti.com/product/tps782

Ahora.... ¿los supercaps no tienen una corriente de auto-descarga relativamente grande?, cuidado de no elegir un regulador de super baja Iq para después usarlo con un supercap de 100uA de pérdida o autodescarga (leakage).
13/04/2016 #4


Respecto a la tensión de salida, un valor entre 3.3v y 3.5v es lo que busco.

Y sobre lo del leakage, he estado buscando en hojas de datos del condensador en cuestión (XH414HG IV01E) y he encontrado valor para "resistor leakage" y unos gráficos sobre "capacity retention rate %" que no se interpretar ni si tienen mucho que ver.

Es un condensador orientado a relojes (o eso creo), me imagino que se intenta usar como repuesto a batería, si esto es así no debería tener mucha autodescarga.

Pd: el tps782 tiene muy buena pinta
13/04/2016 #5

Avatar de Ardogan

GatoXMiau dijo: Ver Mensaje
...
Y sobre lo del leakage, he estado buscando en hojas de datos del condensador en cuestión (XH414HG IV01E) y he encontrado valor para "resistor leakage" y unos gráficos sobre "capacity retention rate %" que no se interpretar ni si tienen mucho que ver.
...
Ah!!!, es un supercap chiquito, puede ser entonces que la auto descarga sea pequeña.

Mmmmm, C = 0.08F, y tu aplicación tiene una corriente en modo activo de 15 mA. Cierto, eran dos caps en serie..., es decir que C = 0,04F (la mitad).

A ver las cuentas:
Para el capacitor: q = C *V
deltaQ = C * deltaV

deltaV = Vmax - Vmin
Vmin: tensión mínima tu circuito puede operar, supongamos que opera hasta 2.7V
Vmax = carga inicial de los 2 supercaps en serie = 6.6V
deltaV = 6.6 - 2.7 = 3.9V

deltaQ = 0.04F * 3.9V = 0.156 coul

Si tu corriente activa es de 15mA
I = deltaQ/T -> T = deltaQ/I = 0.156 / 0.015 = 10.4 s

Es decir que con los supercaps a plena carga le podés sacar máximo 10 segundos de modo activo.

Lo que quiero decir es: no se puede bajar esa corriente de modo activo?. Si es un micro tratá de usar uno de bajo consumo si es que tenés la posibilidad de elegirlo.
De todas formas va a depender del ciclo del trabajo del micro, si estás activo 10% del tiempo va a durar poquito (algún que otro minuto); si estás activo 1% del tiempo pasamos a las decenas de minutos; y si por ejemplo está activo 4 veces al día durante 1 segundo porque es un micro que se despierta mide algo, guarda un dato y se va a dormir, entonces ya es otro cantar:
4 * 1 s/ (24 h * 60 min/h * 60s/min ) = 4*1/86400 -> 0.0046 %, duraría unas 60 horas (despreciando todas las pérdidas y suponiendo que no consume nada en modo reposo)
13/04/2016 #6


Ardogan dijo: Ver Mensaje
Ah!!!, es un supercap chiquito, puede ser entonces que la auto descarga sea pequeña.

Mmmmm, C = 0.08F, y tu aplicación tiene una corriente en modo activo de 15 mA. Cierto, eran dos caps en serie..., es decir que C = 0,04F (la mitad).

A ver las cuentas:
Para el capacitor: q = C *V
deltaQ = C * deltaV

deltaV = Vmax - Vmin
Vmin: tensión mínima tu circuito puede operar, supongamos que opera hasta 2.7V
Vmax = carga inicial de los 2 supercaps en serie = 6.6V
deltaV = 6.6 - 2.7 = 3.9V

deltaQ = 0.04F * 3.9V = 0.156 coul

Si tu corriente activa es de 15mA
I = deltaQ/T -> T = deltaQ/I = 0.156 / 0.015 = 10.4 s

Es decir que con los supercaps a plena carga le podés sacar máximo 10 segundos de modo activo...
Wow, estaba muy necesitado de esos cálculos en limpio jajajja. Sobre el micro, se trata de un attiny10 que me figuro que conseguiré poco consumo en estado dormido. Al modo activo le veo unos 10 segundos al día, lo que veo difícil.

Pensé en utilizar una batería de ese tamaño (también de seiko) pero tengo entendido que pedirle 15 mA a una batería así es una locura.

Tengo entonces entendido que si mi micro consume 50 micro amperios, el ldo tendrá una buena eficiencia.
13/04/2016 #7

Avatar de Daniel Meza

Entendí mal por esta frase:
[quotedos super condensadores en serie a 3.3v.][/quote]

Ahora, ¿es un sistema aislado?, para esa corriente no le veo mucho problema a usar un par de baterías AA salvo el tamaño.

O si en tal caso que exista la forma de que el circuito se conecte a la toma de energía aunque sea una vez al día.
13/04/2016 #8


Daniel Meza dijo: Ver Mensaje

Ahora, ¿es un sistema aislado?, para esa corriente no le veo mucho problema a usar un par de baterías AA salvo el tamaño.

O si en tal caso que exista la forma de que el circuito se conecte a la toma de energía aunque sea una vez al día.
Se trata de minituarizarlo al máximo y no, no se trata de un sistema aislado, tendrá base de carga además, tengo que investigar cual es la corriente máxima de carga de estos condensadores

El sistema funciona con 3.3v (por los leds), ¿serían dos condensadores en serie la forma más optima de alimentarlo?
13/04/2016 #9

Avatar de Ardogan

GatoXMiau dijo: Ver Mensaje
Pensé en utilizar una batería de ese tamaño (también de seiko) pero tengo entendido que pedirle 15 mA a una batería así es una locura.

Tengo entonces entendido que si mi micro consume 50 micro amperios, el ldo tendrá una buena eficiencia.
A ver... evidentemente hay otros consumos aparte del attiny porque este requiere 200uA/Mhz, digamos que lo haces funcionar a 8 MHz -> 1.6mA.
Viendo la tabla de la página 163 del pdf( http://www.atmel.com/Images/Atmel-81..._Datasheet.pdf ): 0.8 a 1.2 mA para 4MHz @ 3V.

En el circuito algo hay que consume 10 veces eso (de donde vienen los 15mA?).
Por otra parte, en tema de bajo consumo todo tiene que ver con todo, va a depender mucho de que es lo que hace el programa, que elementos hay en el circuito (por ejemplo, capacitor electrolítico de aluminio tiene pérdidas enorme, evitarlos para bajo consumo); entonces para bajar esa figura es necesario saber detalladamente de que se trata tu aplicación, como pensás hacer funcionar las cosas, etc.

Pero, como regla general, bajando la tensión de operación el micro va a consumir menos y mayor vida útil de batería/supercap. Si podés hacerlo funcionar a 1.8V mejor, pero no sé que otros elementos hay en tu circuito, quizás hay algo que fija un piso de 3.3V; de ahí la dificultad de aconsejar sin saber el detalle.

Pasemos al tema de la batería: supongo que estás hablando de alguna pila botón más o menos estandar tipo cr2032 o más chica...
A una pila botón le podés pedir 15mA, el tema es la resistencia interna es alta, a mayor corriente mayor caída de tensión, por lo tanto la pila que da 3V cuando tu equipo está en standby, te puede dar 2.4V cuando está entregando 15 mA.
Hay mucha literatura sobre pilas botón, perfil de consumo, etc. Buscá coin cell current consumption y vas a tener un montón de literatura. Ejemplo:
http://www.ti.com/lit/wp/swra349/swra349.pdf
https://www.dmcinfo.com/Portals/0/Bl...20capacity.pdf

Se puede usar una pila botón para un consumo pulsante de decenas de mA?, sí. De hecho hay varios kits de desarrollo para bluetooth 4.0 smart (BLE) que vienen con pila botón, y funcionan.
/////////////////////////////////////////////////
En cuanto a la eficiencia del LDO: el LDO sirve si por ejemplo tenés una batería Li-ion (3.7V nominal) para tener una tensión de 3.3V a la salida.
Pero si hay una tensión de entrada de 6.6V (los 2 supercaps en serie), entonces usar un LDO no es nada eficiente, porque estás trabajando con una eficiencia del 50..70%:
potencia salida supercaps = corriente * tensión promedio
tensión promedio ~ (6.6V + 3.3V)/2 ~ 5V -> nota, acá el regulador opera regulando, tensión de entrada menor a 3V3 el tps782 actúa como un switch mosfet de lado alto, no lo consideremos por ahora.
potencia entrada regulador = 15mA * 5V = 75 mW
potencia salida regulador = 15mA * 3.3V ~ 50 mW
eficiencia = 50/75 -> 66%
La 3ra parte aprox se emplea como estufa

Alternativa? usar un convertidor buck o step-down (switching) con una eficiencia alta (>90%) que esté preparado para tener un modo de bajo consumo (normalmente los step-down viejos consumían mucho para bajo consumo, pero ahora es otro cantar), ejemplo:
http://www.ti.com/product/tps62740/description

Perdón si menciono solo cosas de Texas, es que ultimamente estoy usando productos de ellos así que me acuerdo mejor de que es lo que tienen. La idea es mostrar que hay convertidores step-down que pueden dar corriente de sleep con buena eficiencia.

Ahora... cuando conviene un LDO, como dije antes, si tu batería tiene una tensión nominal de 3.7V y precisas 3.3V, un LDO viene bien porque la eficiencia sería (muy aproximadamente): 3.3/3.7 -> 89%

Por último me queda la duda, ¿de donde salen los 15mA de consumo?.

Saludos
13/04/2016 #10


Ardogan dijo: Ver Mensaje
...En el circuito algo hay que consume 10 veces eso (de donde vienen los 15mA?)...
Eso venía de una estimación del uso de 6 leds más el micro (pensaba que el attiny consumía más), pero al distribuirlos a lo charlieplexing la intensidad baja a 20ma/6 (3.3mA) de modo que genial. Estos leds tiran de 3.2v aprox a si que ahí tengo el corte. Me metí de lleno en los LDO más que nada por el consumo en stand by que es lo que más me preocupa, pero ahora que has dicho lo de los bucks, los miraré a fondo

Trato de hacer un anillo (6mm de ancho x 3mm de grosor) reloj con leds en binario a si que mis opciones están completamente limitadas al tamaño.

Sobre el uso de baterías, encontré un modelo el cual no recuerdo, que media 4.8mm, 1mah pero ponía que la corriente nominal era de 0.1mA, lo que me asustó ya que lo mismo me la cargaba
13/04/2016 #11

Avatar de Ardogan

GatoXMiau dijo: Ver Mensaje
Eso venía de una estimación del uso de 6 leds más el micro (pensaba que el attiny consumía más), pero al distribuirlos a lo charlieplexing la intensidad baja a 20ma/6 (3.3mA) de modo que genial. Estos leds tiran de 3.2v aprox a si que ahí tengo el corte. Me metí de lleno en los LDO más que nada por el consumo en stand by que es lo que más me preocupa, pero ahora que has dicho lo de los bucks, los miraré a fondo

Trato de hacer un anillo (6mm de ancho x 3mm de grosor) reloj con leds en binario a si que mis opciones están completamente limitadas al tamaño.

Sobre el uso de baterías, encontré un modelo el cual no recuerdo, que media 4.8mm, 1mah pero ponía que la corriente nominal era de 0.1mA, lo que me asustó ya que lo mismo me la cargaba
Aaaaahhhh, ahora sí tenemos un panorama.
Ok, entonces la tensión viene dada por los leds, bien. 3.2V... algún led azul/blanco por ahí?, porque los rojo/verde con 2V y un poquito pueden andar.
Bien hacer charlieplexing (básicamente es un pwm, lo que baja la intensidad cierto?).
Querés que el reloj sea visible siempre?, se podría hacer que el reloj encienda los leds solo cuando quieras ver la hora y después se apaga. Cómo hacer que se encienda ya es otro tema...
El tamaño de los leds?, usas SMD? (0603, más chico?)
Siendo que al tratarse de un reloj, y que además es un anillo, conviene usar leds que no tenga un ángulo de visión muy amplio, porque el usuario va a orientar el anillo a sus ojos, y no tiene sentido perder energía en
iluminar otra cosa que no sea los ojos de la persona.
La intensidad luminosa... estas haciendo charlieplexing lo que baja la intensidad, pero si querés que algo sea visible con luz de día no podés jugar mucho con eso. Podemos suponer que si está expuesto al sol la persona puede hacer sombra con su cuerpo para ver el reloj. Pero tendrías que fijar un nivel de mCd (milicandelas) requerido, que con eso + consumo + tamaño + angulo visión + otros (color, eficiencia) vas a elegir los leds, si es que no lo hiciste ya.

Baterías:
Espacio para batería: entonces podemos contar con 6mm x 2mm para la batería?. Supongamos que sí (veo que pusiste uno menor arriba, pero para fijar valores máximos), ahí va una búsqueda en DigiKey para ver lo que existe (recargable), pero para ese tamaño y recargable no pasás de 5mAh (todo 3V).
No recargables para ese tamaño aprox
son de 1.4V, pero capacidad de 90mAh (bastante, no deben ser baratas). El equivalente sería a 3V 40mAh aprox. Pero elevar la tensión es un problema mayor que bajarla.

///////////////////////////////////

La elección de los leds va a ser crucial para tu aplicación, mientras más específico más caro va a ser, mientras más chico más difícil de realizar, tendrás que hacer tu propio análisis de acuerdo a tus habilidades de manufactura, componentes disponibles para elegir, presupuesto y tiempo.

Si usas una batería de 3V ni siquiera hace falta un LDO, se puede enchufar directo al circuito, que el micro monitoree la tensión de batería y ajusta el ciclo de trabajo pwm para los leds en forma acorde...
Aunque no se puede prescindir de un capacitor que ayude a estabilizar la tensión (sobre todo por el pwm)...

Bueno, mejor dejo de complicarla, ya te dí bastante para pensar
Me dan un problema y te devuelvo 10, jajaja.
13/04/2016 #12


Ardogan dijo: Ver Mensaje
Aaaaahhhh, ahora sí tenemos un panorama.
Ok, entonces la tensión viene dada por los leds, bien. 3.2V... algún led azul/blanco por ahí?, porque los rojo/verde con 2V y un poquito pueden andar.
Bien hacer charlieplexing (básicamente es un pwm, lo que baja la intensidad cierto?).
Querés que el reloj sea visible siempre?, se podría hacer que el reloj encienda los leds solo cuando quieras ver la hora y después se apaga. Cómo hacer que se encienda ya es otro tema...
El tamaño de los leds?, usas SMD? (0603, más chico?)
Siendo que al tratarse de un reloj, y que además es un anillo, conviene usar leds que no tenga un ángulo de visión muy amplio, porque el usuario va a orientar el anillo a sus ojos, y no tiene sentido perder energía en
iluminar otra cosa que no sea los ojos de la persona.
La intensidad luminosa... estas haciendo charlieplexing lo que baja la intensidad, pero si querés que algo sea visible con luz de día no podés jugar mucho con eso. Podemos suponer que si está expuesto al sol la persona puede hacer sombra con su cuerpo para ver el reloj. Pero tendrías que fijar un nivel de mCd (milicandelas) requerido, que con eso + consumo + tamaño + angulo visión + otros (color, eficiencia) vas a elegir los leds, si es que no lo hiciste ya.

Baterías:
Espacio para batería: entonces podemos contar con 6mm x 2mm para la batería?. Supongamos que sí (veo que pusiste uno menor arriba, pero para fijar valores máximos), ahí va una búsqueda en DigiKey para ver lo que existe (recargable), pero para ese tamaño y recargable no pasás de 5mAh (todo 3V).
No recargables para ese tamaño aprox
son de 1.4V, pero capacidad de 90mAh (bastante, no deben ser baratas). El equivalente sería a 3V 40mAh aprox. Pero elevar la tensión es un problema mayor que bajarla.

///////////////////////////////////

La elección de los leds va a ser crucial para tu aplicación, mientras más específico más caro va a ser, mientras más chico más difícil de realizar, tendrás que hacer tu propio análisis de acuerdo a tus habilidades de manufactura, componentes disponibles para elegir, presupuesto y tiempo.

Si usas una batería de 3V ni siquiera hace falta un LDO, se puede enchufar directo al circuito, que el micro monitoree la tensión de batería y ajusta el ciclo de trabajo pwm para los leds en forma acorde...
Aunque no se puede prescindir de un capacitor que ayude a estabilizar la tensión (sobre todo por el pwm)...

Bueno, mejor dejo de complicarla, ya te dí bastante para pensar
Me dan un problema y te devuelvo 10, jajaja.
Has dado en el clavo, tengo pensado en utilizar leds 0603 azules, pero los rojos son mucho más sencillos de acoplarlos a si que lo mismo tiro hacia ellos. Se va a encender a través de un sensor capacitivo y durará unos 2 seg por cada vez que se ilumine.

Me has iluminado con lo de monitorear la tensión con el micro, mi problema era que los leds se iban a atenuar a lo largo de el día por culpa de la caída de voltaje del condensador, pero ¿ajustar el pwm frente a este voltaje? ¡Me quita de la necesidad de reguladores! ¿Cual sería la forma para hacerlo?

En lo que a tamaño refiere, por motivos estéticos prefiero las baterías de 4.8mm lo que pasa es que estas no creo que puedan suministrar la suficiente intensidad para prender un led
14/04/2016 #13

Avatar de Ardogan

GatoXMiau dijo: Ver Mensaje
Has dado en el clavo, tengo pensado en utilizar leds 0603 azules, pero los rojos son mucho más sencillos de acoplarlos a si que lo mismo tiro hacia ellos. Se va a encender a través de un sensor capacitivo y durará unos 2 seg por cada vez que se ilumine.

...
En lo que a tamaño refiere, por motivos estéticos prefiero las baterías de 4.8mm lo que pasa es que estas no creo que puedan suministrar la suficiente intensidad para prender un led
Coincido, con una pila botón tan chica no nos va durar nada esto... una cosa es sacarle unas decenas de mA por tiempos breves a una cr2032, pero a una pila tan pequeña sacarle lo mismo... lo veo difícil.
Para peor las notas de pilas botón con carga pulsante que puse más arriba es para corrientes pico que duran unas decenas de milisegundos, en el caso de los leds estos duran encendidos un par de segundos.
Está complicado el asunto.

Con una litio ion/polimero la corriente no es problema, pero lo más chico que veo es esto:
http://www.all-battery.com/tenergy3....y-30544-0.aspx
que es de 10x10mm
Este hizo unos aros grandotes (que casualidad, también 6 leds):
http://ch00ftech.com/2013/10/08/light-up-earrings/

GatoXMiau dijo: Ver Mensaje
Me has iluminado con lo de monitorear la tensión con el micro, mi problema era que los leds se iban a atenuar a lo largo de el día por culpa de la caída de voltaje del condensador, pero ¿ajustar el pwm frente a este voltaje? ¡Me quita de la necesidad de reguladores! ¿Cual sería la forma para hacerlo?
Cuando el reloj anillo está encendido, se mide tensión con el attiny.
Si querés que en la patita del micro haya 2.4V de salida promedio, y medís que la tensión de pila/batería es 3.3V, el ciclo de trabajo será 2.4/3.3 = 0.73
Si luego la tensión baja a 2.7V, el nuevo ciclo de trabajo será 2.4/2.7 = 0.88.
Eso sería para cuando el led está encendido, encima de eso estaría la frecuencia (menor) de multiplexado del led.
Alguna capacidad en paralelo con el led podría haber para filtrar la frecuencia del pwm, o quizás confiar en el filtro del ojo humano... se puede experimentar y elegir.
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