バッテリー寿命の計算に電圧が表示されないのはなぜですか？

いくつかの無線モジュールを搭載したPCBがあります。さまざまな状態で、現在100 µA〜100 mAの範囲で使用しています。特定の年に各州で費やす時間を計算できます。

私のPCB上の無線モジュールはすべて、広い許容入力電圧範囲を持っています。たとえば、私のメインプロセッサとBluetooth Low Energyモジュールは、1.8V〜3.6Vのすべてを受け入れます。現在、降圧DC-DCコンバーターを使用して3.0Vで実行しています。

バッテリーは18650リチウムイオンです（データシート）。

完全に充電されると、約4.3Vを供給します。3.0Vに下げます。バッテリーの容量は3400 mAhです。

私がそれから引き出している平均電流が400 µAであると仮定します。バッテリー寿命の計算は簡単です：

時間（h）=容量（Ah）/電流（A）

3.4 Ah / 400 µA =約1年

今、消費電力を削減するために、可能な限り低い電圧で回路を実行する必要があることを知っているので、DC-DCコンバータを変更し、メインプロセッサとBLEモジュールを3.0Vではなく1.8Vで実行することを検討しています。

私の質問は次のとおりです。バッテリー寿命の計算で電圧が表示されないのはなぜですか？

この式は、変換せずに全使用中に出力電圧でバッテリーを使用していると想定しているため、式には表示されません。

降圧コンバータを使用しているため、ここではそうではありません。したがって、正しい方程式を作成するには、次のようにします。

• Vavgbatを取得：放電サイクル全体のバッテリーの平均電圧：バッテリーデータシートの放電グラフは、使用する電流などの低電流で約3.6Vであることを示しています。
• Iavgbatを取得します。平均して、サイクル全体でバッテリーから消費する電流です。これは、DC-DCコンバーターの出力で使用する電流ではありません（何かを逃した場所だと思います）。コンバーターの出力電流がIoutであると言う場合、Iavgbat =（Iout * Vout / Vavgbat）/ 効率（効率はDC-DCコンバーターの効率であり、通常約80-90％です。データシートを確認してください）。
• ：あなたは、あなたが言及したforumla適用時間 = 容量 / Iavgbatを。

あなたが持っているので：

これで、式に出力電圧が表示されます。

だから、あれば容量 = 3.4Ah、Ioutは =400μAと効率 = 85％、我々は持っています：

• 時間= 3V出力の場合、8670時間（約1年）
• 1.8V出力の場合、時間= 14450時間（1年半以上）

もう1つ、結果として大きな時間が発生することを考えると、バッテリーの自己放電（または漏れ電流）を考慮する必要があると思いますが、これは重要な場合があります。残念ながら、バッテリーのデータシートには記載されていません。

追加の詳細：Iavgbat =（Iout * Vout / Vavgbat）/ 効率式はどこから来るのですか？

これは、リニアレギュレータとは異なり、DC-DCコンバーターが入力から引き出されるのと同じくらいの電力を（ほぼ）出力できるという事実に基づいています。したがって、Pin = Pout / 効率。Pin = Vavgbat * IavgbatおよびPout = Vout * Ioutと言うと、上記の式を取得できます。

反対に、リニアレギュレータでは、入力/出力電流に影響を与えることなく電圧が低下します。したがって、IavgbatはIout（静止電流を考慮していない）に等しくなり、これは最初の（不正確な）仮定でした。

私の質問は、なぜバッテリー寿命の計算で電圧が機能しないのですか？

あなたの計算には一つの側面が欠けているからです。

2種類の電圧レギュレーターを使用できます。

• 線形または
• 降圧スイッチモード。

現在、線形では、「過剰」な充電あたりのエネルギー（=電圧の物理的定義）は、熱に変換されます（その後失われます）。

したがって、リニアレギュレータに流れる電流は、安定化出力で使用される電流とほぼ同じです。電流は同じですが、電圧は低いため、レギュレータに入力される電力は、レギュレータから出力される電力よりも高くなります。

スイッチモードコンバーターでは、「入力」側からのエネルギーは、通常はコイル内の磁場に保存されます（ただし、低電力の場合、安価で小さなスイッチドキャパシタンスの電圧レギュレータICも意味があります。電界内にのみ保存されます）。

次に、必要なだけのエネルギーが蓄積エネルギーから「生成」されます。

ことを意味することに力レギュレータに行くと同じであるパワーあなたの場合、たとえば、あなたのレギュレータで電圧の半分は、あなたのレギュレータは半分しか電流を消費することを意味します（余談非効率100％から）出てきます、それは供給します！

さて、問題は、すべてのモジュールが広い入力電圧範囲をサポートする場合、すべてのモジュールに電源レギュレータが統合されていることを意味します。これらが線形の場合、スイッチモードの降圧コンバーターを使用して効率を上げるのが正しいでしょう。これらのモジュールにスイッチモード電源が含まれている場合、独自のレギュレーターを使用しないでください。レギュレーターのカスケードは、統合されたレギュレーターよりも効率が低い可能性が非常に高くなります。

コンバーターの効率に関係なく（または100％を仮定）、バッテリーの容量（mah）の計算にバッテリー電圧が使用されています。より正確には、使用可能な電圧降下、1.4v（4.2v -2.8v）。

特定の用途では、電圧降下はわずか1.2v（4.2-3.0）であり、実際の効率は90％である可能性があり、どちらも時間を短縮する傾向があります。ただし、平均電流はわずか400uAであるため、時間が長くなる傾向があるため、約1年という答えは正しいようです。