7805 5 Vレギュレーターは9 Vバッテリーを消耗しますか?


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趣味でDIYをしているので、小さな湿度温度無線センサーを作っています。

AN ATmega328はから読んでいるDHT11センサ、次いでによってラズベリーPiにデータを送信するSTX882の無線送信機。10 µFと100 µFの容量を持つ7805 5 Vレギュレーターを使用した9 Vバッテリーで駆動します。

ATmegaのCコードは湿度と​​温度を読み取り、30分ごとに送信しています。

const unsigned long DELAY = 30*60*1000UL;    // 30 minutes
void loop() {
    delay(DELAY);
    send_data(); // Maybe a little overcomplicated, but I think it is not the point
}

これは魅力のように機能しましたが、バッテリーの寿命が予想外に短いです。まったく新しいものでしたが、少し遅れて散発的なテストを行いましたが、どこからも異常な熱が発生することはありませんでした。

私は満足したとき、30分の遅延を置いてそれをそのままにしました(多分少し危険でしたか?)が、24時間以内にバッテリーは5.4 Vでなくなりました。ただし、30分の遅延は、その寿命のためにほぼ尊重されました。

バッテリーの寿命が短いのは何が原因でしょうか?それは5 Vレギュレータでしょうか?どのようにして長持ちする回路を構築できますか?

PS:私はまだいくつかの図をフリッツしようとしていますが、これは私のような初心者には年齢がかかります...

私は6lp3146ノーブランドアルカリ9 V電池使用明らかにはるかに多くのものを私の回路の使用よりも100ミリアンペアの電流で300〜500ミリアンペアを提供します。

データシートから収集できるすべての情報を以下に示します。

+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
|                 | DHT11       | STX882   | ATmega328 | 7805reg |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Voltage         | 3-5.5 V     | 1.2-6 V  | 2.7-5.5 V |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Active current  | 0.5-2.5 mA  | 34 mA    | 1.5 mA    |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Standby current | 0.1-0.15 mA | <0.01 µA | 1 µA      | 4-8 mA* |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
*"bias current"

私が正しく理解していれば、私のシステムは30分ごとに数秒間アクティブであるため、スタンバイ電流は重要なことであり、実際に7805レギュレータによって駆動されます。

だから、はい、最悪の場合、300 mAhでシステムを40時間だけ存続させることができます。

私のシステムに5 Vをはるかに大きなサイズなしではるかに長い時間供給する方法はありますか?

記録のために、これはLMレギュレータとバックコンバーターに関する非常に優れたビデオです:バックコンバーターとリニア電圧レギュレーター-実用的な比較


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測定の合間にATmegaをスリープさせるには、LowPowerライブラリなどを使用することをお勧めします。
カルシウム3000

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どのくらい短いですか?
Scott Seidman

1
@Jasenこのリンクによると、78L05には3mAのバイアス電流があります。これは低いですが、私の問題を修正するには十分ではありません。
Dan Chaltiel

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LP2950は<140uAです。MCP1703は2uAです。「データシートから収集できるすべての情報は次のとおりです。」-データシートに依存せず、スタンバイ電流を測定します。
Bruce Abbott

4
あなたは完全に9Vバッテリーと結婚していますか?どうして?
ハーパー-モニカを

回答:


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バッテリーの寿命が短いのは何が原因でしょうか?それは5vレギュレータでしょうか?

前述のように、7805の静止電流は約4mAです。バッテリーのデータシートを見つける必要があります(アルカリ電池を使用している場合は、Evereadyには素晴らしいバッテリーデータシートがあります)。たぶん100mAh-100mAh / 4mA = 25時間に過ぎないので、それはあなたに何か言うべきです。

どのようにして長持ちする回路を構築できますか?

7805は古いテクノロジーです。より優れた新しいリニアレギュレータが世に出ています。消費電流が10分の1で、掘り下げがそれより少ないものを簡単に見つけることができるはずです。

さらに低い電力を使用するには、低静止電流用に特別に設計されたバックコンバーターを使用しますが、コンポーネントレベルでボードに設計する準備ができていないと私は思います。仕事をするモジュールがそこにあるかもしれませんが、あなたはそれのために買い物をする必要があります。TIにはいくつかの降圧コンバータモジュールがありますが、最大電流供給と静止電流の両方について、その機能に多くの注意を払う必要があります。

消費電力を抑えるには、回路が静止しているときに回路の電流消費を最小限に抑えるためにできることをすべて実行してください。これには、マイクロプロセッサのスリープ機能の慎重な使用と、ボードへの電力供給方法の管理が必要になります(たとえば、ボードが30分ごとに1回だけオンになる場合は、ラジオと湿度測定器の電源をオフにすることをお勧めします。回路の一部)。

すべての動作モードでの消費電流を測定し、これを使用して全体として最悪の違反者であるモードを特定し、可能であれば、それらのモードでの電流の最小化に集中します。


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30分間静かに座ってから測定を行い、それを送信してから、スリープ状態に戻るもの。したがって、静止電流は無視できません。
TimWescott

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つまり、アイドルモードでは、7805は引き続きロードされるため、それ自体の静止電流だけでなく、非効率的な方法で一部の負荷電流も消費します。
Huisman

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私は降圧コンバーターについてググってみました、そして私は実際にこれの準備ができていないと思います!LM2936(15µAの静止電流)で試してみると思いますが、それはあなたにとって良いことでしょうか?アイドリングが非常に興味深いときに他のコンポーネントの電流を回すことも、実装するのに十分簡単かどうかを確認します。
Dan Chaltiel

2
@DanChaltiel「リニアレギュレータの代替品」として販売されている、バックコンバーターを入手できます。これには、インダクターを含む事前に作成されたすべての回路が含まれ、リニアレギュレータを使用する場合とまったく同じように使用されます。自分で作成するほど柔軟ではありませんが、設計プロセスに慣れていない場合や、気にしない場合には、非常に便利な小さなものがあります。
ハース

4
@Michael刻々と変化するこれらの時代に決定的なことを言う前に、簡単なWeb検索を行うことは常に良いことです。非常に最初のヒット、私は「低静止電流降圧コンバータ」の検索に乗った360を持つものを思い付いたNA静止電流。そして、リニアレギュレータを介した9Vから5Vへの変換は、定義上、55%の効率ですが、これは90%の効率です。
TimWescott

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これらの部品はすべて3〜5Vで動作するため、レギュレーターを必要としないバッテリー、16500 Li-ionセル、または3xAAAバッテリーパックは、9Vとほぼ同じサイズで、その範囲の電圧を生成します。(またはLi-poセル)

レギュレータがなければ、マイクロコントローラはシャットダウンする可能性があり、回路には数マイクロアンペアしか必要ありません。


2
または、3つの「D」セルを使用してシーズンごとに変更します... Dセルは、耐久性とコストのスイートスポットです
ハーパー-モニカを

1
@ハーパー:または3x NiMH充電式単三電池。あなたはそれらを一度購入するだけでよく、現代の低自己放電セルは広く入手可能です。この答えを+1:9Vは実際に電圧とバースト電力能力を必要とする煙探知器には良いですが、それを下げる必要がある場合は悪いです。
Peter Cordes

2
リポを慎重に使用して、保護されたセルを取得するか、回路内過放電保護を備えていることを確認してください。少なくとも再び充電できるようにしたい場合は。繰り返しになりますが、低電圧が原因で回路の負荷が切れた場合、それがなくても問題はありません。
ハース

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7805レギュレーターのアイドル電流は約4 mAなので、バッテリーのアンペア時容量で武装し、4 mAの継続的なドレインでどれだけ続くかを計算します。

これが問題であることがわかった場合、静止電流が大幅に低いレギュレータがたくさんあることがわかります。

バッテリーが約7ボルトに低下すると、7805レギュレーターが適切に調整するために2ボルトのヘッドルームが必要であり、およそ6.5ボルトで回路が故障すると推定します(簡単な推測)。

私が今述べたことを考えると、回路が断念する前に、バッテリーの規定容量の50%しか使用できないと推定します。それを覚えておいてください。


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私は同様のセンサーノードを実行しており、より良い結果が得られています。私のセットアップには、いくつかの違いがあります。

  • ミニドローン用に(非常に安価で、対応するUSB​​充電器付きで)最初に販売された充電式1S LiPoバッテリー(公称3.7 V)からµcを直接(レギュレータなしで)実行しています。µcでは、全電圧範囲(4.3 V-3.5 V)が許容されます。1
  • 周辺機器(あなたの場合はセンサーとトランスミッター)に、測定前にオンにして後でオフにすることができるポートピンから電源を供給します。(DHT11の代わりにBME280を使用していますが、消費電力に問題はありません。)
  • 測定値を送信して周辺機器をオフにした後、µcをディープスリープに送信します。2

1私はESP8266をうまく使用していますが、文書化されている絶対最大Vccが3.6であると考えるので、もちろん私はそれをお勧めしません。
2私のESP8266の場合、ディープスリープからの復帰は再起動であるため、コードはの上部で実行を開始setup()しますが、ATmega328ではこれは問題ではありません。


バッテリーのリファレンスを教えていただけませんか。センサー全体にポートピンで電力を供給するのは素晴らしいアイデアです!(µcが処理するには電流が多すぎると思います)。DeepSleep refにも感謝します。これは非常に役立ちます。
Dan Chaltiel

1
@DanChaltiel地元のショッピングプラットフォームで「1S LiPo」を検索すると、このようなもの(4 x 1200 mAh)またはこれ(10000 mAh)が見つかります。
AndreKR

@DanChaltielリンクしたデータシートによると、センサーには2.5 mA、トランスミッターには34 mA、µcには40 mAが必要なので、問題はありません。(そして通常、彼らは短期間にさらに多くを処理することができます。)
AndreKR

バッテリーと直列にダイオードまたは何かを入れて、ほんの数ボルトを落とすことを検討しましたか?それとも、電流が非常に低いので、ダイオードでさえそれほど低下しないのですか?
Peter Cordes

2
I / Oピンを使用して周辺機器(センサーなど)に電力を供給する際に考慮すべき電流とは別の1つ:周辺機器がバスインターフェイスラインなどを介して意図せず電力が供給されていないことを確認します。アップ抵抗。
Michael

4

「ソーラー/バッテリー/インバーターシステムの範囲が狭いのはなぜですか?」とよく似ています。>インバータが常に回転しているため。直接バッテリーで動作するさまざまな負荷を使用し、不要な電圧変換排除します。

あなたはエンジニアリング101を完了し、ビットを一緒に平手打ちしました、そしてそれらは機能します。エンジニアリング202は、それらを有効に利用できるほど効率的に機能させています。


上記のように、インバートをジャンクにする-つまりレギュレーターです。1.5Vバッテリー@ 4.5ボルト3つなど、それを直進できるバッテリーを選択します。(2つは3Vをすぐに下回るので十分ではありません;または多分;試してください!)

より大きなバッテリーについても考えてください-9Vは、特に容量の2/3を捨てる場合、愚かな小容量です!(電子機器には3Vが必要です。9Vを取り、残りを熱として捨てます)。大きく考える-長寿が必要な場合、D細胞はあなたの友達です。

鹿のカメラは通常、Dセルの2つの完全なバンクを備えており、どちらかまたは両方を使用でき、シーズン全体を実行できます。

また、ATMegaのスリープ電流は非常に印象的ですが、STX882とセンサーはそれほどではありません。不要になったときにATMegaで他のデバイスへの電源物理的に遮断する方法を見つけられるかどうかを確認してください。これを行うための最も安価で最も効率的な方法は小さなリレーですが、パワートランジスタでもうまくいくはずです。


最後のトリック。システムの電源がオンになっているデューティサイクルによっては、実行する価値がないかもしれませんが、言及する価値はあります。近年、CPUは5Vから3.3Vになりました。どうして?彼らは電流で動作するので; 最小値を超える電圧は動作を助けず、より多くの熱を放散するだけです。CPUがより強力になるにつれ、熱の問題が制限要因となり、電圧を最低限に下げることで、同じヒートシンクでの冷却とパフォーマンスの向上が可能になりました。同じことがあなたの電子機器にも当てはまります。

許容電圧範囲の上限である5Vで動作することを目指しています。私の3xAA提案では4.5Vにしていますが、リチウム電池や3つのNiCd / NiMH(3.6V)など、さらに低い電池を選択することを検討してください。NiMHはより多くの容量を持っていますが、NiCDは乱用と深い放電に対する本当に驚くべき耐性を持っています。


あなたは完全に正しいです、私は202に向かっています、そしてあなたの答えはこのように非常に有益です。私は常に推奨電圧が5Vであると思っていました。3Vで動作できることは、物事を大幅に簡略化するでしょう。ただ、「ATMegaのスリープ電流は非常に印象的ですが、STX882はそれほどではない」という理由が100倍低いのはなぜですか。
Dan Chaltiel

おっと、私の悪い。
ハーパー-モニカを

近年、CPUは5Vから3.3Vになりました。これは数年前のことです。P最近では、CPUはモボの電圧レギュレータをプログラムして、現在の周波数で可能な最低限の電圧で動作し、バンドギャップよりもやや高くなっています。電力は、CMOSロジックのV ^ 2でスケーリングします(容量性ゲート負荷に電荷をポンピングします)。たとえば、私のデスクトップはターボ対アイドルクロック速度に応じて1.25Vのようなものでi7-6700 Skylake CPUを実行します。
Peter Cordes

IDF2015で、最新の(マイクロコントローラーではなく、ハイエンドのデスクトップ/ラップトップ)CPU電力管理のトレードオフの一部となるSkylake電力管理についての良い講演がありました。 en.wikichip.org/w/images/8/83/…。そこ(インテルアーキテクトから)それらのスライドと一緒に行くのオーディオでしたが、その姿を消しているようだ:(たぶんまだ反転価値スライドを通してそういったことについて、あなたがしている好奇心ならば。
ピーター・コルド

とにかく、CPUはプログラム可能な負荷変動量の電圧を必要とするため、大電流では、モボは+ 12V電源からCPU電圧レギュラーに電力を供給します。最近のPC電源の現在の需要のほとんどは12Vラインであり、CPUとGPUは独自のDC-DCコンバーターを備えています。(最新のDRAMは、DDR4の場合は1.2Vで動作し、DDR3Lの場合は1.35Vから低下します。)そのため、DRAMの近くにあるDC-DCコンバーターから電力を供給します。あるいは、CPUと言ったときに、OPが使用しているようなマイクロコントローラーについて話していましたか?もしそうなら、タンジェントをごめんなさい。:P
Peter Cordes

3

代わりにステップアップコンバーターを使用してください

これは私が同様のプロジェクトを行う方法です。私は2.5x-4.8Vを与える3xAAを使用します。これはatmegaの動作範囲内です。これを無効化ピン付きのステップアップコンバーターに接続します。無効化すると、コンバーターはほとんど消費せず、電圧を通過させます。atmegaが起動し、測定を行う必要がある場合、コンバータをオンにし、VCCで5Vを検出し、測定を実行して送信し、コンバータを無効にして、スリープに戻ります。それは何年も続きます。


2

数値によると、センサー、マイクロコントローラー、レギュレーター(8ma)の間で期待される動作が得られています。必要に応じて、コントローラーをスリープ状態にし、センサーをオフにして、より適切なレギュレーターを入手してください。


2
  1. アイドル状態とアクティブ状態での実際の消費電流を測定します。バッテリーと7805入力の間に電流計を使用します。典型的な新しい9Vバッテリーは300 mAhを超え、7805の静止電流だけでは実際にすべてを消費することはできませんでした。私は多くの9Vバッテリーを測定しましたが、それらは通常500-600 mAhです。注意点は、それらはすべてアルカリ性であり、最も長い寿命を得ることに興味がある場合は、もちろんアルカリ電池を使用する必要があります。

  2. アプリケーションで使い捨て9Vバッテリーを使用する本当の理由はありますか?3×や4×AAのようなものを考えましたか?


9Vバッテリーはもっと長持ちすると思いました。私は明らかに間違っていました。
Dan Chaltiel

文に間違いはありませんか(アルカリ2回)。「注意点は、それらがすべてアルカリ性であることです。そして、もしあなたが最長の寿命を得ることに興味があるなら、もちろんアルカリ電池を使用する必要があります。」
Dan Chaltiel

1
混乱してしまい、申し訳ありません。私が測定したのはアルカリ性のみであることを意味しました。あなたのバッテリーは亜鉛炭素であったかもしれません、それはその急速な死を部分的に説明するかもしれませんが、私はあなたが最初に実際の消費が何であるかを確認すべきだと思います。
anrieff

1

delayand loop関数からは、Arduinoコードを使用しているように見えます。delay機能がアクティブ・ループである、それはスリープ状態にマイクロコントローラを入れないだろう!Arduino APIは、スリープモードをサポートしていません。

デバイスをスリープモードにする方法については、ATmega328P データシートを読み、34ページを参照してください。


どうdeepsleepですか?
Dan Chaltiel

1
@ dan-chaltielこれは、MKRZero、MKR1000、MKRFox1200などのSAMD21 MCU専用です。(arduino.cc/en/Reference/ArduinoLowPowerは
paf.goncalves

1

重要: 使用の間にDHT11湿度センサーの電源を切ることができる場合、バッテリー寿命を3倍または4倍に延長できる可能性があります。

DHT11のスリープモードでの静止電流は100〜150 uAです。最悪の場合の値に設計する必要があります。
電源を入れると、「頭をクリアする」のに1秒(5ページの注4)
が必要です。その後、インターフェースのセットアップ時間がかかります(数十ミリ秒程度)。
データシートから、応答時間が電源遮断の影響を受けるかどうかは明らかではありませんが、おそらく影響を受けません。

アクティベーション間の時間に応じて、DHT11の電源をオフにすると、システムの静止電流を約200 uAから約50 uAに減らすことができます。
見る価値があります。


LM2936レギュレータ:

ご指摘のLM2936は、要件を満たしていれば優れたレギュレーターです。低ドロップアウト、低静止電流、利用可能な出力電圧の範囲。

私はずっと低いIqを必要とする製品でずっと以前にそれらを使用し、それらに非常に満足していました。うーん-それはおよそ1993年でした-25年以上-オールディーズですが、良いです。

Ioutの最大値は公称50 mAです-これは表にしたニーズを満たしています。
Iqは、100 uAの負荷で10 uAで、負荷がはるかに低い場合は低くなります。
Vinは5.5〜40Vで、実際にはVoutに近いでしょう。5Vおよび3V3バージョンを入手できます。

スリープモードの負荷電流は、簡単に200 uA以下になります。
200 uAの場合、100 mAhのバッテリーあたり100 / .2 = 500時間のスリープ動作になります。
つまり、100 mAhあたり約20日です。
したがって、保守的な側でエラーが発生しているアルカリ「9V」の300〜500 mAHバッテリーで60日または2か月と言います。6 x 1.5VアルカリAAセル(約3000 mAh)を使用すると、2年に近づくはずです。


3 x AAアルカリ電池から直接操作すると、Vinは5Vの初期(最大1.65V /セル)から、3.3Vの場合は1.1V /セル(約デッド)になります。したがって、約6 AAのアルカリ電池で、一定の電圧が出力されます。3.3〜5Vの入力を許容できる場合は、3 xアルカリを使用してください。ほぼ2年間の運用でAA。AAAを安く。

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