כיצד להאריך את חיי סוללת הליתיום של ציוד מיקרו-בקר

Autor: Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

ציוד אספקת חשמל לסוללה, בין אם זה מברשת שיניים חשמלית, סכין גילוח, טלפון נייד, עוזר דיגיטלי אישי (PDA), נגן MP3 או ציוד שלט רחוק שאינו מסוגל ללכת, הופך לחלק מחיי היומיום. לכן, ניהול צריכת חשמל הוא דבר לא מבוטל עבור מהנדסי התכנון המוטבע של היום. מיקרו-בקרים קיימים באופן אוניברסלי מספקים מספר רב של דרישות כוח ניהול למהנדסי תכנון ביישומי ציוד רבים.

לסוגים שונים של MCU עצמם יש מגוון של צריכת זרם ותכונות רבות לחיסכון באנרגיה. עם זאת, בתכנון המבוסס על המיקרו-בקר, ניהול ספק הכוח אינו פשוט כמו המיקרו-בקר הנכון. ניהול החשמל צריך גם להשתמש ב-MCU עצמו כדי להפחית את הצריכה הנוכחית ואסטרטגיות פיתוח לחיסכון באנרגיה.

ברמת המערכת, גם אם ה-MCU שתבחר הוא עצמאי, תוכל גם להשתמש במדיניות רבים כדי להאריך עוד יותר את חיי הסוללה של האפליקציה שלך. דוגמה ליישום: קילומטראז אלחוטי לאופניים לאחר מכן, נציג ניהול כוח תקף כדוגמה עם מיילים אלחוטיים לאופניים. הקילומטראז&39; מורכב משלושה מודולים של חלקים: לוח בקרה על המכונית, חיישן מהירות הממוקם בגלגל ותצוגה על קסדת הרוכב.

חיישן המהירות מחזיר את מהירות האופניים ללוח הבקרה, מחשב כגון: מהירות נסיעה, קילומטראז&39; נהיגה, זמן נסיעה, צריכת אנרגיה, ומעביר את המידע המחושב לתצוגה. מתחת לאיור 1 הוא דיאגרמת בלוקים של לוח בקרה של מד-קילומטרים לאופניים. איור 1: מיילים אלחוטיים לאופניים אלחוטיים דיאגרמת בלוקים של לוח הבקרה המציג את תכונות ניהול החשמל של היום המשופרות ברציפות של MCU.

גיאומטריית ה-MCU החדשה של מצב הספק נמוך ממוזערת כדי לצמצם את שטח השבב, מה שגורם לטרנזיסטור לא לעמוד בשימוש ישיר ב-3V או 3V מעל המתח. לכן, יש צורך להשתמש בווסת מתח בלוגיקה פנימית כדי להפחית את המתח. לרוע המזל, ווסתי מתח אלה יגדילו את צריכת הזרם של MCUs.

עם זאת, מכיוון שגודל ההספק שווה למתח כפול הזרם, צריכת החשמל של המערכת של 1.8V עד 3V עם המכוון עדיין נמוכה מצריכת החשמל של המערכת של 5V ללא המכוון. ה-MCU מסתמך על מצב ניהול צריכת חשמל, שעדיין יכול לתמוך בכוונון כוח ומהירות שעון מהירות תוך הפחתת זרמי העבודה הכוללים.

ה-MCU החדש יכול לספק מצבי צריכת חשמל נמוכים רבים כדי לעמוד בדרישות הללו תוך שמירה על גמישות המערכת. ל-MC9S08GB60MCU של Freescale יש ארבעה מצבי צריכת חשמל נמוכה: מצב עצירת עומק (STOP1), מצב עצירה מתון (STOP2), מצב עצירה מתון (STOP3) ומצב השקה. במצב המתנה, צריכת החשמל מצטמצמת על ידי כיבוי שעון המעבד, אך שעון המערכת נתמך על ידי ציוד היקפי אחר של MCU, כגון: ממיר מצבים (AD), טיימר או מודול תקשורת טורית.

מצב זה משמש להפחתת צריכת החשמל במקרה של ציוד היקפי, אך ה-CPU לא יכול לעבוד לפני ביצוע משימות היקפיות. בדוגמה שלנו, מצב ההמתנה משמש בממשק היקפי טורי (SPI) לתקשורת עם מקלט RF (RF). כדי להפחית עוד יותר את צריכת החשמל, השתמש בשלושה מצבי עצירה.

STOP1, STOP2, STOP3 מספקים רמות שונות של צריכת חשמל מופחתת. STOP3 היא הפונקציה החזקה ביותר בשלושה מצבי עצירה. במצב STOP3, מתאם המתח שבשבב נמצא במצב חיסכון בחשמל, אך הוא עדיין מספק התאמות מינימליות כדי לשמור על התוכן של הזיכרון האקראי (RAM) ושל קלט/פלט (I/O).

מספר מקורות פסיקה ואיפוס יכולים להעיר את ה-MCU ממצב STOP3. STOP3 הוא המצב היחיד בשלושת מצבי העצירה והמצב שעדיין יכול לעבוד בשלושת מצבי העצירה. בדוגמה שלנו, בפרק זמן שבין חיישן המהירות לקרוא את ערך המהירות, ה-MCU נמצא במצב המתנה, וניתן להשתמש במצב STOP3.

ניתן להשתמש בפונקציית ממשק בזמן אמת (RTI) של עבודה במצב STOP3 כדי להעיר את ה-MCU בזמן לקריאה הבאה. STOP2 פונקציונלי מ-STOP3, אבל ההספק שלו נמוך יותר. במצב STOP2, וסת המתח נמצא בחיסכון בחשמל (PoweredDown).

עם זאת, תוכן ה-RAM עדיין נשמר. רשם ה-I/O נמצא גם הוא במצב חיסכון בחשמל, ויש צורך להגדיר אותו מחדש כאשר הוא מתעורר ממצב העצירה. ב-STOP2, אפשר להתעורר פחות ב-MCU, אבל עדיין יש פונקציות RTI.

בחזרה לדוגמה שלנו, STOP2 יכול להחליף את STOP3 כדי להפחית עוד יותר את צריכת החשמל. מכיוון שפונקציית RTI ו-RAM עדיין פועלים, עדיין ניתן למדוד את הזמן בין קריאת מהירות. STOP1 הוא מצב צריכת החשמל הנמוך ביותר ב-MCU.

במצב זה, ווסתי מתח וכל הציוד ההיקפי, המעבד, ה-RAM וה-I/O נכנסים לחלוטין למצב חיסכון בחשמל. רק רגלי איפוס והפסקת IRQ יכולים להעיר את MCU. כאשר ה-MCU יכול להיכנס למצב חיסכון בחשמל, אך בעירור חיצוני, אם אתה עדיין צריך להגיב בעת לחיצה על הכפתור, מצב STOP1 זמין.

בדוגמה זו באופניים, אתה יכול להיכנס למצב STOP1 כאשר טבלת הקילומטרים נמצאת במצב חיסכון בחשמל. מצב STOP1 במצב חיסכון בחשמל הוא המצב הקטן ביותר שעשוי להתקיים ב-MCU מבלי לנתק את החשמל מהשבב. למה שלא תנתק את אספקת החשמל מהשבב? כי אתה מנתק את החשמל מהשבב כדי להשתמש במתג חילוף יקר יותר.

באופן דומה, ה-MCU יכול להשתמש במתג כפתור המחובר לרגל הפסיק כדי להשיג מטרות רבות ושונות. שימושים שונים אלה תלויים במצב הנוכחי של המערכת. לכן, מצב STOP1 יכול לשמור על עיצוב פשוט, עלות נמוכה, וכמעט ללא צריכה שוטפת, הוא מושלם.

ניהול שעון מעצבים רבים יעבדו עם הספק נמוך ותדרי שעון נמוכים. למעשה, על פי הפעולות וה-MCU השונות מטעם ה-MCU, הוא למעשה מסוגל להפחית את צריכת החשמל במהירות הגבוהה ביותר. אם ל-MCU יש מצב כוח נמוך חוקי, אפשר למזער את צריכת החשמל בזמן הארוך ביותר כדי למזער את צריכת החשמל.

לכן, אם ה-CPU מבוצע לפני החזרת מצב שינה, ביצוע הקוד הושלם במהירות הגבוהה ביותר האפשרית, ואז החזר מצב צריכת חשמל נמוכה מזו שהזרם צורך מהירות נמוכה. הבה נסתכל על הדוגמה של מיילים לאופניים, נניח שלוח הבקרה מעדכן את המהירות פעם בשנייה, ומחזור 16,000 האוטובוס עובר לולאה כדי לחשב את הנתונים ולהציג אותם על הצג. עבוד לפי גביש טיפוסי של 32kHz, ותניח שיש שעון אוטובוס משותף אחד לשני, אנחנו יכולים לקבל אוטובוס 16kHz, ובמקרה זה, השתמש בשנייה כדי להשלים את החישוב.

כעת, אם נוכל להשתמש בשעון אוטובוס 8MHz, אתה יכול לעלות רק 2 מילישניות להשלמת החישוב, ו-998 האלפיות השניות הנותרות יכולות להיות במצב צריכת חשמל נמוכה. כמובן שכל משימה שאינה MCU חייבת להיזכר מביצועים במהירות גבוהה. בדוגמה שלנו, אם מהירות הנתונים איטית למדי, ייתכן שהזמן הדרוש לתקשורת אלחוטית לא יהיה קצב אוטובוס של 8MHz.

לכן, במקרה זה, עלינו למזער את צריכת החשמל, עלינו להפעיל את ה-MCU בהקדם האפשרי עד לסיום התקשורת האלחוטית. לכן, אנחנו רוצים שעון, MCU גמיש, כמו MC9S08GB60MCU של Freescale. עם מכשיר זה, אתה יכול להשתמש בקריסטלים בתדר גבוה, גבישים בתדר נמוך או מתנדים פנימיים.

עם כל מקור שעון כזה, אתה יכול להשתמש בטבעת הנעילה בתדר (FLL) על השבב כדי להגדיל או להקטין את מהירות האוטובוס כדי לעמוד בדרישות המשימה ולמזער את צריכת החשמל. איור 2 הוא שינוי בצריכת החשמל במצבי פעולה שונים בקילומטרז&39; אופניים. איור 2: בדוגמה של קילומטראז&39; לאופניים, כיצד לבצע ניהול צריכת חשמל באמצעות המרה בין פולסים קצרים פעילים מאוד לבין מצב צריכת חשמל נמוכה יותר לא פעיל.

.