Alimentare un MCU da una batteria senza regolatore

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Ho visto alcune schede di sviluppo (ad esempio il kit di sviluppo BL652 ) per i chip a bassa potenza che hanno la batteria collegata direttamente all'MCU senza un regolatore.

Ad esempio, la batteria utilizzata è un CR2032 da 3 V. Il foglio dati per la MCU definisce i seguenti parametri:

datasheet page 16.
Absolute Maximum Ratings            Min           Max
Voltage at VDD_nRF pin             -0.3           3.9

datasheet page 17.
Recommended Operating Parameters    Min    Typ    Max
VDD_nRF                             1.8    3.3    3.6

Lo sto interpretando come "If your battery voltage drops to a value between 0-1.7 it isn't defined what will happen".

Il motivo per cui questo mi preoccupa è perché ho visto i regolatori avere i pin Power Good e non ho trovato dichiarazioni esplicite nel foglio dati che la MCU dell'esempio non sarà danneggiata dalla sottotensione.

Come posso decidere se è necessario un regolatore tra una batteria e un carico, per garantire che non vi siano danni quando la tensione della batteria inizia a calare?

power-supply batteries voltage-regulator

— TheMeaningfulEngineer
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Sono un dilettante, ma la mia impressione è che i regolatori facciano un paio di cose. Innanzitutto, vincolano la tensione fornita entro un certo intervallo. Tuttavia, se la tensione di alimentazione "scompare" non possono farla riapparire magicamente. La perdita di energia, che si tratti di una batteria o di qualsiasi altra fonte, è ancora una perdita di energia. In secondo luogo, riducono ogni ondulazione a un importo accettabile. Le batterie non hanno davvero questo problema. Non penso che tu abbia un rischio maggiore di correre direttamente da una batteria di quanto non provenga da un alimentatore da laboratorio.

— Incondizionatamente

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Se la tensione della batteria scende a un valore tra 0-1,7 non è definito cosa accadrà

Questo è spesso vero, ma di sicuro non distruggerà nulla. Perché, se fosse distruttivo, il minimo Vdd in "Valutazioni massime assolute" sarebbe stato dato come un valore positivo (che non ho mai visto in nessun foglio dati, e spero che non lo vedrò mai nella mia vita - non lo farebbe ' non ha senso).

Quindi, a questo punto, sei sicuro che l'MCU non verrà distrutto con sottotensione. Tuttavia, potrebbe comunque comportarsi in modo irregolare (potenzialmente danneggiare altri circuiti esterni).

Ora, in questo tipo di MCU, esiste spesso una funzione chiamata " rilevamento brown-out " o, talvolta, "blocco di sottotensione". Questa è una funzione che monitora la tensione di alimentazione e garantisce che il chip sia mantenuto nello stato di reset quando la tensione è al di sotto di un determinato livello (a volte programmabile).

Buone notizie: esiste una tale funzionalità sul chip specifico che stai utilizzando. Vedere il capitolo 5.1 nella scheda tecnica collegata.

Pertanto, non è necessario disporre di un regolatore con rilevamento "power good" o di un circuito di monitoraggio dell'alimentazione aggiuntivo nel caso specifico.

Si noti che, se l'MCU non includeva il rilevamento del brown-out, ci sono piccoli chip che offrono questa funzione (spesso combinati con un generatore di reset all'accensione temporizzato) senza essere regolatori di tensione.

— debole fiducia persa in SE
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Inoltre, è possibile utilizzare supervisori esterni dell'alimentazione nel caso in cui l'MCU non disponga di queste funzionalità.

— scld

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Per i chip che non lo rilevano, di solito è una protezione da sottotensione tra la batteria e il dispositivo. Non sono complicati, costosi o affamati di potere.

— Albero

Non potrebbe esserci un latch-up con una tensione di alimentazione inferiore (ciò non accadrebbe con una tensione superiore)?

— Peter Mortensen,

@PeterMortensen No, se non su chip molto insoliti e per casi molto specifici (che sarebbero chiaramente indicati più volte nel foglio dati), o se c'è un bug nel chip, non è possibile che si verifichi un latch-up a causa di sottotensione. Non avrebbe senso anche perché all'accensione, ci vuole un po 'di tempo prima che l'alimentazione passi da 0 V al suo valore nominale (lo stesso allo spegnimento). Non puoi evitarlo. Se si rischia il latch-up ogni volta che il sistema si accende, è un problema. Il peggio che può accadere è un comportamento irregolare, ma questo rischio viene eliminato dal rivelatore brown-out.

— fioca fiducia persa in SE

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... tra 0-1.7 non è definito cosa accadrà

In realtà al di sotto di 1,8 V non vi è alcuna garanzia su ciò che accadrà.

Non preoccuparti di danni, questi sono i parametri operativi . Per evitare danni non devi superare i rating massimi , che non sono inclusi nel foglio collegato. Se conosci i chip utilizzati, puoi consultare i loro fogli dati e vedere le valutazioni massime. Devo ancora imbattermi in un chip che può subire danni da una tensione di alimentazione troppo bassa.

Volete che il vostro prodotto "sappia" e risponda quando la batteria è troppo scarica. Aggiungi un circuito di rilevamento della batteria (o usando quello interno) che rilascerà il reset solo quando la tensione della batteria è abbastanza alta.

— Bimpelrekkie
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Ci si chiede cosa succede se Vdd supera le specifiche consigliate a 3,6 v , alle specifiche massime assolute a 3,9 v . Le schede tecniche dicono raramente (se mai). La mia ipotesi è che il produttore avrebbe detto, "hey, ci prova fino a 3.6V, può ancora lavorare sopra".

— glen_geek,

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@glen_geek Il problema è garantito a vita . Non è impossibile un IC con le specifiche. citi funzionerà bene anche a Vdd = 5 V. Ma potrebbe durare solo un'ora, un giorno, una settimana, un mese o un anno. Il produttore garantirà solo una certa durata (ad esempio 10 anni di funzionamento continuo a 125 gradi Celsius) a 3,6 V. Se l'IC è sempre inferiore a 50 C, è possibile aspettarsi una durata ancora più lunga. A temperature e Vdd più elevati, effetti come i portatori caldi e l' elettromigrazione danneggiano lentamente l'IC internamente. Alle condizioni raccomandate, questi non sono un problema del genere.

— Bimpelrekkie,

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Non vi è alcuna garanzia che il processore non esegua la memoria amuck e scramble o fornisca forme d'onda spiacevoli e potenzialmente dannose sui pin GPIO. È garantito che il micro non verrà danneggiato fisicamente, ma potrebbe causare danni di natura morbida o, possibilmente, con cattiva progettazione.

Ad esempio, se il micro alimentato a batteria sta controllando la temperatura in un terrario tramite un MOSFET che agisce come un termostato remoto e il micro funziona in modo che potrebbe uccidere i rettili se la batteria si scarica. Un esempio estremo, e in realtà dovrebbero esserci molte tutele contro ciò che accade. È anche raro che un micro alimentato a batteria possa danneggiare qualsiasi cosa al di fuori di sé. Un esempio più comune potrebbe essere la confusione di RAM con batteria o di EEPROM.

Per assicurarsi che ciò non accada, è necessario inibire il micro (tenerlo in reset) per qualsiasi tensione inferiore a 1,80 V. Dal momento che il circuito che lo fa non sarà esatto (c'è sempre una tolleranza sulla soglia) potresti scegliere 2,0 V o 1,90 V. +/- 0,2 o 0,1 V. Di solito c'è anche qualche isteresi, quindi potrebbe anche essere ripristinato a 2,2 V e fuori ripristinato a 1,9 V. Di solito esiste anche un'ampiezza minima dell'impulso di ripristino per consentire un corretto ripristino, che dovrebbe essere garantito.

Otterrai la maggior parte del succo da un CR2032 anche a bassa temperatura tagliando circa 2,4 o 2,5 V, quindi non c'è motivo di chiamarlo così vicino.

— Spehro Pefhany
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