鉅大LARGE | 點擊量:444次 | 2022年04月08日
節(jié)能微控制器設(shè)計使鋰離子電池壽命長達20年
在設(shè)計電池供電產(chǎn)品時,人們顯然希望電池壽命盡可能長些。作為一個快速發(fā)展的設(shè)備種類,從單電池發(fā)展起來的應(yīng)用不僅僅停留在規(guī)格上,而是以整個產(chǎn)品的概念為中心。能源敏感的產(chǎn)品應(yīng)用大致分為能源計量系統(tǒng)、家庭與樓宇自動化、安全和醫(yī)療系統(tǒng)。這些產(chǎn)品通常會圍繞一個微控制器(MCU),必須用單一的原電池運作很長時間。在某些應(yīng)用中,要想更換電池是很難的甚至不可能的,在其它應(yīng)用中,最終用戶不愿意支付更換電池的成本。
在這樣的應(yīng)用中采用的是占空比非常低的很活躍的微處理器,在深度睡眠狀態(tài)下時間可能占了99%甚至更高,達到99.9%也不罕見。微處理器在一個周期循環(huán)或在回應(yīng)某些刺激時被喚醒,執(zhí)行操作,并返回到睡眠狀態(tài)中。由于較長時間處于睡眠狀態(tài),很明顯,獲得最長電池壽命的關(guān)鍵參數(shù)是在掉電狀態(tài)下的電流消耗。不過,同一節(jié)電池的使用壽命為三四年或超過十年、二十年,甚至更長時間的差別在于要密切注意這個任務(wù)如何使用MCU資源的每個方面,以及MCU本身是如何以各種方式減少能源消耗的。
一節(jié)單電池用20年
CR2032紐扣電池廣泛用于小型MCU如遠程環(huán)境傳感器中,這是一種鋰/二氧化錳3V原電池。典型的供應(yīng)商,如柯達,評定230mAh到2V的終點電壓能力為5.6k(約為0.5mA)。假如是那樣的話,電池壽命將為400小時,相比之下,能源敏感的應(yīng)用能使使用壽命達到20萬小時。這種特殊的電池具有很好的貨架壽命或自放電率,數(shù)據(jù)表顯示10年之后其容量達90%。非常相似的是,這相當(dāng)于持續(xù)充電約0.25A,假如能夠達到10~20年的電池壽命,應(yīng)用的一般要求就會滿足。
伴隨電池壽命的是數(shù)量有限的電荷,設(shè)計者必須在MCU運行的所有階段減少產(chǎn)品的電流和時間,不僅要減少每微安的數(shù)量,也要減少每個動作的每個微秒。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為了減少深度睡眠模式下消耗的電流,在能源敏感應(yīng)用的MCU中采用8位(或16位)內(nèi)核已很普遍。其理由是,8位內(nèi)核很小,門控相對較少,靜電或泄露電流低。但是,許多現(xiàn)在的應(yīng)用都要比8位內(nèi)核更大的處理功率。在其它MCU應(yīng)用領(lǐng)域,用戶往往選擇從8位升級到32位環(huán)境。在低功耗的情況下,人們一直假定32位內(nèi)核在其掉電模式狀態(tài)時使用的電流一定是高得令人無法接受的。隨著全套低功耗設(shè)計技術(shù)的出現(xiàn),今天的IC設(shè)計師們已經(jīng)可能讓一個32位ARM內(nèi)核供應(yīng)不同的低功耗模式了,與其8位的競爭對手相同好,甚至更好,而且還能實現(xiàn)快速喚醒。32位處理器更高的處理性能也使MCU可以更快完成任務(wù),從而能夠在這些低功耗模式中花更多時間來進一步降低平均功耗。