Snižující měnič s opravdu nízkou vlastní spotřebou a pasující na držák AA/AAA baterií

Navrhl jsem desku s ESP8266 a eInk displejem pro zobrazení aktuálního počasí a krátkodobé předpovědi.

Využil jsem eInk displej, který vyniká svou nulovou spotřebou v čase spánku. Samotné ESP8266 odebírá pár desítek uA (50uA). Celé zařízení je tedy velmi úsporné a vhodné na bateriové napájení.

Ale jak vyřešit napájení?

Použít lineární stabilizátor s vlastní spotřebou třeba i 1 mA? Kompenzovat to vyšší kapacitou baterií?

Ne a Ne!

Navrhl jsem miniaturní desku se snižujícím měničem (step down) – celý měnič má vlastní spotřebu pouhých 22 uA.

Odkaz na výše zmíněnou meteostanici je zde .

Pokud naopak hledáte zvyšující měnič, mrkněte na tuto desku s MCP1640.

Základem měniče je čip TPS62200 v dobře pájitelném pouzdře SOT23. Dle katalogového listu dosahuje čip účinnosti až 95 %, vstupní napětí může být od 2.5 do 6V. Výstupní napětí je nastavováno rezistory.

Maximální výstupní proud může být až „300 mA“.

Použitý čip má vlastní spotřebu mezi 15 (typical) až 30 (maximum) uA. V mém případě je spotřeba vlastního čipu pouhých 22 uA.

Plošný spoj má stejnou výšku, jako je výška AA držáku baterie, proto nikde nepřekaží.

Na plošném spoji jsou všechny důležité komponenty – vstupní i výstupní kondenzátor, indukčnost i rezistory pro nastavení zpětné vazby – výstupního napětí.

Desku jsem osadil třemi typy indukčností a provedl měření účinnosti.

Nejlépe se osvědčila 10uH pro saturační proud 1.65A – MATSUTA TL SMT54 10uH.

S toutu cívkou byla deska schopna dodat proud až 400 mA s účinností vyšší než 90 %.

Viz obrázek níže.

Schéma:

Pro výpočet výstupního napětí je použit vzorec

Vout = 0.5 * (1 + R1/R2), kde součet R1+R2 musí být menší než 1M

Vstupní kondenzátor C1 – 4u7

Výstupní kondenzátor C2 – 22uF

Indukčnost L1 – 10uH/1.65A

R1 – 510K

R2 – 91K

C3 – 33pF

C4 – 100pF

Výpočet R1, R2, C3 a C4 je dle datasheetu pro výstupní napětí 3.3 V

Na pozici kondenzátoru C1 i C2 je možné zapájet dvě velikosti kondenzátorů – 0805 a 1210.

Podobně tomu je i s indukčnosti, kde jsou dva footprinty.

Výsledek měření této konfigurace je níže.

Strana TOP:

Strana BOTTOM:

Na desce jsem také provedl měření. Cílové výstupní napětí: 3.3V.

Žlutá – vstupní napětí

Modrá – Výstupní napětí

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.35V

Výstupní proud 0.05mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.32V

Výstupní proud 20mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.26V

Výstupní proud 100mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.18V

Výstupní proud 150mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.19V

Výstupní proud 200mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.17V

Výstupní proud 250mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.17V

Výstupní proud 300mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.16V

Výstupní proud 350mA

Vstupní napětí 4.2V

Výstupní napětí 3.11V

Výstupní proud 400mA

Reálné použití:

Jak jsem už zmínil, tento step down měnič používám už několik týdnů s mou meteostanicí a eInk displejem.

Měnič je napájen ze 4 AA baterií a výstupní napětí je 3.1V což je dostatečné napětí jak pro ESP8266, tak i eInk.

Jak můžete vidět, špičkový proud je až 500mA a měnič si s nimi, s pomocí kondenzátorů, hravě poradí.

Pokud máte nějaký dotaz, napište mi na chiptron(zavinac)chipned.cz.