Tại sao điện áp không xuất hiện trong tính toán tuổi thọ pin?

Tôi có một PCB với một vài mô-đun radio trên đó. Ở các tiểu bang khác nhau, nó hiện đang sử dụng bất cứ nơi nào giữa 100 PhaA và 100 mA. Tôi có thể tính toán thời gian nó dành cho mỗi trạng thái của nó trong một năm nhất định.

Các mô-đun radio trên PCB của tôi đều có dải điện áp đầu vào rộng chấp nhận được. Ví dụ, bộ xử lý chính của tôi và mô-đun Bluetooth Low Energy, chấp nhận mọi thứ từ 1.8V đến 3.6V. Ngay bây giờ tôi đang chạy nó ở 3.0V, sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC xuống.

Pin là 18650 lithium-ion ( bảng dữ liệu ).

Khi được sạc đầy, nó cung cấp khoảng 4.3V. Tôi sẽ giảm xuống còn 3.0V. Pin có dung lượng 3400 mAh.

Giả sử hiện tại trung bình tôi đang rút ra từ nó là 400 PhaA. Tính toán của tôi cho tuổi thọ pin chỉ đơn giản là:

thời gian (h) = công suất (Ah) / hiện tại (A)

3,4 Ah / 400 ĐÁA = khoảng một năm

Bây giờ, tôi biết rằng để giảm mức tiêu thụ điện năng của mình, tôi nên chạy mạch ở mức điện áp thấp nhất có thể, vì vậy tôi đang xem xét thay đổi bộ chuyển đổi DC-DC của mình và chạy bộ xử lý chính và mô-đun BLE của tôi ở mức 1.8V thay vì 3.0V .

Câu hỏi của tôi là: tại sao điện áp không có ở bất cứ nơi nào trong tính toán tuổi thọ pin của tôi?

Nó không xuất hiện trong phương trình của bạn bởi vì phương trình này giả sử bạn đang sử dụng pin ở điện áp đầu ra trong toàn bộ quá trình sử dụng mà không cần chuyển đổi.

Đây không phải là trường hợp ở đây, bởi vì bạn đang sử dụng một trình chuyển đổi bước xuống. Vì vậy, để xây dựng phương trình chính xác, bạn:

• lấy Vavgbat : điện áp trung bình của pin trong toàn bộ chu kỳ xả: biểu đồ phóng điện của biểu dữ liệu pin cho thấy khoảng 3,6V đối với dòng điện thấp, chẳng hạn như dòng điện bạn sử dụng.
• lấy Iavgbat : trung bình hiện tại bạn sẽ rút ra từ pin, trong toàn bộ chu kỳ. Nó không phải là dòng điện bạn sử dụng ở đầu ra của bộ chuyển đổi DC-DC (đó là nơi bạn đã bỏ lỡ một cái gì đó, tôi nghĩ vậy). Nếu chúng ta nói dòng điện đầu ra của bộ chuyển đổi là Iout , thì Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / hiệu quả ( hiệu quả là hiệu suất của bộ chuyển đổi DC-DC, thường khoảng 80-90%, hãy kiểm tra biểu dữ liệu).
• sau đó bạn áp dụng forumla mà bạn đã đề cập: time = dung lượng / Iavgbat .

Bây giờ, bạn thấy điện áp đầu ra trong công thức.

Vì vậy, nếu công suất = 3,4ah, Iout = 400, và hiệu quả = 85%, chúng ta có:

• thời gian = 8670 giờ (khoảng một năm) cho đầu ra 3V
• thời gian = 14450 giờ (hơn một năm rưỡi) cho đầu ra 1,8V

Một điều nữa : với thời gian lớn dẫn đến, tôi nghĩ bạn phải tính đến việc tự xả pin (hoặc dòng rò), có thể là đáng kể. Thật không may, tôi đã không thấy nó được đề cập trong bảng dữ liệu pin.

Chi tiết bổ sung : Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / công thức hiệu quả đến từ đâu?

Nó xuất phát từ thực tế là một bộ chuyển đổi DC-DC, không giống như bộ điều chỉnh tuyến tính, có thể tạo ra (gần như) nhiều năng lượng như nó lấy từ đầu vào của nó. Vậy Pin = Bĩu môi / hiệu quả . Nếu chúng ta nói Pin = Vavgbat * Iavgbat và Pout = Vout * Iout , chúng ta có thể có được công thức trên.

Ngược lại, với bộ điều chỉnh tuyến tính, điện áp bị giảm mà không có bất kỳ hậu quả nào đối với dòng điện đầu vào / đầu ra. Vì vậy, Iavgbat sẽ bằng với Iout (không tính đến dòng tĩnh), đó là giả định ban đầu (không chính xác) của bạn.

Câu hỏi của tôi là, tại sao điện áp không có tính năng bất cứ nơi nào trong tính toán tuổi thọ pin của tôi?

Bởi vì tính toán của bạn thiếu một khía cạnh.

Bạn có thể sử dụng hai loại bộ điều chỉnh điện áp:

• tuyến tính hoặc
• chế độ chuyển đổi bước xuống.

Bây giờ, với tuyến tính, Năng lượng trên mỗi lần sạc (= định nghĩa vật lý của điện áp) "quá nhiều" chỉ được chuyển thành nhiệt (và sau đó, bị mất).

Vì vậy, dòng điện đi vào bộ điều chỉnh tuyến tính khá giống với dòng điện được sử dụng trên đầu ra quy định. Công suất đi vào bộ điều chỉnh cao hơn so với việc đi ra khỏi nó - bởi vì dòng điện là như nhau, nhưng điện áp thấp hơn.

Với các bộ chuyển đổi chế độ chuyển đổi, Năng lượng từ phía "đầu vào" được lưu trữ, thường là trong một từ trường bên trong một cuộn dây (nhưng đối với công suất thấp của bạn, IC điều chỉnh điện áp điện dung rẻ và nhỏ cũng có thể có ý nghĩa chỉ được lưu trữ trong một trường điện).

Sau đó, chỉ có nhiều điện áp được "tạo ra" từ năng lượng được lưu trữ theo yêu cầu.

Điều đó có nghĩa là nguồn điện đi vào bộ điều chỉnh giống như nguồn điện phát ra (ngoài hiệu suất không phải 100%), điều đó có nghĩa là nếu bạn, ví dụ, một nửa điện áp trong bộ điều chỉnh của bạn, thì bộ điều chỉnh của bạn chỉ rút được một nửa dòng điện nó cung cấp!

Bây giờ, câu hỏi là, nếu tất cả các mô-đun của bạn hỗ trợ dải điện áp đầu vào rộng, điều đó có nghĩa là tất cả chúng đều có bộ điều chỉnh cung cấp tích hợp. Bây giờ, nếu đây là tuyến tính, có lẽ bạn có quyền sử dụng trình chuyển đổi bước xuống chế độ chuyển đổi để tăng hiệu quả. Nếu các mô-đun này chứa nguồn cung cấp năng lượng ở chế độ chuyển đổi, bạn không nên sử dụng bộ điều chỉnh của riêng mình - rất có thể dòng thác của bộ điều chỉnh sẽ kém hiệu quả hơn so với bộ tích hợp.

Bất kể hiệu suất của bộ chuyển đổi (hoặc giả sử 100%), điện áp pin đang được sử dụng để tính dung lượng (mah) của pin. Chính xác hơn, giảm điện áp có thể sử dụng , 1.4v ( 4.2v - 2.8v).

Trong sử dụng cụ thể của bạn, điện áp rơi của bạn chỉ là 1,2v (4.2 - 3.0) và hiệu suất thực tế có thể là 90%, cả hai đều có xu hướng giảm thời gian. Tuy nhiên, hiện tại trung bình của bạn chỉ là 400uA, có xu hướng tăng thời gian, vì vậy câu trả lời của bạn trong khoảng một năm có vẻ đúng.