Ligando um MCU a partir de uma bateria sem regulador

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Eu já vi algumas placas de desenvolvimento (por exemplo, o kit de desenvolvimento BL652 ) para chips de baixa potência, com a energia da bateria conectada diretamente ao MCU sem um regulador.

Para o exemplo de caso, a bateria usada é uma 3V CR2032. A folha de dados para o MCU define os seguintes parâmetros:

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

Estou interpretando isso como "If your battery voltage drops to a value between 0-1.7 it isn't defined what will happen".

A razão pela qual isso me preocupa é porque vi reguladores com pinos Power Good e não encontrei nenhuma declaração explícita na folha de dados de que o MCU do exemplo não será danificado pela subtensão.

Como posso decidir se é necessário um regulador entre uma bateria e uma carga, para garantir que não haja danos quando a tensão da bateria começar a cair?

power-supply batteries voltage-regulator

— TheMeaningfulEngineer
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Sou muito amador, mas minha impressão é que os reguladores fazem algumas coisas. Primeiro, eles restringem a tensão fornecida a uma certa faixa. No entanto, se a tensão de alimentação "desaparecer", eles não poderão fazê-la reaparecer magicamente. Perda de energia, seja de uma bateria ou de qualquer outra fonte, ainda é perda de energia. Em segundo lugar, eles reduzem qualquer ondulação para uma quantidade aceitável. As baterias realmente não têm esse problema. Acho que você não corre mais o risco de correr diretamente com uma bateria do que com uma fonte de alimentação de laboratório.

— usar o seguinte

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Se a tensão da bateria cair para um valor entre 0-1,7, não está definido o que acontecerá

Isso geralmente é verdade, mas com certeza não destruirá nada. Porque, se fosse destrutivo, o Vdd mínimo em "Avaliações máximas absolutas" teria sido dado como um valor positivo (que eu nunca vi em nenhuma folha de dados, e espero nunca ver isso na minha vida - não seria " não faz sentido).

Portanto, neste ponto, você garante que o MCU não será destruído com subtensão. No entanto, ele ainda pode se comportar de maneira irregular (potencialmente danificando outros circuitos externos).

Agora, nesse tipo de MCU, geralmente há um recurso chamado " detecção de queda de energia" queda de energia" ou, às vezes, "bloqueio de subtensão". Esse é um recurso que monitora a tensão de alimentação e garante que o chip seja mantido no estado de redefinição quando a tensão estiver abaixo de um determinado nível (às vezes programável).

Boas notícias: existe um recurso desse tipo no chip específico que você está usando. Consulte o capítulo 5.1 na folha de dados que você vinculou.

Portanto, você não precisa ter um regulador com detecção de "boa energia" ou um circuito adicional de monitor de suprimento no seu caso específico.

Observe que, se o MCU não incluísse a detecção de queda de energia, existem pequenos chips que apenas oferecem esse recurso (geralmente combinado com um gerador de redefinição de inicialização) sem serem reguladores de tensão.

— pouca fé perdida no SE
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Além disso, supervisores de energia externos podem ser usados no caso de o MCU não possuir esses recursos.

— SCLD

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Para chips que não detectam isso, colocar uma proteção contra subtensão entre a bateria e o dispositivo geralmente faz o truque. Eles não são complicados, caros ou têm muita energia.

— Mastro

Não poderia haver uma trava com uma tensão de alimentação mais baixa (isso não aconteceria com uma tensão mais alta)?

— Peter Mortensen

@PeterMortensen Não, a menos que talvez em chips muito incomuns e em casos muito específicos (o que seria claramente indicado várias vezes na folha de dados), ou se houver um bug no chip, não há como sofrer travamento por causa de sob tensão. Também não faria sentido, porque na inicialização, leva um pouco de tempo para que a fonte passe de 0V ao seu valor nominal (o mesmo ao desligar). Você não pode evitá-lo. Se você corre o risco de travar sempre que o sistema liga, é ruim. O pior que pode acontecer é um comportamento irregular, mas esse risco é eliminado pelo detector de escurecimento.

— dim perdeu a fé em SE

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... entre 0-1,7, não está definido o que acontecerá

Na verdade, abaixo de 1,8 V, não há garantia do que acontecerá.

Não se preocupe com danos, estes são os parâmetros operacionais . Para evitar danos, você não deve exceder as classificações máximas , que não estão incluídas na planilha vinculada. Se você conhece o (s) chip (s) usado (s), pode procurar as folhas de dados e ver as classificações máximas. Ainda tenho que encontrar um chip que pode sofrer danos por uma tensão de alimentação muito baixa.

Você deseja que seu produto "saiba" e responda quando a bateria estiver muito baixa. Adicione um circuito de detecção de bateria (ou usando o interno) que somente liberará a redefinição quando a tensão da bateria estiver alta o suficiente.

— Bimpelrekkie
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Perguntamos o que acontece se o Vdd ultrapassar a especificação recomendada de 3,6v, para a especificação máxima absoluta de 3,9v . As folhas de dados raramente dizem (se é que alguma vez). Meu palpite é que o fabricante diria: "ei, testamos até 3.6v, ainda pode funcionar acima".

— glen_geek

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@glen_geek O problema tem vida útil garantida . Não é impossível que um IC com as especificações. você mencionou que funcionará bem mesmo em Vdd = 5 V. Mas pode durar apenas uma hora, um dia, uma semana, um mês ou um ano. O fabricante garantirá apenas uma certa vida útil (por exemplo, 10 anos de operação contínua a 125 graus Celsius) a 3,6 V. Se o IC estiver sempre abaixo de 50 C, é possível esperar uma vida útil ainda mais longa. Em temperaturas e Vdd mais altos, efeitos como transportadoras quentes e eletromigração lentamente danificam o IC internamente. Nas condições recomendadas, esses não são um problema.

— Bimpelrekkie

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Não há garantia de que o seu processador não funcione com pouca memória e embaralhe ou forneça formas de onda desagradáveis e possíveis danos nos pinos do GPIO. É garantido que o micro não será danificado fisicamente, mas poderá causar danos de natureza mole ou, possivelmente, com design inadequado, e natureza dura.

Por exemplo, se o seu micro alimentado por bateria estiver controlando a temperatura em um terrário por meio de um MOSFET, atuando como um termostato remoto e o micro estiver funcionando mal, isso poderá matar os répteis se a bateria acabar. Um exemplo extremo e, na realidade, deve haver muitas salvaguardas contra isso. Também é raro que um micro alimentado por bateria possa danificar qualquer coisa fora dele. Um exemplo mais comum seria embaralhar a RAM com bateria ou a EEPROM.

Para garantir que isso nunca aconteça, você deve inibir o micro (mantenha-o em redefinição) para qualquer voltagem abaixo de 1,80V. Como o circuito que faz isso não será exato (sempre há uma tolerância no limite), você pode escolher 2,0V ou 1,90V. +/- 0,2 ou 0,1V. Normalmente, também há alguma histerese, podendo ser redefinida em 2,2V e fora de redefinição em 1,9V. Geralmente, também existe uma largura mínima de pulso de redefinição para que uma redefinição adequada ocorra, de modo que também deve ser garantido.

Você obterá a maior parte do suco do CR2032, mesmo em baixa temperatura, cortando cerca de 2,4 ou 2,5V, para que haja poucas razões para chamá-lo tão perto.

— Spehro Pefhany
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