Как правильно питать STM32 от аккумулятора 18650?

Question

[Андрей]

Хочу сделать прибор на STM32 с автономным питанием от аккумуляторов (хватает одного 18650). В схеме будет периферия, рассчитанная так же на 3,3В.
Вопрос в том, как правильно питать схему?
У аккумулятора диапазон 3-4В, у STM32 и другой периферии 2,7-3,6В. Соответственно есть диапазон в котором акум даёт больше напряжения чем нужно. К тому же хочется стабильности в питании. В идеале те самые 3,3В, но диапазон акума пересекает это значение, т.е. просто стабилизатор не получится (как я думаю).
Много думая над этим (а так же просматривая интернет) нашёл три варианта решения данного вопроса:

1. оставить всё как есть, добавив ограничение в заряде аккума (чтобы он не заряжался больше чем 3,6В)
   
2. использовать два аккумулятора, получая тем самым диапазон 6-8В и понижая его до 3,3В, но это так себе затея т.к. избыточное количество банок
   
3. после акума использовать повышающий преобразователь (например до 5В), а после него понижающий до 3,3В, но тут уже избыток преобразователей, в которых будет теряться заряд
   

Пока единственный вариант который мне кажется не таким плохим это 2 (с двумя акумами). Хотел бы узнать мнение других людей. Или другие варианты решения данной задачи.

Answer 1

[lonelymyp]

взять готовый преобразователь типа https://aliexpress.ru/item/32894217471.html или https://aliexpress.ru/item/33029072332.html
смотря что по параметрам лучше подходит.

Comments

[Андрей]

Первый точно не подходит, т.к. у него макс. ток 100мА. А насколько мне известно только стмка сама потребляет около 100мА, а ещё нужно периферию питать.
Второй получше (600мА), но тоже не много. С учётом периферии нужно не меньше 400-500мА. Т.е. второй преобразователь будет работать почти на пределе. Плюс у него заявленный КПД 75%. Лучше уже взять третий вариант, подобрать преобразователи с высоким КПД (90+%) и получить больше мощности с высоким КПД.

[lonelymyp]

Андрей, потребление процессора крайне расплывчатое понятие, но 100 мА ему точно хватит с запасом, рекомендую ознакомиться например с этим видео https://www.youtube.com/watch?v=mhAeHdbLDMU
Ну и во избежание глюков не стоит питать сильно жрущую периферию от того же преобразователя что и процессор.

Answer 2

[pfg21]

поставить любой LDO стабилизатор напряжения, на нем падает примерно 0,45 вольта или меньше, тебе хватит.
и отслеживать напряжение питания на stm32, как только приближается к нижнему пределу - сигнализировать или хз.
минимальное рабочее напряжение стм32 ты указал в 2,7в. при таком раскладе аккум разрядится до 2,7 + 0,45 = 3,25 в. литий такой разряд переживет прекрасно.
2. с двумя аккумами не мудри, смысла в этом нет. диапазона обычного липоя с ldo стабилизатором тебе вполне хватает.
3. еще большая глупость, в данном случае ни к селу ни к городу. если интересно вытянуть всю энергию из аккума, то посмотри в сторону buck-boost преобразователей.
опять же при маленьких токах потребления суммарный кпд импульсного преобразователя может быть не лучше линейного.

Comments

[Андрей]

По поводу 2,7в для STM32 — многие говорят что на таком напряжении (точнее меньше 3В) стмка, да и периферия, начинает подглючивать.
Если же поднять до 3В, теряется часть времени работы прибора, которого и так не много остаётся.

[pfg21]

Андрей, ну тогда возьми, к примеру, MIC5205 у него обещают потерю напряжения меньше 150 мв при 50 ма нагрузки, а учитывая предполагаемый ток потребления и еще меньше. или подобный. этот просто первый попался в поиске.
или литий-железно-фосфатный аккум, у него более горизонтальная характеристика.
или buck-boost применить, но они кпд при низких токах не большое имеют.
или взять stm8l который работает до 2,5 вольт емнип. или делать програмку с минимальным потреблением.
и т.д. вариантов много.
зависит от задачи.

Answer 3

[Григорий Боев]

Попробуйте использовать инструмент от TI, можно подобрать по параметрам. В данном случае питание от 3 до 5 Вольт, ток пару ампер и упор на высокоэффективные преобразователи.
Сейчас попробовал - выдал 21 вариант, в каждом есть схема, BOM и возможность скачать pdf с подробностями

Answer 4

[VT100]

Недостаточно вводных по энергосбережению.
Если требования не жёсткие и есть выключатель питания - пересчитать схему на номинальное питание, например, 3.0 В и поставить любой понижающий преобразователь на необходимый ток.
Если нежёсткие, но нет выключателя питания (только программно) - искать преобразователь с "true shutdown".
Если жёсткие - искать преобразователь по минимальному току собственного потребления при малой нагрузке. Например - преобразователи, переходящие из режима PWM в PFM (с увеличенной кратковременной нестабильностью напряжения). Не забыть проверить возможное влияние этого режима на аналоговые узлы.
И т.д.

Answer 5

[Виктор]

Мне больше приглянулся ваш третий вариант, за него и голосую. Современные ВЧ-преобразователи по КПД достаточно близки к 100%, чтобы игнорировать небольшое уменьшение КПД из-за второго преобразования: ну, вместо 98% будет 96%, и что? По-моему, это непринципиально - ещё недавно у такой аппаратуры был КПД 80...85%, и всех это устраивало.
Но для того, чтобы КПД был по-настоящему высок, промежуточное напряжение должно быть не 5 вольт, а много выше (как минимум 12) - чем оно больше, тем меньше на его фоне потери от всяких падений напряжения на диодах и ключах. Ну и частота повыше - вплоть до 1 мГц и более, с соответствующим конструктивным исполнением.

Comments

[VT100]

Но для того, чтобы КПД был по-настоящему высок, промежуточное напряжение должно быть не 5 вольт, а много выше (как минимум 12) - чем оно больше, тем меньше на его фоне потери от всяких падений напряжения на диодах и ключах.

Спорно... Например, при понижении с 12 до 3.3, - значительными становятся потери на диоде (0.15-0.2 на Шоттки - это 4..6%), никак не зависящие от входного напряжения. Поэтому сейчас модно [обязательно] синхронное выпрямление при низких (< 3.3-5 В) выходных напряжениях.

[Виктор]

VT100, вы меня подловили на неупоминании синхронного выпрямителя, но я не упомянул это в силу полной очевидности и банальности (без него КПД под 100% просто не получить).
А что касается потерь при 12 вольтах - полагаю, вы неправы. Поднимая напряжение, мы (при равной мощности) настолько же убавляем ток. Падение на диодах примерно прежнее, а уменьшенный ток даёт настолько же меньший их нагрев. Собственно, именно ради этого и поднимают напряжение, и я об этом упомянул в своём ответе.
Единственный вид потерь, которые растут при повышенном напряжении - это потери на утечку через закрытые ключи. Но они изначально настолько мизерны, что меньше ошибок измерений, и зачастую вообще игнорируются.

[VT100]

Поднимая напряжение, мы (при равной мощности) настолько же убавляем ток. Падение на диодах примерно прежнее, а уменьшенный ток даёт настолько же меньший их нагрев.

FTGJ, это средние токи. При повышении входного - большая часть тока нагрузки начинает течь через диод (синхронный ключ).

Answer 6

[VeyDlin]

Если надо экономить энергию то ставь LDO на 3.7В, как только литий упадет меньше этого значения то стаб будет как бы "пропускать через себя" его

Выходит твой диапазон из 3В - 4.2В превратится в 3В - 3.7В, от этого диапазона все будет работать, если нет ничего критичного к этому то все хорошо