Hallo zusammen,
mein Vater geht in 5 Jahren in Rente und hatte mich gefragt, ob ich ihm ein Gerät bauen kann, welches die verbleibenden Tage runterzählt. Als Idee hatte ich dann vor ein eInk Display zu nehmen, welches die Daten von einem Attiny1616 bekommt. Das ganze habe ich dann in einen Schaltplan gepackt und daraus eine Platine designt. Das ganze funktioniert auch (zumindest laut ersten Tests) sehr gut. Ich hatte das Layout ursprünglich auf Reddit hoch geladen, damit eventuelle Fehler im Layout möglichst vor dem Bestellen auffallen.
Ein User sprach da von extrem ineffizientem Design (LDO an Lithium Akku).
Da das ganze System im Durchschnitt jetzt 3.2uA zieht, kann man das "extrem ineffizient" denke ich ignorieren, allerdings kommt natürlich die Frage auf: Wie geht es noch niedriger? Ich habe mal den Schaltplan als Bild angehängt, falls das hilft. Das Display ist dieses: https://www.waveshare.com/1.54inch-e-paper-module.htm
Auf der Platine ist auch ein DCF77 Modul um die Uhrzeit periodisch zu aktualisieren (1x pro Woche).
Wie würdet ihr vorgehen, um den Stromverbrauch zu senken? Mit dem gleichen Controller ist denke ich nicht signifikant weniger drin, oder sehe ich das falsch? Es geht mir hier nicht darum, die aktuelle Platine signifikant zu verbessern, ich möchte eher für zukünftige Projekte wissen, worauf ich hier achten sollte. Danke schonmal für Eure Vorschläge
Ein User sprach da von extrem ineffizientem Design (LDO an Lithium
Akku).
Der MC selber kann auch ohne Regler direkt von einer LiIon/LiPo Zelle getrieben werden, weil er im gesamten Bereich der Zelle funktioniert. Display und DCF Modul müssten daraufhin abgeklopft werden.
Den MC könnte man mit dem 32kHz Takt takten und ihn so sehr stromsparend gestalten. Das Programm würde natürlich langsam abgearbeitet werden, ist hier aber nicht wichtig. Zwischendurch kann er ja auch schlafen.
Den MC könnte man mit dem 32kHz Takt takten und ihn so sehr stromsparend
gestalten. Das Programm würde natürlich langsam abgearbeitet werden, ist
hier aber nicht wichtig. Zwischendurch kann er ja auch schlafen.
Der MC schläft den ganzen Tag außer 5 Sekunden lang, in denen er das Display aktualisiert. Hier wird er auch hochgetaktet (10MHz), da die Übertragrung des Displaypuffers (5k) sonst lange dauert und mehr Strom braucht, da das Display länger mit Strom versorgt sein muss.
Während der MC schläft sind sowohl Display als auch DCF Modul nicht mit Strom versorgt.
Hier mal das Github Repo, falls es sich jemand genauer anschauen möchte. Es geht aber, wie gesagt, nicht primär darum, diese Schaltung zu verbessern, sondern eher darum, was man von Anfang an hätte anders machen können.
Was muss das für ein Job sein, wo man schon fünf Jahre vor Ende anfängt,
(ungeduldig) die Tage zu zählt?
Ich glaube das hat hier weniger mit Ungeduld zu tun und mehr damit, dass mein Vater nicht weiß, wie lange es dauert, einen solchen Tageszähler zu bauen und auch nicht, wann ich Zeit dafür habe. Ich vermute er wollte es nur frühzeitig ankündigen.
Für 10 verbleibende Tage ein solches Gerät zu bauen, ist ja auch nicht wirklich sinnvoll.
Da das ganze System im Durchschnitt jetzt 3.2uA zieht, kann man das
"extrem ineffizient" denke ich ignorieren, allerdings kommt natürlich
die Frage auf: Wie geht es noch niedriger?
Vorschlag:
Du nimmst einen Spannungsregler mit Enable-Eingang und machst da eine Selbsthaltungs-Schaltung dran. So dass der Controller seine Stromversorgung selbst an- und abschalten kann. Damit verbraucht der dann während der meisten Zeit nur noch minimale Leckströme.
Vorteil: Das Ding läuft von 1.5 bis 5.5 V, kann also direkt an die Batterie. Und es braucht nur 240 nA. Den Interrupt-Ausgang des RTC-Moduls hängst Du dann an den Enable-Eingang des Spannungsreglers um damit dann den Mikrocontroller einzuschalten.
Da das ganze System im Durchschnitt jetzt 3.2uA zieht, kann man das
"extrem ineffizient" denke ich ignorieren, allerdings kommt natürlich
die Frage auf: Wie geht es noch niedriger?
Überleg mal folgendes:
3,2µA entsprechen 28mAh - pro Jahr. Für Akkus bringt weniger kaum noch etwas, weil die Selbstentladung schon mehr ausmacht als die Schaltung.
Dine Optimierung wäre am ehesten dann sinnvoll, wenn du Knopfzellen oder LiSOCl2-Batterien und 10 oder 20 Jahre Laufzeit haben willst (LiSOCl2 haben 1% pro Jahr Selbstentladung).
Was Verbesserung angeht:
2,7V Systemspannung (falls dein Display damit klarkommt). Mit 3,3V bekommst du die Zelle nur auf irgendwas 3,5V geleert und verzichtest auf einen guten Teil der Ladung.
Der MCP1702 ist mit seinen 2µA komplett ok, ein Schaltregler wird da nichts besser machen. Bessere LDO gibt es, Beispiel:
https://www.ti.com/product/de-de/TPS7A02
0,025µA Eigenverbrauch.
Auch eine RTCC, die den Tiny zuschaltet wäre denkbar, es gibt Chips die sich mit weniger als 1µA zufriedengeben.
Für Akkus bringt weniger kaum noch
etwas, weil die Selbstentladung schon mehr ausmacht als die Schaltung.
Nicht bei guten LiIon. Ich habe vor Jahren meine Küchenwaage von einer CR2032 auf LiIon 650mAh samt MCP1702-3002 umgebaut, hält über drei Jahre.
Ich beobachte seit Jahren Li-Akkus und habe mehr als einen, der nach 5 Jahren noch immer bei 4V-Leerlauf liegt. Die sind nicht vom Ali, sondern aus einer bekannten Lieferkette für kommerzielle Geräte.
Mein Türgong mit SAB0600 und 2s-Lipo in der Bauform 9V-Block ist seit Herbst 2019 in Betrrieb. Aktuell zeigt er 7,6 Volt, weit ab von leer.
Dine Optimierung wäre am ehesten dann sinnvoll, wenn du Knopfzellen oder
LiSOCl2-Batterien und 10 oder 20 Jahre Laufzeit haben willst (LiSOCl2
haben 1% pro Jahr Selbstentladung).
LiSOCl2 wäre hier eine gute Idee, da sie ihre 3,6 V sehr lange halten und relativ zum Volumen sehr viel Kapazität bringen. Eine solche im C-Format (Baby) liefert über 7Ah.
Mit 3,3V
bekommst du die Zelle nur auf irgendwas 3,5V geleert und verzichtest auf
einen guten Teil der Ladung.
Bei geringem Strom kommen die MCP1702 unter 150mV drop. Mein Spannungslogger mit ATMega328, ADS1115 und SD-Karte schreibt alle 10s den Wert auf und läuft mit einer guten 18650 ca. 500 Stunden. Das System spielt noch bis 3,0 Volt zuverlässig und bekommt damit den Akku auf 3,3 Volt herunter. Das Gerät schaltet sich ab, wenn der ADS1115 unter 3,25 V meldet.
schaltplan.png
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