Миниатюрные повышающие стабилизаторы BL8530 или питаем микроконтроллер от одного "пальчика"

Собирая партию недорогих сенсоров на AVR контроллерах задумался, чем их питать.

Литиевые аккумуляторы с понижающим стабилизатором — довольно дорого и неэффективно.

С литиевых батареек CR2032 трудно вытянуть стабильную работу при токах более 10мА. Напряжение на них очень быстро начинает падать.

Питание от 3-х ААА слишком громоздко.

Выход — использовать повышающий DC-DC преобразователь с низким током покоя. Кому интересно, пожалуйста под кат.

Сперва хотел использовать NCP1400 от ON Semiconduction, но потом решил попробовать более дешевый аналог от китайской компании SHANGHAI BELLING BL8530.

Основные характеристики преобразователя

• Минимальное входное напряжение — 0.8В
• Выходное напряжение — 2.5, 3.0, 3.3, 5.0 и 6.0В (разные маркировки на корпусах) с точностью 2%
• Максимальный выходной ток — 200мА
• Ток покоя (при выходном токе 0 ) — 12мкА
• КПД преобразования — 85%
• Частота преобразования 300-400кГц

Более подробно характеристики можно почитать в даташите на микросхему

В общем, по описанию все очень интересно и цена довольно «вкусная».
При партии 100шт получается около 7 центов за микросхему на 3В
Также стоят и 5-ти вольтовые преобразователи
А вот преобразователей на 3.3В по такой цене не нашел. Впрочем этих двух мне вполне хватит.
Продаются в основном преобразователи в корпусах SOT89-3


Хотя в даташите есть также SOT23-3 и SOT23-5. В последних выведена нога, отключающая чип. Удобно, если через такой преобразователь нужно питать периферию и отключать ее при ненадобности вмести с преробразователем.
«Обвес» преобразователя состоит всего из четырех деталек:

• Индуктивность на 10-100мкГн
• Диод шоттки (я применил SS14)
• Выходной электролит на 47-220мкФ
• Необязательный входной электролит >= 10мкФ

Конденсаторов и катушки SMD под рукой не оказалось. Заказал, но когда еще приедут.

Пятивольтовая версия отличается только маркировкой на корпусе

На скорую руку собрал несколько плат. Просто модуль преобразователя


Модуль с батарейкой CR2032

Приступаем к тестированию

Рабочий диапазон входного напряжения у трехвольтового стабилизатора 0.8-2.9В. И хотя чип выдерживает напряжение до 12В, при повышении входного напряжения выше напряжения стабилизации выходное напряжение повторяет входное (за исключением падения на диоде и катушке). То есть на понижение напряжения данная схема не работает.

При питании стабилизатора на 3В от двух элементов АА получаем характеристики, близкие к даташиту. Выходное напряжение начинает «проседать» при выходном токе выше 200мА

Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать

Батарейка CR2032 дала стабильное выходное напряжение преобразователя при токе 10мА и длительности 5 сек, что, впрочем, оказалось вполне достаточным для моих задач

Из 5-ти вольтовой версии стабилизатора удалось «выжать» стабильное рабочее напряжение при питании от 1хАА — 30мА и 2хАА — 100мА. Потом выходное напряжение опустилось больше декларируемых в даташите 2%

Измерение входного и выходного тока и напряжения показало КПД работы преобразователя.
Так на 3-х вольтовой версии удалось получить КПД при питании от 2-х АА до 70%

При питании от 1-й АА КПД получился немного пониже

Тестируя 5-вольтовую микросхему попробовал заменить катушку с 22мкГн на 47мкГн и получил КПД практически до 80%

Жалко, катушки большей индуктивности под рукой не нашлось. Как приедут, попробую выжать из преобразователей немного больше.

Измерение выходных пульсаций показало следующее

При установленной выходной емкости 100мкФ пульсация выходного напряжения не превышает 5%


Тестирование в холостом режиме дало довольно хорошие результаты:

Питание от 2-х АА или CR2032

• Выходное 3В — холостой ток 10мкА
• Выходное 5В — холостой ток 25мкА

Питание от 1-й АА

• Выходное 3В — холостой ток 20мкА
• Выходное 5В — холостой ток 50мкА

Результаты тестирования

Параметры преобразователей BL8530 вполне близки к даташиту. Подбором дополнительных компонентов — диода, конденсаторов и индуктивности, видимо, можно достичь еще большего приближения.
Меня же вполне устроил достигнутый результат — он полностью соответствует моей задаче.
Не подвел самый главный показатель — ток холостого режима, делающий вполне доступной питание микроконтроллера от одной батарейки, при условии что тот большую часть времени «спит».

Практическое применение

Я собрал несколько автономных сенсоров контроля влажности почвы растений с батарейным питанием на контролере ATMEGA328 и радиомодулях 433МГц
Питание от 1-й АА в корпусе от коробочки 4xАА

От CR2032 пока без корпуса

И в симпатичных корпусах 4xAAA и питанием от одной ААА


В спящем режиме такие модули вместе с преобразователем потребляют 20мкА от 3-х вольтовой CR2032 и 40мкА от 1.5В. В активном режиме длительность. около 1сек (время измерения и передачи всех параметров) — около 10мА. Расчетное время работы от батарейки от 4-х месяцев до 1 года. (Зависит от периодов между измерениями)
Пока около месяца — полет нормальный


Подробнее об этом проекте с шлюзом на ESP8266 можно прочитать здесь . Там же можно взять исходники.
Сейчас едут разные катушки и ATTINY85 и ATTINY24A (минимально удалось ужать код только до них), а также более миниатюрные платы передатчиков с антеннами для новой версии сенсоров. По ним планируется отдельный обзор.

Нарисовалась правда одна проблемка по данной схеме. При попытки завести входное напряжение (плюс батарейки) на вход АЦП микроконтроллера через резистор 20кОм ток холостого хода всей схемы не падает ниже 5мА, несмотря на отключение всех портов в режиме сна. Пришлось мерить VCC контроллера, которое становится нестабильным, когда батарейке уже совсем хана. Может быть на АЦП плюсовой вывод батарейки через диод заводить или еще как то?

Все платы прошли ОТК ;)