我设计的断电和唤醒电路过于复杂（而不可靠？），求简化思路

Rabbitoose

问题背景

我做的数据采集设备每天只需要工作数次，总耗时不到半小时，其他大部分时间都是待机。目前实测待机时（DCDC等基本部分实际上仍在工作）电流有4mA左右。

由于供电方式为锂电池，导致20AH的锂电池也只能维持半个月左右。

在这半个月中，待机造成的电量浪费达到了15天*24小时*12V*4毫安*0.001=17.28AH，可见大部分电量都是待机时浪费掉了。

为了将待机时间最大程度延长，我想设计一个电路，在电源入口处放一个MOSFET，待机时间直接将电掐掉，实现微安级功耗。

虽然工作时电流（不到100mA）也有优化空间，但是工作时间短，相对待机时间微不足道，所以其他电路我就不用费劲优化了。

解决思路

在电源入口处放一个MOSFET，再配合一个超级电容和RTC芯片（初步选择了RX8025），由RTC芯片和MCU共同控制这个MOS管的通断，使得：
1）初上电时，MOS管自动导通。
2）MCU通过IO脚可以关断MOSFET。
3）当RTC芯片发生事件时，让MOS管导通。
4）MOS管导通后可以保持住导通状态，除非MCU有意断电。

我初步画了一个电路，并简单测试了数小时尚可正常工作，电路如下：



其中，
1）VBUS为电源输入（因为我打板测试时是用USB供电的，实际工作时应为12~24V输入）。
2）RTC_INT为实时时钟中断输入，为8ms的开漏输入。
3）EN_POWER为MCU的控制引脚。

工作原理：
1）当初次上电时，由于C16的存在，Q9被短时导通进而导致Q8导通，进而Q6导通，MOS管Q5导通。。。
2）当发生RTC中断时，引脚为开漏，Q8导通，进而Q6导通，MOS管Q5导通。。。
3）导通后，Q4导通，且由于C12的存在，可以稳定导通，Q5的导通被保持，不再依赖Q6。
4）工作完需要断电时，MCU将EN_POWER置为开漏，C12被放电，Q4断开，进而MOS管Q5断开。

可能存在的问题
1）使用了数量较多的分立元件，电路过于复杂，可靠性有待检验。
2）可能存在半导通状态，不知道会不会有上电时序问题。

请帮我看看吧，谢谢。

sweet_136

楼主电路画的好.点个赞.逻辑通顺. 可无赖我等水平不够,实在想不出别的更优方案..对不住了..

liufabing

不是有个一键 自杀/关机 电路么?

mainbp

找找有没有静态电流小的LDO 待机时 供电MCU，其他电路关闭；

wy2000

你算错了吧。  15天    4mA放电 = 15*24*0.004=1.44AH     它和电压高低没关系的

Rabbitoose

wy2000 发表于 2023-6-5 17:13
你算错了吧。  15天    4mA放电 = 15*24*0.004=1.44AH     它和电压高低没关系的
(引用自5楼)

算错了，应该是15*24*12/3.7*4*0.001=4.67AH。

电池包是3串的，但是容量是按照单节3.7V标的。

了无

不知道电池的自放电有没有影响

Rabbitoose

了无 发表于 2023-6-5 17:21
不知道电池的自放电有没有影响
(引用自7楼)

我也打算换电池包试试。我找了一家卖电池的给我做了几个电池包，用的是国产A级电芯。还没到货。

cne53102

管子数没减下来，但是总数应该能少几个，
然后应该不需要再担心那个RC保持时间的问题了，
这个就是拉左边的绳开灯，拉右边的绳关灯。
然后PMOS换了60V的，24V上用30V的MOS不太妥。
12V/24V电池不存在时如果C1存在其他放电路径，则可以不安装R6。
未测试，可能还能继续简



编辑补充：开关速度不重要的话R1和R2可以继续增大，或者不用RTC的电改成用12V电池的，但24的不行

t3486784401

正如 5L 所言，费这么大劲，还不如去检查下为啥 1.44ah 就干没电了

t3486784401

Rabbitoose 发表于 2023-6-5 17:17
算错了，应该是15*24*12/3.7*4*0.001=4.67AH。

电池包是3串的，但是容量是按照单节3.7V标的。 ...
(引用自6楼)

AH 是电量单位，与电压无关。

而且你提到了是串联，那么单节的 AH 数，就是与整包的 AH 数相等。

LZ 是不是误会了 WH 与 AH 的区别？

EMC菜鸟

mainbp 发表于 2023-6-5 17:06
找找有没有静态电流小的LDO 待机时 供电MCU，其他电路关闭；
(引用自4楼)

同意这个方案，如果楼主要精确计时，选有rtc的低功耗mcu。

Rabbitoose

t3486784401 发表于 2023-6-5 17:37
AH 是电量单位，与电压无关。

而且你提到了是串联，那么单节的 AH 数，就是与整包的 AH 数相等。
(引用自11楼)

是这样的，我下面小伙买的是这种电池包，像个充电宝，内部结构我没拆过，但是它的输出电压是多种的。

卖家的容量貌似是按照3.7V来标的（我没和卖家接触过，所以信息不确切）。

Rabbitoose

EMC菜鸟 发表于 2023-6-5 17:45
同意这个方案，如果楼主要精确计时，选有rtc的低功耗mcu。
(引用自12楼)

我用的是STM32，RTC电流不知道够不够小，但是对我来说应该不是问题。也不需要精确计时，没压力。

加个低功耗ldo问题不大。

我想想看。

cne53102

Rabbitoose 发表于 2023-6-5 17:50
是这样的，我下面小伙买的是这种电池包，像个充电宝，内部结构我没拆过，但是它的输出电压是多种的。

卖 ...
(引用自13楼)

这玩意看着不妙啊，它内部至少2个DCDC，自己都很大消耗了

d__xin

有独立时钟没有？有的话搞个闹钟就行了，不用这么费事。

另外电池包可能自己耗电很严重

Rabbitoose

d__xin 发表于 2023-6-5 17:56
有独立时钟没有？有的话搞个闹钟就行了，不用这么费事。

另外电池包可能自己耗电很严重 ...
(引用自16楼)

嗯嗯，明天拆一个看看。

siguo

一，换静态电流小的LDO。
二，不用切断MCU电源，换成深度睡眠模式或停机模式（中断唤醒工作），把睡眠模式电流控制在uA级别。

pll19840511

1.DC-DC选用小电流下(mA级别)效率高的芯片，至少80%的效率。
2.设定RTC的定时时间，休眠时，只有RTC工作，工作电流为uA级别，同时RTC有自己单独的小电池，可充电的（整体上电时进行充电），或者不可充电的（能用几年没问题）
3.RTC定时时间到，通过上面的中断引脚通过MOS来控制整个系统的电源通路
4.每一个用电芯片必须仔细检查IO以及供电情况。

pll19840511

楼主做数据采集设备，是不是要用4G通信模组？是不是得留住通信模组得电源？短信唤醒？振动唤醒，定时唤醒，上电唤醒？

Rabbitoose

pll19840511 发表于 2023-6-5 20:47
楼主做数据采集设备，是不是要用4G通信模组？是不是得留住通信模组得电源？短信唤醒？振动唤醒，定时唤醒， ...
(引用自20楼)

4G模块我平时是断电的，只有需要发送数据时才上电、联网、发送。发送完再断电。

Rabbitoose

mainbp 发表于 2023-6-5 17:06
找找有没有静态电流小的LDO 待机时 供电MCU，其他电路关闭；
(引用自4楼)

我找了几个低Iq的LDO，打算从中选一款：

HT7133，30V耐压，3uA静态电流，很便宜
TPS70933，30V耐压，1uA，SOT-23-5，1元
RT9069-33GB，36V，2.5~3.5uA，SOT-23-5，1.7元
润石RS3002-3.3YE3，36V，2.5uA，SOT-89，0.5元

wye11083

Rabbitoose 发表于 2023-6-5 17:17
算错了，应该是15*24*12/3.7*4*0.001=4.67AH。

电池包是3串的，但是容量是按照单节3.7V标的。 ...
(引用自6楼)

电池容量单位不是这样写的。。

电池单位有W·h，以及VA·h，等。A·h只是电流流量单位，不可跟功率/容量单位混用。

另外，电池供电可以考虑挂一片stm32l0或stm8等等na级系列的超低功耗mcu，控制dcdc的使能管脚等。注意dcdc和ldo的反馈网络阻抗，其它电源串接阻抗等，这些也会消耗功率。成双成对可以选择acot等有节电模式的器件。

低功耗设计有难度的，罗技m215鼠标一节电池重度使用只能三四个星期，而现在的新鼠标可以用一年。。如果电池包只有20wh的电量，那么4ma待机是有点高。但是理论计算纯待机也能扛一个多月。。

mainbp

Rabbitoose 发表于 2023-6-5 21:03
我找了几个低Iq的LDO，打算从中选一款：

HT7133，30V耐压，3uA静态电流，很便宜
(引用自22楼)

还可以在LDO前串个电阻，（供电最小电压-输出电压 -压差）/最大电流

Rabbitoose

mainbp 发表于 2023-6-6 07:53
还可以在LDO前串个电阻，（供电最小电压-输出电压 -压差）/最大电流
(引用自24楼)

这是为了分压限流保护LDO吗？

Rabbitoose

wye11083 发表于 2023-6-6 02:26
电池容量单位不是这样写的。。

电池单位有W·h，以及VA·h，等。A·h只是电流流量单位，不可跟功率/容量 ...
(引用自23楼)

DC/DC需要工作时，使能管脚一直靠STM32L0来拉高吗？还是设立一个自保持电路？需不需要担心STM32L0自身的可靠性问题（它跑飞了、死机了导致整个设备无法工作）。

我觉得增加一个MCU确实能给我带来便利，这样我只需要对原来的板子做一个局部改动即可（我有几款布局类似的都需要做同样的改动）。

我看了一下个头相对较小，价格也比较便宜的就是STM32L010F4P6了，TSSOP-20封装。

我是不是应该这样操作？

1. 电源入口处增加一个低Iq的LDO和STM32L010F4P6。
2. DC/DC使能脚配下拉电阻。
3. 将上述mcu配置为较低频率运行（比如1M左右）以降低运行时功耗。
4. 上述MCU受主MCU IO信号指令进入睡眠状态，靠内部RTC闹钟换醒。
5. 上述MCU启动时拉高DC/DC使能脚，睡眠时靠下拉电阻拉低DC/DC使能脚。

这样一来，板子待机时只有LDO和STM32L010F406的10uA（？）左右电流。
上述LDO只要能满足mcu以1MHz主频运行时的电流即可，假设5mA（我还没查datasheet，往多了估），那么LDO的热功耗为（12.6-3.3）*5=46.5mW。这对SOT-89的LDO来说温升应该问题不大。

mainbp

Rabbitoose 发表于 2023-6-6 08:38
这是为了分压限流保护LDO吗？
(引用自25楼)

是的。   

Rabbitoose

mainbp 发表于 2023-6-6 08:58
是的。
(引用自27楼)

好的，谢谢指导

qtechzdh

MCU独立或者使用LDO供电，DCDC和其他电路受MCU控制。
MCU低功耗待机时电流都是uA级。MCU内部RTC唤醒，通过IO控制DCDC和其他电路上电。
工作完毕，MCU进入休眠状态，所有外设断电。
如果嫌弃MCU工作的电流大，LDO不合适，就弄一个2个二极管给MCU供电，DCDC工作的时候电压比LDO高一点。

Rabbitoose

qtechzdh 发表于 2023-6-6 09:27
MCU独立或者使用LDO供电，DCDC和其他电路受MCU控制。
MCU低功耗待机时电流都是uA级。MCU内部RTC唤醒，通过I ...
(引用自29楼)

MCU唤醒时工作电流比较大就是我昨天晚上没想明白该怎么做的。

“就弄一个2个二极管给MCU供电”，请进一步讲讲怎么做吧

qtechzdh

DCDC3.3V-----▶|--- MCU
LDO3.0V-------▶|--- MCU

MCU工作的时候无非就是是否没弄到的外设禁用，没用的IO是否设置为特定的状态（比如STM32的AIN状态）其他不用的芯片是否进入掉电模式或者低功耗模式。

Rabbitoose

qtechzdh 发表于 2023-6-6 09:37
DCDC3.3V-----▶|--- MCU
LDO3.0V-------▶|--- MCU
(引用自31楼)

哦哦，是我想错了。

但是困扰我的是其中一个细节，假设我用主MCU（而不是wye11083建议的那样增加一个低功耗mcu）来做使能控制，

那应当是如下步骤：

1. MCU内部RTC闹钟事件
2. MCU被唤醒（这时需要较大电流）
3. MCU通过IO去使能DC/DC
4. DC/DC开始供电，LDO退出

在第2到4步这个小时间差内，MCU所需电流较大（正常工作电流），而且仍然需要由LDO承担，我担心在大压差下这对LDO是个考验，比如用SOT-89的或SOT-23-5的。

//edit:时间->事件

syauxwm

Rabbitoose 发表于 2023-6-6 09:42
哦哦，是我想错了。

但是困扰我的是其中一个细节，假设我用主MCU（而不是wye11083建议的那样增加一个低 ...
(引用自32楼)

1、电路弄得有点复杂了，用LDO给MCU供电，其他需要大电流得用DCDC或者LDO都可以，不工作的时候，关闭！
2、MCU工作和休眠的电流，是可以计算到的，不是很大电流，所以LDO一直供电就可以；前提LDO的静态功耗要低；
3、充电锂电池，需要确认的是，自身能不能坚持到，你要求的半个月，这个很重要，因为他有自放电；

Rabbitoose

cne53102 发表于 2023-6-5 17:53
这玩意看着不妙啊，它内部至少2个DCDC，自己都很大消耗了
(引用自15楼)

我测了它自己消耗的电流是5.4mA。在船型开关那里，即锂电池输出的地方，串万用表测到的。

测量电池组电压是28V的。

也就是说打开开关后它自己就在消耗28V*5.4mA=0.15W。

liugang1986

Rabbitoose 发表于 2023-6-6 09:42
哦哦，是我想错了。

但是困扰我的是其中一个细节，假设我用主MCU（而不是wye11083建议的那样增加一个低 ...
(引用自32楼)

MCU刚刚唤醒后消耗的电流，与该状态下启用的外设有关。如果MCU在休眠之前提前关闭了相应的外设，那么在刚刚唤醒后，这些外设一般的默认状态也是关闭的，因此MCU的总耗电不大。按照这个思路，只要在MCU重新启用相应外设之前给足时间，让DC-DC充分启动至正常状态，“屏蔽”掉LDO，就不用担心LDO承担过大电流的问题了。

cne53102

Rabbitoose 发表于 2023-6-6 10:59
我测了它自己消耗的电流是5.4mA。在船型开关那里，即锂电池输出的地方，串万用表测到的。

测量电池组电 ...
(引用自34楼)

这个有点大了，如果板子不是需要恒定的输入最好不要用这种自己带DCDC的电池