Supongamos que tiene el siguiente sistema (valores totalmente simulados) con varios suministros:
Suministro de 3.3 V:
- MCU, corriente máxima 50 mA
- 3 x LED, corriente máxima de 15 mA cada una
- Sensor A, corriente máxima 50 mA
Suministro de 5 V:
- Transceptor de bus, corriente máxima 25 mA
- sensor B, corriente máxima 80 mA
Suministro de 12 V:
- Dos relés, corriente de entrada máxima de 200 mA, manteniendo una corriente de 50 mA
Suponiendo que tenga una única entrada de 230 VCA en el dispositivo, por lo general tiene sentido generar el voltaje de CC más alto y regularlo más "hacia abajo".
Por lo tanto, el presupuesto (para el máximo actual) es:
- 3.3 V: 50 + 3 * 15 + 50 = 145 mA (0.4785 W)
- 5 V: 105 mA (0.525 W)
- 12 V: 2 * 200 = 400 mA (4.8 W)
Este es el peor consumo de energía posible en esos rieles separados.
Ejemplo con reguladores lineales
Ahora, si usa solo reguladores lineales para hacer 3.3 y 5 V desde 12V, todas las corrientes simplemente se sumarán. En el peor de los casos, debe proporcionar al menos 145 + 105 + 400 = 650 mA. Es prudente sobredimensionar ligeramente el suministro de 12 V, por ejemplo, suponiendo que 700 mA (los reguladores lineales mismos "quemarán" alguna corriente).
Ejemplo con reguladores de conmutación
Si obtiene 3.3 y 5 V a partir de 12 V utilizando conmutadores que tienen una eficiencia del 80% a la corriente máxima, entonces las cargas (según lo visto por el suministro de 12 V) serán:
- Desde el riel de 3.3 V: 0.4785 W / 0.8 = ~ 0.6 W (es decir, 0.05 A)
- Desde el riel de 5 V: 0.525 W / 0.8 = ~ 0.66 W (es decir, 0.055 A)
Agregue las corrientes (y los consumidores de 12 V) y obtendrá la corriente máxima del riel de 12 V.
Tricks
Los cálculos se realizaron para el peor caso de consumo. Debe usar esos valores si la fiabilidad del dispositivo es fundamental. Sin embargo puedes optimizar el diseño utilizando algunos trucos. Los sistemas que funcionan con baterías, por ejemplo, rara vez se ejecutan a su máximo consumo de energía.
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Los relés de 12 V no tienen que cambiar a la vez (dependiendo de la aplicación, por supuesto). Si puede secuenciarlos (p. Ej., Retrasarlos activándolos en 500 ms, digamos) Entonces "necesita" solo una corriente de arranque y una corriente de mantenimiento.
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Los 3 LED nunca estarán todos encendidos al mismo tiempo (nuevamente, dependiendo de la aplicación).
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El sensor B se usa para una medición cada 10 segundos y esa medición toma 100 ms (en este caso, el consumo promedio del sensor es 0.1 / 10 del consumo máximo).
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La corriente máxima de MCU a menudo se proporciona con el supuesto de que todos los periféricos están habilitados, sincronizados a frecuencias máximas y utilizados al mismo tiempo. Esto rara vez sucede en la práctica (no los usa todos en un solo dispositivo).
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Si el consumo máximo es lo suficientemente corto (y algo predecible) puede vivir con una fuente de alimentación de corriente máxima más baja si proporciona una capacitancia suficientemente grande en el riel de alimentación (los condensadores proporcionarán la corriente "faltante", pero solo hasta cierto tiempo).
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Si la batería no puede proporcionar la corriente máxima que necesita el dispositivo, ralentice los relojes y pretenda que no sucedió nada (¡hola Apple!).
El diseño de baja potencia y la optimización de potencia es un tema enorme. Puede leer, por ejemplo, algunos artículos de CMicrotek