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Zigbee: Alimentando el mote (exprimiendo las baterías)

 

En el artículo anterior pudimos ver que determinados tipos de batería tienen una caida de tensión grande en función de su nivel de descarga. En función del rango de tensiones admitido por la radio zigbee eso se podía convertir en un problema. Por ejemplo en el caso de Digi, si la radio es una Xbee el margen de tensiones de entrada es suficientemente amplio para aprovechar entre un 80% y un 90% de la energía de dos baterías alcalinas, pero (en teoría, la práctica es un poco diferente) con unas radios Xbee pro solo podríamos aprovechar el 10 ó el 20% de la carga de la batería antes de que la tensión de las mismas esté por debajo de las especificaciones.

Apuntábamos que la solución es un conversor booster.

Chip de Texas que implementa un coversor DC DC

Actualmente casi todos los fabricantes tienen soluciones implementadas en un chip, con solo unos pocos componentes externos tendremos un conversor de corriente continua a corriente continua con un amplio rango de tensiones de entrada y una tensión de salida fija. Eso nos puede permitir varias cosas, por ejemplo:

  • Podemos alimentar un “mote” con una única batería de 1,5V, el conversor se encargará de convertir esa tensión en 3,3V
  • Podemos garantizar que nuestro “mote” no dejará de funcionar prepaturamente, estará alimentado a 3,3V desde que las baterías proprocinen 3V hasta que proporcionen 0,8V
  • Podremos alimentar nuestro mote con tres pilas, no lo quemaremos porque cuando sean nuevas reducirá la tensión de 4,5V a 3,3V y cuando sean viejas la aumentarán de 0,8V a 3,3V

Lo más importante es que la reducción del voltaje no se consigue convirtiendo la energía sobrante en calor como en los sistemas tradicionales de regulación, sería absurdo en un entorno en el que lo intentamos es alargar al máximo la vida de la batería. No tiene demasiado sentido explicar en este artículo como funcionan en profundidad, hay bastante documentación que lo explica (en el enlace un ejemplo de TI). En resumen funciona por PWM (Pulse Widht Modulation), es decir, cambiando el duty cycle de una onda cuadrada, al trabajar todos los componentes en circuito abierto o circuito cerrado la eficiencia es muy alta, habitualmente de un 90%.

Circuito de ejemplo de un conversor DC DC

 En el ejemplo vemos como con 10 componentes pasivos podemos incluir en conversor en la placa de nuestro “mote”, el coste del chip puede rondar los 2€, el de la circuitería adicional menos de 1€.

Por supuesto para componentes con un rango amplio de tensiones o escenarios de muy bajo consumo no es necesario, nos “apañamos” con una batería con la curva más plana posible o asumiendo una cierta ineficiencia.

En él próximo artículo comenzaremos a construir un “mote” funcional con el mínimo coste basado en una radio de Xbee.

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