有漏电的自制红外线遥控器

xiaolaba

据说有需要, 做了只有8个键的一个遥控器, 第一版设计, 阻容放电延时切断电源, 用 N-CH MOSFET 做开关, 手边就只有这一种, 成功的, 用了一年. 不过延时长度不能确定, 所以随便加长, 不按也必然无谓的费电, 工作电流26mA. 断电后漏电流是0.

IR remote

小改版, 去掉电容, 加用一只 I/O 控制 MOSFET, 按键过后马上自行关断电源, MCU是不动了, 也成功, 不过还是有 3mA 漏电流.

电路图这样,

MOSFET power switch

高手给支个招, 如何使漏电流降到 0

谢谢

jojoling

這時強迫把 mosfet G 接地放電後再放開，還會有 3mA嗎？

jojoling

可能是20M電阻放電過慢，你可以手動切斷控制線測試，看它需時多久才會放完電。
改硬體的話，20M電阻改小。
改軟體的話，直接進 power down  mode，讓 mcu 關掉內部會吃電的電路，就算外面 mosfet 沒關完。
第2種改軟體的方法，關掉時，把 GPO改成 GPI並把 pull-up resistor關掉~

SIMON1016

1.  BAT 3.7V 供電 , 可見 N_MOS  G極為低壓控制

2. MCU  的 GND 腳 接  N_MOS_D極  ; V_MCU_GND  = V_MOS_D
   當OFF 時  I/O_ (LOW) => V_MOS_G= V_MCU_GND  = V_MOS_D
   看到了嗎 V_MOS_G=V_MOS_D  相當於 DG接在一起   MOS處在線性區

3. 改P_MOS(PNP)  於 MCU VCC前方 控制供電
   MCU I/O用 OpenCollect or OpenDrain (無pull high 電阻/無靜電保護二極體)

jojoling

SIMON1016 發表於 2016-12-7 07:45 PM
1.  BAT 3.7V 供電 , 可見 N_MOS  G極為低壓控制

2. MCU  的 GND 腳 接  N_MOS_D極  ; V_MCU_GND  = V_MOS ...

報告SIMON哥~

其實就算mosfet在電阻區，Vgs的電荷也應該被電阻放光而進入 off~
此問題有幾個沒說明的地方~
如 Vgs 此時電壓為何？經過長時間是否有降低？
如沒降低，應該是 mcu 經由Vcc慢慢降而進入了無法預測的當機狀態了，然後 pin 腳的電就mcu保持住了。
如有降低，應該就是 20M的電阻放電太慢了。

SIMON1016

jojoling 發表於 2016-12-7 07:15 PM
報告SIMON哥~

其實就算mosfet在電阻區，Vgs的電荷也應該被電阻放光而進入 off~

......，Vgs的電荷也應該被電阻放光而進入 off~....

....這句我持保留態度,

  得看MCU I/O 結構是否會因負壓( I/O相對於 POWER_MOS_S) 而漏過去 給 R_GS成 為補充Vgs的電荷
譬如說: MCU I/O 有靜電逆壓防護二極體, 堤供路徑給R_GS成 為補充Vgs的電荷

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-7 05:46 PM
這時強迫把 mosfet G 接地放電後再放開，還會有 3mA嗎？

是的, 短路马上变0, 20M 换成39K 电阻, 情况一样

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-7 05:59 PM
可能是20M電阻放電過慢，你可以手動切斷控制線測試，看它需時多久才會放完電。
改硬體的話，20M電阻改小。
...

MCU IO 设成 HIGH. 断电时设成 HI-Z 的 INPUT MODE.

xiaolaba

SIMON1016 發表於 2016-12-7 09:58 PM
......，Vgs的電荷也應該被電阻放光而進入 off~....

....這句我持保留態度,

S大, 这个看不懂, 可以说明什么情况呢

N-CH MOSFET 是这支
http://www.mouser.com/ds/2/427/71876-244660.pdf

MCU是 ATMEGA328P, IO 是 PB0
http://www.atmel.com/Images/Atme ... -328P_datasheet.pdf

因为有空就修订一下设计, 看看有没有进步的地方, 不过一直不得其法, 所以几个月就要充电一次.

jojoling

SIMON1016 發表於 2016-12-7 09:58 PM
......，Vgs的電荷也應該被電阻放光而進入 off~....

....這句我持保留態度,

報告 Simon哥，You are right.

Sorry我應該沒說清楚。
那句話是說，"理想上如果 MCU 那端沒有問題的話(漏電)，就算 mosfet 進入了三態區也應該要被放完電"~
你的圖是正確的，在硬體設計裏如果是 pure GPO design的話~
不過現今的 mcu/cpu 的 I/O腳通常是 multi-function pin design~意指軟體可以干預它在關機時的非預期狀態，韌體很常幹這種事。

ATmega328p內部圖一：如你所畫


ATMega328p內部圖二：gpio block



由圖二來看，應該就是SLEEP啟動內部 mosfet ~
難怪直接切換成 GPI後的放電好像沒效，還需經過 SLEEP 信號啟動對地mosfet放電~
以此電路圖來看，千萬不要設成GPI，直接設成 power down mode來試。

可用別人寫的"庫"來進 power down mode~
http://playground.arduino.cc/Code/Enerlib

我這篇有用，懶的放在標準路徑，直接放在project code及可~
http://bbs.pigoo.com/thread-58357-1-1.html

jojoling

如果上述還不行的話，表示：mcu不夠時間進入睡眠就被強迫外部拉電拉掉了~
最後一招不改太多的大絕招就是：

1. 100uF 電容加回，確保進入睡眠時 mcu 可以跑完完整的 cycle~
2. PB0->GPO->HIGH，此控制信號不適合轉態成 LOW or GPI
3. 進入 power down mode~

專炸元件

怎麼不做硬體開關  

xiaolaba

專炸元件 發表於 2016-12-8 08:25 AM
怎麼不做硬體開關

人人都會忘記關的

xiaolaba

為了理解為什麼這樣會漏電, 參照前輩提示, 以MCU的GND為參考點, 量了自動關機後的兩個點,
Vd = 0V, 參考點, GND
I/O = -0.27V
Vs = -2.0V, 電池負極

把20M電阻改小到20K也是無效, 只是漏電流從3mA降低了一些到2mA, 但是這個不能無限減少, 不然就永遠無法上電工作了, 而且按START會短路電池.

也證明 Vg > Vs, 所以 Vd 和 Vs 之間有通道, 形成漏電, 但是原因呢, 肯定跟 CPU 有關, 但是實際成因呢...

IR remote self power off why leakage

jojoling

實際成因喔，個人認為就是 MCU的 Vcc to GND電壓，呈現曲線的慢慢掉下來，然後低到 mcu 所能工作的電壓以下，就不動了。斷電斷太慢就會變成這樣。

ic不動了，此時的漏電的問題，就是專門的課題了。可參考一些討論 leakage 的文章
http://www.mpedram.com/Papers/IEICE-leakage-review-journal.pdf

ATMega328p的電源管理，請參考文件第10章
10. Power Management and Sleep Modes，此部份就是實作管理那些 leakage 在 ic 內部的。
可用 sleep mode 去啟動內部隔電的 gate~

解決這類型的問題，如需自己外部做一些 gate 來隔離不同區塊。底下為 gate /光偶 的example~

SIMON1016

既然已經用 N_MOS  那就jojoling 樓上電路 該是夠用


不然就改 PMOS  ---- 之前 第3 項  說的  改P_MOS
缺點 注意VGS開啟電壓  是否足夠



改PNP BJT 延時效果有限


也是很有機會遇上  jojoling 說的
供電下降  VS  MCU電壓不足當機  鎖在不上不下的位置
這顆MCU 我不懂

MCU 斷電時的  debug  
注意DVM電壓表內阻 10M  

量V_MOS_G/GND   與 20MR   分壓  誤動
請直接量 V_GS
-------------------------------

還有個 簡單的大招
拿 舊行動電源有  觸動開關+自動關電的 ....
條件是 系統待機電流 低到足以 使 行動電源 認為 可以自動關電...

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-8 03:03 PM
實際成因喔，個人認為就是 MCU的 Vcc to GND電壓，呈現曲線的慢慢掉下來，然後低到 mcu 所能工作的電壓以下 ...

J大好
為了最深入理解這個現象, 昨午飯休息試驗一下. 確認了兩個問號的答案.
MCU刷乾淨, 沒了程序控制, 現象一樣
另外把20M電阻換成10K左右, NPN串入, IO控制NPN, 總體漏電從3mA掉到0.5mA
因此確認了此現象跟MCU本身的結構有關.
看來還是需要像S大提議的, 有時間需要外出買 P MOS 做 HIGH SIDE 控制了

xiaolaba

SIMON1016 發表於 2016-12-8 05:06 PM
既然已經用 N_MOS  那就jojoling 樓上電路 該是夠用

謝謝S大, 看來這個方案是最可靠的.
除非改了不用ARDUINO的板子, 單純MCU 加上 sleep & key press wake-up

SIMON1016

xiaolaba 發表於 2016-12-9 07:23 AM
謝謝S大, 看來這個方案是最可靠的.
除非改了不用ARDUINO的板子, 單純MCU 加上 sleep & key press wake-up ...

我畫的圖 有點問題  
P_MOS 的R_GS 迴路 可能 會經由 MCU I/O內部  二極體  走到 MCU_VDD 去
這樣問題還是會發生

解法 就是 I/O  增加NPN 到 R_GS 迴路
==> 其實跟jojoling 15# 上圖是一樣的

jojoling

ATMega328應該可以降低到 uA級~ (BOD在ATMega328P可以用軟體關閉)
http://www.home-automation-commu ... -coin-cell-battery/
https://github.com/rocketscream/Low-Power

upchome

不必MCU浪費一個I/O PORT來控制，現成的線路就有。
原理圖摘錄至對岸論壇。

jojoling

xiaolaba大大好~

atmega328p的省電功能，在純電池無 LDO下其實還不錯用說，量測數據如下：

環境：
1.外接  5V供電連進 Vcc，無 LDO靜態消耗。
2.Arduino MCU Vcc 前端切開串接電流表。
3.使用 arduino D2 腳叫醒( 連一個電阻到地，我設定 hight voltage to wake up system)
4.程式閃滅各1sec，共3次後會自動睡覺， wake up 後清除 count 重新計數3次後再睡覺。
5.測試程式。 PowerDown.zip (6.2 KB, 下載次數: 11)

2016-12-13 01:55 AM 上傳

點擊檔案名下載附件

量測：
Fluke 3位半便宜電表，active mode 電流約為 16mA，power down mode with ADC_OFF  , BOD_OFF 電流為 0.00uA  (電表測不出來)


使用 HP 34401A 6位半電表量測，active mode 電流為 15.3mA，power down mode with ADC_OFF , BOD_OFF 電流約為 0.40uA(5V測試環境)


以鋰電一般常見的數據來看，電池充飽後每月自放電率 1%-2%，有保護版加 3%來看，待機電流已遠小於自放電率。

以0.4uA計算，每月耗電量為，0.4uA * 24 * 30 = 288u (Ah)~
以 1000mAh電池來說為 0.028%
以 2000mAh電池來說為 0.014%


另外你電路用的 Si7888 ，在小電流與低壓系統對 power consumption的影響比例到還好。
可以用簡單的 pmos /nmos 就好了，如 AO34xx之類的就可以了。
大電流再考慮這類型的就好~ 一般上 NMOS 在這類型比 PMOS 多樣與便宜，在保護電路上可以用 cmos (p+n) gate 去控制達到省電與低Rds-on。缺點就是比 PMOS 設計麻煩一點。

依據 #15 圖1插的，功率 mosfet 可正常被斷電。這樣 power n mosfet 就可共用料了。



ps: cmos gate 在現今的設計滿常用的，省電，又可以快速的信號轉態，個人實驗還不錯，可以不用為了大電流而買特殊整合 IC ，可使用外部 p+n gate 去控制power mos 的 on/off 來減少發熱與提升效率。

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-13 01:53 AM
xiaolaba大大好~

atmega328p的省電功能，在純電池無 LDO下其實還不錯用說，量測數據如下：

j大
這個太專業的分析了讚一個
偶沒有那些高級儀器
不過確定是uno板子和CPU有關
出差回去再看看bod

goodnight

哈哈哈, 再加一個電源開關~~~

xiaolaba

有空實驗了一下, J大的原碼很給力
328P 睡覺時大約5.5mA, 動作是大約19mA
看來要閹割一下板子把不需要的IC都去掉再來確認一次

328P Nano current

jojoling

xiaolaba 發表於 2016-12-22 02:56 PM
有空實驗了一下, J大的原碼很給力
328P 睡覺時大約5.5mA, 動作是大約19mA
看來要閹割一下板子把不需要的IC ...

報告~~你板上的 power LED 在耗電中~

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-22 03:25 PM
報告~~你板上的 power LED 在耗電中~

谢谢J大提示, 这个理解.
不过手边没有 拆/焊 的工具
DIP也没有 M328P, 只有2颗 DIP 的ATMega8P, 想插面包版实验
所以使用你的源码, 编译选用M8
结果有不兼容的状况, 没有工具只能暂时卡关了

M8 BOD test NG

jojoling

xiaolaba 發表於 2016-12-23 09:43 AM
谢谢J大提示, 这个理解.
不过手边没有 拆/焊 的工具
DIP也没有 M328P, 只有2颗 DIP 的ATMega8P, 想插面包 ...

我改了一下這個 Power Down library~ PowerDown-M8-Mod.zip (5.39 KB, 下載次數: 9)

2016-12-23 11:53 AM 上傳

點擊檔案名下載附件
Power Down library for M8 modified.

修改了3個地方，加入 __AVR_ATmega8__ 編譯選項使其編譯成功。
1.  M8 不支援 Extended Standby。
2.  M328 的暫存器TCCR2B 在M8裏該為TCCR2
3.  M8 的 watchdog 不支援 Interrupt and Wake-up on Pin Change

xiaolaba

jojoling 發表於 2016-12-23 12:00 PM
我改了一下這個 Power Down library~
修改了3個地方，加入 __AVR_ATmega8__ 編譯選項使其編譯成功。
1.  ...

J大, 你對這個MCU好像甚麼都會, 厲害
文件先下了,待晚上可以試驗.
你的意思是說 M8 沒有睡覺的功能和不行像328P一樣接D2就會被叫醒再閃3次嗎.

jojoling

xiaolaba 發表於 2016-12-23 12:33 PM
J大, 你對這個MCU好像甚麼都會, 厲害
文件先下了,待晚上可以試驗.
你的意思是說 M8 沒有睡覺的功能和不行 ...

應該可以。
我那個測試程式是用 INT0 產生 wake up 動作。

M328的 wake up sources:


M8的 wake up sources: