Circuito de autoapagado con ahorro de batería

Question

Estoy diseñando un dispositivo alimentado por baterías, que debe encenderse por un impulso externo de 3,3V desde la salida de un comparador (TLV3201), y en aras de la eficiencia energética quiero que la MCU se apague sola cuando haya terminado de procesar el evento. Para el circuito de autoapagado he encontrado la siguiente solución:

El MOSFET del canal P está apagado por defecto tirando de su puerta a VCC a través de R1, pero cuando el pin EN se pone alto, ya sea por la salida del comparador (op-amp push-pull) o por la MCU (después de que haya obtenido energía), el interruptor del canal P se abre para suministrar energía a la MCU.

El problema es que la señal alta del comparador puede permanecer alta durante muchos segundos, incluso después de que el MCU haya hecho su trabajo, y quiero que el MCU sea capaz de apagar la energía independientemente de la salida del comparador (después de que haya habilitado inicialmente el interruptor) hasta la próxima vez que la salida del comparador suba. ¿Cómo se podría hacer eso?

Editar:

• Añadido el esquema del circuito comparador.
• La fuente de alimentación es una batería de iones de litio no regulada (~3,7V). El regulador de 3,3V debe colocarse después del interruptor del canal P como parte de la carga.

El comparador se utiliza para detectar la resistencia conectada entre IN1 e IN2, que puede oscilar entre ~1,5 kOhm y ~5,5 kOhm. La resistencia de 1,5 kOhm resulta en una salida de alto nivel del comparador, y 5,5 kOhm es una salida de bajo nivel (0V).

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Editar 2: La MCU será un módulo Wi-Fi ESP-07 (ESP8266). Actualmente estoy investigando sus capacidades de deep sleep y su consumo de energía.

Answer 1

Para esta aplicación recomendaría utilizar TPL5110 temporizador. Está diseñado para conducir la puerta del MOSFET, por lo que simplemente se pone en lugar de R1 y Q1.

Se despertará a la MCU periódicamente (el retraso más largo es de 2 horas), pero se apagará tan pronto como la MCU envíe la señal DONE.

Sin embargo, lo mejor de todo es que tiene una entrada de encendido manual (también llamada ajuste de retardo). Así que puedes conectar la salida de tu comparador a ese pin y el TPL5110 encenderá la MCU cuando sea necesario. De nuevo, cuando el MCU termina de procesar ese evento, señala DONE y se apaga.

Básicamente, la MCU se alimenta externamente a ciertos intervalos o a la señal del comparador, lo que ocurra primero.

ACTUALIZACIÓN

Siguiendo tu comentario veo que el temporizador no te funciona. Aquí tienes algunas soluciones alternativas. Que funcionen o no depende de la MCU específica que estés utilizando.

• Hoy en día, la mayoría de los MCU tienen modos de reposo que consumen una energía comparable a la de los temporizadores externos de nanoalimentación. Por ejemplo, el ATmega328P puede funcionar con una pila de botón durante un año . Las peticiones de interrupción que despiertan al MCU normalmente pueden configurarse para cualquier flanco de una señal. Por lo tanto, conectando el comparador al pin de interrupción del MCU y programándolo para el flanco ascendente se puede resolver el problema y deshacerse por completo del circuito MOSFET de potencia.

• Otra opción es una variante de la anterior, pero utilizando la entrada del comparador analógico en lugar de la interrupción. Algunos MCUs tienen entradas de comparador con interrupciones, por lo que puede deshacerse del comparador externo también y utilizar la interrupción interna para despertar. Aunque el consumo de energía suele ser mayor en estos modos de suspensión, así que comprueba en la hoja de datos si es aceptable para ti.

• Por último, puede utilizar una combinación de conmutación de energía y modo de suspensión. Básicamente, utilizar su circuito existente, pero con un pequeño cambio de código. Después de que su MCU haya terminado de procesar y haya apagado la línea de control del MOSFET, añada comandos para entrar en el modo de reposo (lo más profundo posible, con cada módulo apagado; en algunos MCUs la corriente de reposo es tan baja como 0,1μA, o 400 veces menor que su comparador). Si en ese momento el comparador ya está por debajo del umbral, la MCU se apagará inmediatamente y el sistema volverá a su estado original. Sin embargo, si el comparador está todavía alto, la MCU entrará temporalmente en reposo profundo y no consumirá mucha energía.

ACTUALIZACIÓN 2

Esta es otra opción que puede probar. Reduce el consumo de energía a menos de 3μA al pasar al modo de apagado en lugar de al modo de suspensión profunda. Esencialmente, se trata de la opción 3 anterior, pero en lugar de utilizar el MOSFET externo utiliza el interruptor de alimentación interno del ESP8266.

Funciona así:
- Inicialmente R2 tira de CH_PD a bajo, manteniendo la MCU en modo de apagado.
- Cuando la señal de activación llega a través de D1, enciende la MCU. El MCU inmediatamente pone en alto el GPIO0 para mantenerse activo a través de R1.
- Cuando la MCU termina de procesar el evento, pone GPIO0 en nivel bajo y entra en modo de reposo profundo. Si la entrada del comparador ya está baja, entonces CH_PD baja y la MCU se apaga. Si el comparador está todavía alto, la MCU dormirá hasta que se ponga bajo.