Como reducir el consumo de tus dispositivos IoT

Como reducir el consumo de tus dispositivos IoT

Esta muy bien trabajar del lado del FW para dejar los microcontroladores en un modo de muy bajo consumo pero no es suficiente. Vamos a ver como reducir el consumo de tus dispositivos IoT trabajando sobre el HW.

Este tema puede ser muy extenso, tanto que daría para escribir un blog únicamente sobre ello, así que voy a dedicar algunas entradas a comentar pequeñas soluciones que en su conjunto te permitirán mejorar el consumo de tu aplicación. Para ver como reducir el consumo de tus dispositivos IoT, voy a centrarme en los conversores de tensión. Concretamente voy a hablar un poco sobre los LDO.

Aunque no hayas escuchado nunca este tipo de termino sobre un conversor de tensión DC-DC, hoy puede ser el día. Un LDO nos permite convertir una tension de entrada Vi en otra fija menor Vo (también hay LDOs regulables), con una capacidad de suministrar sobre unos 150 mA – 300 mA. Hay algunos modelos que permiten un poco mas, o dentro del mismo, y según el encapsulado, pueden haber algunas diferencias.

Una de las ventajas de los LDOs frente a un regulador de tension tipo LM750X (que quizás te resulten mas familiares) es que pueden funcionar con caídas de tensión menor según la corriente suministrada (de ahí su termino LDO – Low Drop Out) y menores diferencias de tensión entre Vi y Vo. Esto permite, en parte, una menor disipación de potencia.

Por contra, respecto al mencionado anteriormente, el suministro de corriente es muy inferior. Hablamos de algunos amperios frente a miliamperios. También debemos fijarnos en que las aplicaciones a las que van enfocadas cada uno son diferentes.

Los LDOs los vamos a encontrar principalmente en aplicaciones donde no existe un gran consumo, los requisitos de entrega de corriente no son elevados, y donde buscamos tener consumos muy bajos cuando tenemos el dispositivo en reposo.

Tu microcontrolador esta en modo deepsleep pero tu regulador de tensión como esta?

Si nos centramos en aplicaciones que funcionan a batería, sea recargable o no, necesitamos que el dispositivo consuma la minima corriente posible. Aquí tenemos grandes diferencias, pues en el caso de los LDO (también el termino es similar a cualquier componente), necesitan de una corriente para funcionar, ya estén entregando corriente o en reposo (hablemos de reposo cuando el LDO apenas suministra unos pocos uA. Y si, hablamos de microamperios o menos.

Todo componente electrónico consume una corriente para su funcionamiento, y es esta corriente la que llamaremos Iq (en algunos datasheet la encontrareis con ese termino, en otros como consumo de corriente) la que, entre otras cosas que necesitemos cubrir en el proyecto, nos fijaremos para buscar los componentes que menor consumo tengan. Refrescamos que esto ocurre en todos los componentes.

Los dispositivos de IoT generalmente necesitan mantener un consumo en reposo del mínimo posible, y hablamos de valores de unos pocos uA, sobre 10 – 30uA.

Si os fijáis, los microcontroladores como el del ESP32, STM32Lx, G0, Atmega, etc ya tienen modos de consumo donde podemos llegar a ver hasta unos pocos cientos de nano amperios! Porque tenemos que desperdiciar mas energía si podemos dejarlo reducido a la minima expresión cuando el equipo no esta trabajando?

Destacar que a veces compramos placas como las del ESP32 o ESP8266 que vienen integradas y ya llevan un LDO, pero este no suele ser de bajo consumo, con lo que si queremos usar esta placa para una aplicación donde si necesitemos el menor consumo posible, vamos a tener que cambiar dicho LDO.

Aquí es donde esta la gran batalla de los desarrolladores de hardware que hacen aplicaciones de bajo consumo, muy en honor al nombre del blog, aplicaciones LowPower. Encontrar componentes que cubran tus necesidades con un consumo ultra bajo hace que el catalogo de opciones se te quede reducido a unas pocas opciones o incluso a ninguna!

Por suerte, en el caso de los LDO, hoy vamos a ver unos ejemplos de varias modelos que nos permiten dejar este parámetro Iq reducido a 1 o 2 uA. Mola ehh!

Que LDO de bajo consumo se pueden usar en IoT

Características del LDO TPS7A03

Dentro del mercado tenemos varios fabricantes que nos proporcionan estos dispositivos. Hoy en día muchos de ellos ya disponen de patillas “enable”, lo que nos permite “apagarlos” si no los necesitamos en el caso de tener una aplicación que necesite varias tensiones diferentes.

Fabricantes que tienen modelos de LDO de ultra bajo consumo y con encapsulados que pueden soldarse a mano son ST, TI, Microchip, OnSemi, y alguna empresa China como SGMicro.

Afinando un poco mas, en el caso de TI disponemos de varias series, creo que eran unas 3 que eran capaces de consumir muy poquito.

Dentro del mundo de los reguladores, la mayoría de veces nos encontraremos con componentes de tensión fija, así que tendremos que fijarnos bien en que compramos. Las numerosas opciones de cada modelo nos permiten cubrir casi cualquier necesidad.

Para el caso de TI, por ejemplo tenemos las series TPS783, TPS7A03 o TPS7A05. En la imagen de antes, tenéis un ejemplo.

Para el caso de On-Semi tenemos la serie NCP170XXX, os dejo un datasheet.

Por otro lado tenemos una empresa China que también fabrica LDOs de este tipo, por ejemplo el SGM2040-3.3, que podéis ver su datasheet aquí.

Si queréis comprar este modelo en Aliexpress, os dejo aquí el enlace de compra.

Todas estas opciones las tenéis en 1,8v, 3,3v 5v y luego infinidad de otras tensiones.

Ya sabes como reducir el consumo de tus dispositivos IoT

Con estos detalles que te he dado, ya estas en condiciones de saber como reducir el consumo de tus dispositivos IoT o cualquier otro que necesite trabajar en modo lowpower. Un area donde siempre hay que fijarse ya que el LDO esta siempre “encendido”, con lo que parte de tu consumo cuando la aplicación este en reposo se va a ir por este tipo de componentes. 

En próximas ocasiones tocaremos otros palos donde podemos reducir el consumo. No obstante te voy a dejar una entrada donde hable de switches digitales de bajo consumo, un componente muy útil para controlar la alimentación de otros periféricos como módulos de comunicación, sin perder energía por el camino. Poco a poco, ire completando diferentes etapas con las que ampliar nuestro catalogo y el día de mañana poder montar un equipo juntando todas ellas.

Por hoy es suficiente con estos reguladores LDO para aplicaciones de bajo consumo, espero que te sea de ayuda y como siempre, si conoces mas cosas sobre los LDO que creas que debería comentar, puedes dejarme un comentario en la zona de abajo.

Nos vemos en la siguiente.

Saludos,

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