¿Cómo prolongar la duración de la batería de los dispositivos industriales portátiles?

La duración de la batería es un factor crítico en el diseño de dispositivos industriales portátiles, especialmente para aplicaciones que requieren un funcionamiento a largo plazo y sin mantenimiento, como detectores de humo, equipos de seguridad y termostatos. Para lograrlo, los diseñadores deben centrarse en reducir el consumo medio de energía y optimizar la selección del hardware. Entonces, ¿cómo puede prolongarse significativamente la duración de la batería manteniendo el rendimiento del dispositivo?

Estrategias para prolongar la duración de la batería
Minimiza el consumo de energía en modo de espera
En la mayoría de los dispositivos portátiles, la CPU permanece inactiva más del 99% del tiempo. Reducir el consumo de corriente durante el modo de espera es crucial. Los dispositivos pueden entrar en modo de apagado completo o esperar a que las interrupciones externas los despierten. Además, los diseñadores pueden utilizar temporizadores para mantener las operaciones del reloj en tiempo real, reduciendo aún más el consumo de energía.

Elija MCU con tiempos de activación cortos
Durante la activación, la transición del modo inactivo al activo conlleva un consumo de energía significativamente mayor. La selección de una MCU con velocidades rápidas de activación y ejecución de código minimiza la duración de este estado de alto consumo. Por ejemplo, el MSP430F20x1 de Texas Instruments presenta un tiempo de activación por interrupción inferior a 200 nanosegundos, lo que reduce la carga de energía de la batería.

Reinicio de baja potencia (BOR)
La función de rearme por sobretensión es esencial para proteger los dispositivos cuando la tensión de alimentación cae por debajo de niveles aceptables. Sin embargo, las funciones BOR estándar pueden aumentar significativamente el consumo de energía. Optar por MCU con BOR de consumo ultrabajo, como la serie MSP430 de TI con BOR de consumo "cero", es una forma eficaz de ahorrar energía.

Aumentar la integración de componentes
Las MCU altamente integradas reducen la necesidad de componentes externos como convertidores A/D de alta resolución, amplificadores operacionales y módulos D/A de 12 bits. Los periféricos integrados se comunican a través de registros internos, con lo que se evita la comunicación serie, que consume mucha energía. Además, el menor número de componentes externos reduce la corriente de fuga.

Errores comunes que hay que evitar
Basarse únicamente en las especificaciones de la ficha técnica
Las especificaciones de primera página pueden ser engañosas. Los diseñadores deben revisar las hojas de datos completas para evaluar los parámetros en las peores condiciones, como temperatura de funcionamiento y voltajes extremos.

Similitud entre proveedores de MCU
Las MCU de distintos proveedores pueden tener consumos muy variables. Algunos pueden no soportar todas las funciones esperadas en determinadas condiciones, lo que genera ineficiencias.

Uso de sistemas multipotencia complejos
Los diseños multialimentación pueden añadir complejidad, costes y consumo innecesarios. En cambio, adoptar una única fuente de alimentación, como una de 3 V, simplifica el diseño y reduce el consumo de energía.

Confiar en las encuestas para el control
El sondeo es ineficiente y aumenta la carga de la CPU y el consumo de energía. Optar por MCU con un sólido soporte de interrupciones puede agilizar la monitorización de periféricos. Por ejemplo, algunas MCU de bajo consumo admiten múltiples vectores de interrupción de 8 bits, a diferencia de las que tienen un soporte de E/S limitado.

Infrautilización de las funciones de hardware de la MCU
El uso indebido de las capacidades de la MCU desperdicia valiosa energía de la batería. Ciertas tareas, como el escaneado A/D, pueden descargarse en los periféricos mientras se mantiene la CPU en modo apagado. Una buena MCU de bajo consumo permite a los periféricos realizar tareas automáticas de forma independiente, almacenando datos en la memoria sin intervención de la CPU.

Siguiendo estas estrategias y evitando los errores más comunes, los diseñadores pueden crear dispositivos portátiles con una duración de batería optimizada y un rendimiento excepcional.