Перейти к содержанию

Бюджет питания устройства по шинам

Перечислите нагрузки устройства — микроконтроллер, радио, датчики, приводы — с рабочим током, долей времени работы и током во сне, и распределите их по шинам питания. Калькулятор сложит токи каждой шины, пересчитает их через линейный стабилизатор или импульсный преобразователь в ток от батареи, покажет потери, нужный номинал стабилизаторов и время работы.

Исходные данные

В

Шины питания

НазваниеСтабилизаторU, ВКПД, %Iпокоя, мкА

Нагрузки

НагрузкаШина №I раб., мАДоля, %I сна, мкА
мА·ч

Пусто — без батареи

%
%

Результат

Средний ток от источника
81,47 мА
мощность 603 мВт, из них нагрузкам 513 мВт
Пиковый ток от источника
549,7 мАвсе нагрузки работают одновременно
Время работы от батареи
21,6 чбез саморазряда; одна нагрузка со сном — время работы от батареи
5V, 5 В
99 мА ср. / 540 мА пикот источника 76,01 мА ср.; стабилизатор на 702 мА с запасом, потери 67,5 мВт ср. и 368 мВт в пике
3V3, 3,3 В
5,405 мА ср. / 135 мА пикот источника 5,46 мА ср.; стабилизатор на 175,5 мА с запасом, потери 22,6 мВт ср. и 554 мВт в пике

Линейный стабилизатор рассеивает в пике больше 0,5 Вт — проверьте нагрев корпуса в калькуляторе «LDO или DC-DC».

КПД импульсного преобразователя берите из графика в даташите при среднем токе шины: при малой нагрузке он заметно ниже максимального. Батарею по нужному времени работы подберёт калькулятор ёмкости.

Расчёт выполнен по формулам и данным из источников, приведённых на этой странице, и не заменяет проверку: параметры компонентов у разных производителей и даже партий различаются. Перед применением сверяйте результат с документацией на конкретные детали.

Бюджет питания — таблица всех потребителей устройства с их токами и временем работы, сведённая к одному числу: сколько тока устройство берёт от батареи или блока питания в среднем и в пике. Для одной нагрузки, которая то работает, то спит, хватит калькулятора времени работы от батареи. Здесь — устройство с несколькими шинами: от батареи через импульсный преобразователь питается шина 5 В для датчиков и приводов, через LDO — шина 3,3 В для микроконтроллера и радио.

Средний ток нагрузки

Нагрузка, которая работает долю времени D с током Iраб, а в остальное время потребляет Iсон, в среднем берёт

Iср=Iраб⋅D+Iсон⋅(1−D).I_\text{ср} = I_\text{раб} \cdot D + I_\text{сон} \cdot (1 - D).

Токи нагрузок одной шины складываются. Пиковый ток шины — сумма рабочих токов, когда все нагрузки включены одновременно: по нему выбирают стабилизатор, а по среднему считают время работы.

Ток от источника

Каждая шина пересчитывается в ток от источника по своему стабилизатору:

Как питается шинаТок от источникаПотери
LDOIвх = Iвых + IGND(Uвх − Uвых)Iвых + UвхIGND
Импульсный преобразовательIвх=UвыхIвыхη UвхI_\text{вх} = \dfrac{U_\text{вых} I_\text{вых}}{\eta\, U_\text{вх}}Pвых(1/η − 1)
НапрямуюIвх = Iвых—

Формулы LDO — из Microchip AN761 и AN765: ток нагрузки проходит через регулирующий транзистор, а собственный ток IGND уходит на землю, поэтому даже без нагрузки LDO берёт от батареи IGND. Пример из AN761: TC1264 с 5,25 В на 2,93 В при 0,7 А и токе 130 мкА рассеивает 1,62 Вт. Для импульсного преобразователя сохраняется мощность с поправкой на КПД: TI в SLVA477B вносит КПД в коэффициент заполнения D = Uвых/(Uвхη), и входной ток D · Iвых совпадает с тем, что даёт баланс мощностей. 12 В → 5 В, 1 А, η = 90 % — 0,463 А от источника.

КПД берут из графика в даташите преобразователя при среднем токе шины. Microchip в AN1416 напоминает, что при малых токах КПД импульсных стабилизаторов резко падает: шина, которая большую часть времени потребляет микроамперы, будет работать с КПД много ниже рекламных 90 %. Сравнить LDO и DC-DC на одной шине поможет калькулятор «LDO или DC-DC».

Пример: датчик с сервоприводом на двух литиевых элементах

Источник — два Li-ion последовательно, 7,4 В, 2200 мА·ч, используем 80 % ёмкости.

НагрузкаШинаРабочий токДоля времениСонСредний ток
Датчики5 В, DC-DC 88 %40 мА100 %—40 мА
Сервопривод5 В500 мА10 %10 мА59 мА
Микроконтроллер3,3 В, LDO, 55 мкА15 мА20 %5 мкА3,0 мА
Радио3,3 В120 мА2 %1 мкА2,4 мА
  • Шина 5 В: в среднем 99 мА, от батареи 5 · 0,099/(0,88 · 7,4) = 76,0 мА.
  • Шина 3,3 В: в среднем 5,40 мА, от батареи 5,46 мА с собственным током LDO.
  • Всего 81,5 мА в среднем: 2200 · 0,8 / 81,5 ≈ 21,6 ч работы.
  • Пик: 540 мА на шине 5 В — 415 мА от батареи, 135 мА на шине 3,3 В; всего около 550 мА. LDO в пике рассеивает (7,4 − 3,3) · 0,135 ≈ 0,55 Вт — больше, чем 0,45 Вт, которые по AN765 выдерживает корпус SOT-23 при 25 °C.

Видно, что почти весь ток уходит на шину 5 В, а сон микроконтроллера в этом устройстве не важен. Сервопривод учтён по среднему, но источник и преобразователь должны выдержать его ток при остановке: у привода Hitec HS-422 это до 800 мА по странице изделия, поэтому преобразователь 5 В выбирают хотя бы на 1 А. Диапазон импульсов и ток приводов — в калькуляторе ШИМ для сервопривода.

Что не учтено

Калькулятор не моделирует собственный ток импульсного преобразователя без нагрузки (он есть в даташите как ток покоя), зависимость КПД от тока, каскады стабилизаторов (шина, питающая другую шину) и саморазряд батареи. Последний для долгих сроков важен — его учитывает калькулятор «LDO или DC-DC». Батарею по нужному времени работы, с учётом закона Пейкерта и запасов, подберёт калькулятор ёмкости батареи.

Частые вопросы

Чем бюджет питания отличается от расчёта времени работы от батареи?

Калькулятор времени работы берёт один средний ток. Бюджет питания собирает этот ток из нагрузок на разных шинах — 5 В, 3,3 В, 1,8 В — и пересчитывает каждую шину через свой стабилизатор в ток от батареи. Так видно, какая нагрузка и какой стабилизатор съедают больше всего, и сколько тока должен выдерживать каждый стабилизатор в пике.

Как ток шины 3,3 В пересчитать в ток от батареи?

Через LDO ток почти не меняется: входной ток равен выходному плюс собственный ток стабилизатора (AN765). Через импульсный преобразователь сохраняется мощность с поправкой на КПД: Iвх = Uвых · Iвых / (η · Uвх). Шина 5 В с током 1 А от 12 В при КПД 90 % берёт 0,463 А — это же получается по уравнению 1 из TI SLVA477B.

Какой запас брать по току стабилизатора?

Пиковый ток шины — сумма рабочих токов всех нагрузок, которые могут включиться одновременно, плюс броски при пуске двигателей и заряде конденсаторов. Запас — проектное решение: калькулятор умножает пик на заданный коэффициент, а стабилизатор выбирают по номинальному току из даташита с учётом нагрева и падения КПД.

Почему средний ток важнее пикового для батареи?

Время работы определяет израсходованный заряд, то есть средний ток. Пиковый важен для выбора стабилизатора, проводов и батареи по допустимому току разряда: короткий импульс 2 А может просадить напряжение монетного элемента ниже порога сброса микроконтроллера, хотя средний ток мал.

Источники

  1. Microchip. AN761: LDO Thermal Considerations (DS00761B) — уравнение 2: PD = (VIN − VOUT) · ILOAD + VIN · IGND; пример 1 — TC1264 с 5,25 В на 2,93 В при 0,7 А и IGND 130 мкА: 1,62 Вт
  2. Microchip. AN765: Using Microchip's Micropower LDOs (DS00765A) — уравнение 3: PD = VCC · IS + (VCC − VOUT) · ILOAD — входной ток LDO равен току нагрузки плюс собственный ток; уравнение 4: θJA = (TJMAX − TA) / PDMAX, SOT-23 — 220 °C/Вт, кристалл 125 °C
  3. Texas Instruments. Basic Calculation of a Buck Converter's Power Stage, SLVA477B — уравнение 1: D = VOUT / (VIN · η), КПД вносят в расчёт, потому что преобразователь отдаёт и мощность потерь; η оценочно 90 % или по графику даташита
  4. Microchip. AN1207: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part II) (DS01207B) — КПД преобразователя η = PO / PI
  5. Microchip. AN1416: Low-Power Design Guide (DS01416A) — раздел Power Supply Design: КПД импульсных стабилизаторов падает при малых токах; время работы от батареи — ёмкость, делённая на средний ток системы с саморазрядом
  6. Hitec RCD. HS-422 Deluxe Standard Servo — страница изделия — проверено 29.10.2026: ток остановки 800 мА, без нагрузки 150 мА, в покое 8 мА

Где пригодится

Встроить калькулятор на свой сайт

Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах

<iframe src="https://gaw.ru/embed/power-budget/" title="Бюджет питания устройства по шинам" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/power-budget/">Бюджет питания устройства по шинам</a> — GAW.ru</p>
Автоподстройка высоты рамки

Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.

<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>

Обновлено .

Нашли ошибку в расчёте?