Conseils pour réduire la consommation d'énergie de votre système intégré

Pendant des années, j'ai toujours oublié d'éteindre les lumières et les ventilateurs de ma maison. Bien qu’au départ je niais que l'utilisation constante de ces appareils augmentait considérablement ma consommation d'électricité, j'ai fini par stopper ma mauvaise habitude et j'ai commencé à éteindre chaque petit interrupteur. Après tout, être plus prudent quant à ma consommation d'électricité réduit mes factures mensuelles et favorise le maintien d’une planète plus verte.

Malheureusement, la réduction de la consommation d'énergie d'un système intégré exige beaucoup plus de travail que le simple fait d'éteindre certains interrupteurs. La bonne stratégie de conception doit être mise en œuvre bien avant même de commencer à dessiner le circuit. Et que votre appareil soit alimenté par l’énergie solaire ou par une batterie, chaque détail est important pour minimiser/réduire la consommation d'énergie de votre système intégré.

Planifier le bilan d'alimentation de l'appareil

En tant que matériel, il est naturel d'être enthousiaste à l'idée d'un nouveau projet. Mais au lieu de vous précipiter pour obtenir le microcontrôleur le plus puissant disponible, vous devriez comprendre la nature de l'application et découvrir toute contrainte relative la consommation électrique. Même si vous ne concevez pas de batterie fonctionnant avec de l’énergie solaire, une conception économe en énergie peut, en général, être préférable si vous voulez être à la hauteur de vos concurrents.

Pour optimiser le budget lié à l’énergie de votre appareil, commencez par fixer une limite raisonnable de la consommation d'énergie de votre conception et faites marche arrière à partir de là. Choisissez des microcontrôleurs et d'autres composants dotés de caractéristiques d’économie d’énergie ou qui consomment simplement moins d'énergie. Si vous choisissez les mauvais composants, il pourrait être plus difficile de mettre en œuvre des mesures d'économie d'énergie dès la phase de conception.

Réduire la consommation d'énergie dans votre conception

Il faut à la fois des ingénieurs en matériel et en micrologiciels pour mettre en œuvre des fonctionnalités d'économie d'énergie efficaces dans la conception d'un système intégré. Voici quelques conseils permettant de réduire de manière collaborative la consommation totale d'énergie dans votre conception :

1. Utiliser le mode veille prolongée

Dans certaines applications solaires extérieures, l'utilisation d'un microcontrôleur puissant pour répondre à des spécifications données peut être inévitable. Par exemple, un automate de billetterie pour véhicules en plein air doit émettre un billet imprimé ou scanner une carte de paiement dans un court délai, avant de stocker les informations dans sa mémoire non volatile.

Sur la base de ces fonctions, un microcontrôleur 32 bits haut de gamme devient la meilleure option. Cependant, un microcontrôleur aussi puissant consomme également plus de courant lorsque tous les périphériques sont allumés. Si le microcontrôleur fonctionne en continu à pleine puissance, la nécessité d’une batterie de plus grande capacité s’impose.

Une bonne pratique pour empêcher le microcontrôleur de tirer le maximum d’énergie est de le mettre en mode veille prolongée lorsqu'il est inactif. En mode veille prolongée, les microcontrôleurs consomment souvent une infime fraction du courant maximal, souvent en nano-ampères. Les ingénieurs en micrologiciel peuvent alors utiliser des interruptions pour réactiver le microcontrôleur au besoin.

^{Utilisez le mode veille prolongée pour votre microcontrôleur.}

2. Utiliser le régulateur à découpage

Parfois, des pertes d'énergie inutiles se produisent sous forme de chaleur. Cela est vrai lorsque vous utilisez un régulateur linéaire dans votre conception. Dans le cas d'un appareil alimenté par l’énergie solaire, les circuits d'alimentation électrique classiques nécessitent que la tension de la batterie soit abaissée. Naturellement, un régulateur de tension linéaire est la solution la moins chère possible.

Les régulateurs linéaires ne sont cependant pas réputés être efficaces, car ils dissipent la différence entre les tensions sous forme de chaleur. Lorsque vous utilisez l'appareil avec une batterie, la dissipation de la chaleur entraîne une consommation de courant supplémentaire provenant de la batterie. Si tel est le cas, vous pouvez choisir d’utiliser un régulateur à découpage à la place.

Bien que les régulateurs à découpage et les composants associés augmentent le coût unitaire global, l’option de leur utilisation s’avère être plus efficace que celle des régulateurs linéaires. Moins de chaleur dissipée implique une batterie plus durable, ceci est très utile dans les cas où l'appareil doit fonctionner sans lumière solaire. Dans les applications consommatrices d’énergie, chaque milliwatt économisé peut faire une énorme différence.

3. Mettre hors tension les composants non utilisés

Mettre le microcontrôleur en mode veille prolongée est une technique brillante permettant de réduire la consommation totale d'énergie. Toutefois d'autres composants comme les circuits intégrés logiques (CI) ou les CI de communication peuvent encore absorber un courant important même lorsque votre microcontrôleur est en mode veille prolongée.

Heureusement, ce problème peut être minimisé. Au lieu d'avoir un seul régulateur de tension sur le PCB, vous pouvez utiliser deux régulateurs pour alimenter séparément le microcontrôleur et les autres composants. Cette méthode permet au microcontrôleur de couper l'alimentation des autres composants avant de passer en mode veille prolongée.

 

^{Couper l'alimentation des composants non utilisés.}

De plus, cela garantit que la consommation d'énergie au repos provient uniquement du microcontrôleur et de l'entrée utilisée pour interrompre le microcontrôleur du mode veille prolongée. En utilisant PDN Analyzer^™ d’Altium Designer^®’s, vous pouvez vous assurer que les pistes de puissance sont suffisantes et qu'elles ne risquent pas de provoquer des pertes de puissance supplémentaires. un logiciel de conception de PCB puissant peut vous aider à chaque étape de votre conception.

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