Les circuits alimentés par batterie doivent être économes en énergie afin d'augmenter la durée de vie de la batterie utilisée. Pour ce faire, il est nécessaire de sélectionner des composants énergétiquement efficaces et de les rassembler dans un même système. Moins il y a de composants dans un circuit électrique, plus l’efficacité énergétique de l’ensemble du système est élevée. Un exemple d’appareil alimenté par batterie est le compteur d’eau électrique illustré à la figure 1. Ce système utilise un microcontrôleur MAX32662 avec une seule tension d’alimentation. La plage de tension d’entrée est comprise entre 1,71 V et 3,63 V.

Le microcontrôleur peut être alimenté directement par la batterie, qui délivre une tension de 2 V à 3,6 V, selon la température et l’état de charge. Le circuit ne nécessite que quelques composants supplémentaires pour optimiser l’efficacité de l’ensemble du système. Cependant, la consommation de courant du microcontrôleur est indépendante de la tension d’alimentation réelle. Que le microcontrôleur fonctionne avec 2 V ou 3,6 V, cela ne change rien pour le circuit intégré.

En pareil cas, on peut alors utiliser les nouveaux régulateurs à découpage nanoPower. Ce type de régulateurs à découpage permet de convertir efficacement la tension de la batterie en une valeur inférieure, par exemple 2 V. Un régulateur à découpage nanoPower fournit le courant de sortie nécessaire au microcontrôleur, mais en nécessitant moins de courant à la tension la plus élevée côté batterie. La figure 2 montre le circuit d’un compteur d’eau doté du MAX38650, un régulateur à découpage nanoPower à haut rendement.

L’ajout de ce circuit intégré permet de prolonger facilement la durée de vie de la batterie de plus de 20 %, avec des résultats toutefois variables en fonction de nombreux paramètres comme la température, les courants de crête, l’arrêt périodique du capteur, etc. Le courant de repos du convertisseur CC-CC est un autre facteur essentiel dont il convient de tenir compte, car si le régulateur à découpage consomme trop d’énergie, cela annule évidemment les bénéfices des économies d’énergie réalisées.

La figure 3 montre un circuit doté du régulateur de tension nanoPower MAX38650. Comme son nom l’indique, le courant de repos de ce circuit intégré est de l’ordre du nanoampère. Le régulateur à découpage ne consomme que 390 nA de courant de repos lorsqu’il fonctionne. Lorsque le convertisseur CC-CC peut être éteint, il n’a besoin que de 5 nA de courant d’arrêt. Ce convertisseur de tension nanoPower est idéal pour économiser de l’énergie dans un système comparable au système illustré à la figure 1.

Comme le montre la figure 3, seuls quelques composants externes passifs sont requis. Plutôt que d’avoir recours à un diviseur de tension à résistance, la tension de sortie est définie par une seule résistance connectée à la broche RSEL. Un diviseur de tension à résistance consomme une quantité considérable de courant. Selon la tension et la résistance, ce courant peut être bien supérieur au courant de repos du MAX38650. C’est pourquoi ce circuit intégré utilise une résistance variable pour détecter la valeur de consigne de la tension de sortie. Pour ce faire, un courant de 200 µA est brièvement envoyé à travers la résistance variable au moment où le circuit est mis sous tension. La tension résultante est mesurée puis stockée dans le circuit intégré. On évite ainsi la perte d’énergie inhérente à l’utilisation d’un diviseur de tension conventionnel.

Résultats

L’ajout d’un convertisseur de tension à un système existant permet d’augmenter l’efficacité du système et de prolonger la durée d’utilisation par charge de la batterie, dont l’autonomie peut ainsi se voir étendue de près de 20 %.