Страница 39 из 46
ОПЫТЫ: Экономия на батарейках
Автор: Сергей Леонов
На клавиатурно-мышином фронте давным-давно затишье. Внедрение мультимедийных кнопок, переход на беспроводные комплекты и интерфейс USB, резкое снижение потребления тока, освоение диапазона 2,4 ГГц вместо «мусорного» 27 МГц, замена красной светодиодной подсветки на лазерную инфракрасную – все это успешно освоено несколько лет назад. Остались развлечения с дизайном, формой, длиной хода клавиш и прочими мелочами, принципиально ничего не меняющими.
Тем не менее, поднатужившись, производители иногда рождают и кое-что технологически любопытное. Вот, например, клавиатура, питающаяся от солнечной батареи (компания KYE Systems, торговая марка Genius). Попробуем разобраться, есть ли в этом что-то практически полезное, или мы имеем дело с очередным трюком ради привлечения покупателя.
В описании производитель напирает на экологию: за счет общего малого потребления и использования солнечной энергии вы, видимо, сможете за весь срок эксплуатации комплекта сдать на утилизацию на несколько батареек меньше. В общем, правильно – вариант с экономией полусотни рублей на этой самой паре батареек был бы совсем неубедителен. Впрочем, для нас и экология не убедительна. Хотя калькуляторы с солнечным (вернее двойным) питанием вошли в обиход давно, и мало кто сейчас задумывается о замене в них батареек.
Клавиатура, однако, не калькулятор – у нее как минимум есть энергоемкий радиоинтерфейс. Да и энергопотребление здесь очень неравномерное – в состоянии покоя ток мизерный, а при нажатии клавиши – резкий скачок. Солнечный же элемент [1] поставляет энергии немного, зато постоянно (если есть свет). Совместить первое со вторым можно с помощью накопителя энергии типа большого конденсатора, и его роль в данном случае выполняет ионистор (разновидность электролитического конденсатора с большой емкостью и малым напряжением). Вернее – два последовательно включенных ионистора [2] емкостью 30 Ф (да-да, я не опечатался, именно фарад, а кто не помнит – это основная единица измерения емкости, равная миллиону микрофарад) и напряжением 2,3 В. Но это еще не все изощрения, на которые пришлось пойти разработчикам. Чтобы обеспечить работу при недостатке света, клавиатура снабжена портом USB – это не встроенный хаб, и не интерфейс, а просто подзарядка тех же самых ионисторов, – если верить инструкции, они полностью заряжаются за десять минут (при этом, правда, клавиатура теряет беспроводность). Заряда, опять же если верить инструкции, должно хватать на пять часов работы в темноте. Для тех, кому лень втыкать кабель или кто любит работать в темноте больше пяти часов, предусмотрена возможность установки традиционных батареек.
В современных устройствах такого типа потребление тока иногда замерить непросто – ток этот импульсный, причем пиковое потребление может превышать минимальное на порядок, и корректно замерить значение мультиметром не всегда возможно. В данном случае применялся косвенный метод измерения – по падению напряжения на небольшом резисторе, включенном в цепь питания.
У клавиатуры диаграмма потребления тока [3] особой оригинальностью не отличается. Попробуем сначала режим без альтернативного питания, когда солнечная батарея не освещена, ионисторы разряжены и весь ток потребляется от батарей. С момента нажатия любой клавиши и до ее отпускания устанавливается среднее значение на уровне 1,1 мА с небольшими выбросами (видимо, работа передатчика). Если же ни одна клавиша не нажата, потребление так близко к нулю, что мне не удалось его даже измерить. В режиме постоянного удержания клавиши батарей хватит (берем для примера Duracell Alkaline типоразмера АА емкостью 2850 мА·ч) примерно на четыре месяца. При реальной работе – года на три, если не больше. В целом – типичная картина для современной беспроводной клавиатуры. Ионистор от батарей не заряжается – если их вытащить, клавиатура сразу же перестает работать.
Альтернативное питание при отсутствии батарей демонстрирует более интересную картину. Если изначально напряжение на ионисторах близко к нулю, клавиатура не включается – ее надо зарядить. При подключении USB-кабеля рост напряжения составляет около 10 мВ в секунду, и через три-четыре минуты, по достижении примерно 2,3 В на накопителе, электроника активизируется. Цепь питания от батарей при этом полностью отключается. От солнечной батареи заряд идет гораздо медленнее, и его скорость сильно зависит от освещенности: под настольной лампой – примерно 1 мВ за 5 секунд (это минимум полчаса до включения). В нормальных же условиях рабочего места солнечная батарея вряд ли зарядит накопитель с нуля за разумное время – замучаетесь ждать. Производительность солнечной батареи такова, что она может разве что поддерживать заряд на уровне – напряжение не падает, но и не растет. Зато полностью заряженную (от USB) клавиатуру непросто разрядить – расчетное время разряда должно составлять около семи с половиной часов при максимальном потреблении, а практически я устал ждать, клавиатура сдохла лишь через несколько суток, хотя батареи и кабель были извлечены, а окошко светоприемника закрыто.
График потребления тока мышкой неравномерный [4]. Частые импульсы – это включение светодиода подсветки, а большие редкие – работа радиопередатчика. Картинка соответствует режиму перемещения мыши, интегрированное значение тока здесь – 4,5 мА. В состоянии покоя частота сканирования датчика уменьшается, и ток падает до 900 мкА, а через несколько секунд мышь впадает в легкую спячку и опрашивает датчик с частотой 13 Гц, интеграл тока при этом составляет всего 80 мкА. Итого время непрерывной работы мышки составит примерно месяц, время ожидания – четыре года, что в переводе на бытовой язык обещает нам около года обычной эксплуатации, если не заботиться об отключении питания. Позаботиться, кстати, можно – снизу у мышки есть выключатель питания.