배터리 수명 계산기
슬립·측정·송신 구간의 전류와 시간으로 평균 소비를 구해 배터리 수명을 추정하고, 전하가 어디로 가는지와 코인셀이 펄스를 견디는지 보여 줍니다.
배터리
Lithium coin cell. ESR climbs past 30 Ω as it empties.
mAh. 저방전 조건의 데이터시트 값입니다.
표기 용량 중 실제로 쓸 수 있는 %. 80이 현실적입니다.
월간 용량 손실 %.
볼트.
옴. 코인셀은 수십 옴입니다.
MCU나 무선이 리셋되는 전압입니다.
깨어날 때마다의 전류 프로파일
µA. 자는 동안 보드 전체가 쓰는 전류입니다.
깨어남 사이의 초.
측정하거나 계산하는 동안의 mA.
깨어날 때마다의 ms.
무선 송신 같은 순간의 mA.
깨어날 때마다의 ms.
%. LDO는 100, 벅은 85–95.
예상 수명
사용 가능 180 mAh ÷ 평균 7.81 µA = 23,057시간7.5 µA308 nA7.81 µA1,383,4172.7 V (강하 300 mV)20 mA is above the 10 mA or so this cell type delivers comfortably; capacity at that pulse current will be well below the rating.
Sleep current is 64 % of the drain. Every microamp there is worth more than any change to the active phases.
전하가 어디로 가는가
깨어날 때마다 구간별로 쓰는 전하입니다. 줄일 가치가 있는 것은 비중이 가장 큰 구간이고, 그것이 전류가 가장 큰 구간인 경우는 드뭅니다.
| 구간 | 깨어남당 | 비중 | |
|---|---|---|---|
| 슬립 | 300 µC | 64.0% | |
| 동작 | 50 µC | 10.7% | |
| 피크 | 100 µC | 21.3% | |
| 자기방전 | 18.5 µC | 3.9% |
평균 전류로 환원하는 계산
저전력 기기는 대부분의 시간을 자고, 가끔 깨어나 측정하고, 더 가끔 송신합니다. 각 구간의 전류와 지속 시간을 알면 한 주기의 평균 전류가 나오고, 용량을 그 값으로 나누면 수명이 됩니다.
구조는 단순합니다. 어려운 것은 넣을 숫자를 정확히 아는 것이고, 실제 수명이 계산과 어긋나는 이유도 거의 전부 입력값에 있습니다.
슬립 전류가 가장 자주 틀립니다
데이터시트의 슬립 전류는 MCU 코어만의 값입니다. 보드에는 그 외에도 전류를 쓰는 것들이 있습니다.
- RTC와 브라운아웃 감지 회로
- 슬립에서도 깨어 있는 외부 센서
- 풀업 저항 — 라인이 로우로 유지되면 계속 전류가 흐릅니다
- 레귤레이터의 자기 소비 (정지 전류)
- 전원 LED — 2mA면 1µA 슬립 설계를 무의미하게 만듭니다
1µA로 설계했는데 보드를 재보니 50µA가 나오는 일이 흔합니다. 수명이 50분의 1이 됩니다. 넣을 값은 데이터시트가 아니라 실제 보드를 측정한 값이어야 합니다.
용량을 다 쓰지 못합니다
데이터시트의 mAh는 이상적인 조건에서 완전 방전까지 측정한 값입니다. 실제로 쓸 수 있는 양은 그보다 적습니다.
- 전압이 회로의 최저 동작 전압 아래로 떨어지면 거기서 끝입니다. 남은 용량은 못 씁니다.
- 저온에서는 용량 자체가 줄어듭니다.
- 펄스가 크면 내부 저항 때문에 전압이 일찍 주저앉습니다.
80% 정도를 잡는 것이 현실적입니다. 저온이나 큰 펄스가 있다면 더 낮게 봐야 합니다.
코인셀의 내부 저항
CR2032는 용량이 220mAh쯤 되지만 내부 저항이 수십 옴입니다. 여기서 20mA를 뽑으면 전압이 0.5V 이상 떨어집니다.
평균 전류로는 몇 년을 버틸 계산이 나와도, 송신 순간의 전압 강하로 MCU가 리셋되면 아무 의미가 없습니다. 큰 커패시터를 병렬로 두어 펄스를 감당하게 하는 것이 일반적인 해법이고, 이 계산기가 순간 전압 강하를 함께 표시하는 이유입니다.
자기방전이 바닥을 만듭니다
배터리는 쓰지 않아도 스스로 방전됩니다. 리튬 코인셀은 연 1% 안팎, 알칼라인은 연 2~3%입니다.
10년을 목표로 하는 기기라면 자기방전만으로 10~30%가 사라집니다. 회로 소비가 그보다 작다면 더 줄여도 수명이 늘지 않습니다 — 배터리 자체가 한계입니다. 그 지점을 알면 불필요한 최적화를 멈출 수 있습니다.
어디로 가는지 보세요
이 계산기는 전하가 구간별로 얼마씩 쓰이는지 비율로 보여 줍니다. 그것이 무엇을 줄여야 하는지 알려 줍니다.
슬립이 90%를 차지한다면 송신 전류를 반으로 줄여도 수명은 5% 늘 뿐입니다. 반대로 송신이 대부분이라면 슬립을 아무리 다듬어도 소용없고, 송신 주기를 늘리거나 페이로드를 줄여야 합니다. 측정 없이 최적화하면 대개 틀린 쪽을 건드립니다.
자주 묻는 질문
계산값보다 실제 수명이 훨씬 짧습니다.
가장 흔한 원인은 슬립 전류를 데이터시트 최소값으로 잡은 것입니다. 그 값은 MCU 코어만의 수치이고 실제로는 RTC, 브라운아웃 감지, 외부 센서, 풀업 저항, 레귤레이터의 자기 소비가 모두 더해집니다. 보드 전체를 측정한 값을 넣어야 합니다.
용량을 그대로 쓰면 안 되나요?
안 됩니다. 데이터시트의 mAh는 이상적인 조건에서 완전 방전까지의 값입니다. 실제로는 전압이 회로의 최저 동작 전압 아래로 떨어지면 거기서 끝이고, 저온에서는 용량 자체가 줄며, 큰 펄스를 뽑으면 내부 저항 때문에 더 일찍 멈춥니다. 80% 정도를 잡는 것이 현실적입니다.
코인셀로 무선 송신이 되나요?
평균 전류로는 충분해 보여도 순간 전류에서 막힙니다. CR2032의 내부 저항은 수십 옴이라 20mA를 뽑으면 전압이 0.5V 이상 떨어져 MCU가 리셋됩니다. 큰 커패시터를 병렬로 두어 펄스를 감당하게 하는 것이 일반적인 해법이고, 이 계산기가 전압 강하를 함께 표시합니다.
자기방전은 얼마나 잡아야 하나요?
화학에 따라 다릅니다. 리튬 코인셀은 연 1% 안팎, 알칼라인은 연 2~3%, NiMH는 월 몇 퍼센트까지 갑니다. 몇 년을 버텨야 하는 기기라면 자기방전이 실제 소비보다 클 수도 있습니다 — 그런 설계라면 회로를 더 줄여도 수명이 늘지 않습니다.
레귤레이터 효율은 어떻게 반영하나요?
LDO는 입력과 출력 전압의 비가 곧 효율입니다. 3V에서 1.8V를 만들면 60%이고 나머지는 열입니다. 벅 컨버터는 85~95% 정도지만 무부하 자기 소비가 있어 슬립이 긴 기기에서는 LDO가 더 나을 수도 있습니다. 이 계산기는 효율을 입력받아 반영합니다.