Шим контроллер lm5023 с энергопотреблением в дежурном режиме менее 10мвт

Современные микросхемы для источников питания позволяют добиться нулевого потребления в дежурном режиме

Edward Ong, Power Integrations

Существенная часть потребляемой в мире энергии приходится на устройства, находящиеся в режиме ожидания, что вынуждает ужесточать требования соответствующих стандартов. К примеру, директива European Commission’s Energy-related Products, допускавшая потребление 0.5 Вт устройствами без нагрузки, произведенными в 2010 году, была ужесточена в 2011 году – этот параметр был снижен до 300 мВт для сетевых адаптеров с выходной мощностью до 51 Вт.

В период, когда изначально разрабатывались стандарты энергопотребления, ставились цели сопоставимые с лучшими технологическими достижениями того времени. Однако совершенствование технологии микросхем для импульсных источников питания позволило в последние годы сократить потребление мощности в дежурном режиме до уровней намного более низких, чем предписывали стандарты.

Нулевая мощность

Стандарт IEC62301 определяет понятие «нулевое потребление в дежурном режиме», как рассеиваемую мощность менее 5 мВт. Достижение нулевой мощности потребления в дежурном режиме, таким образом, становится реальной и решаемой задачей. Для этого потребуется оптимизация каждого узла источника питания, которая позволит сэкономить несколько милливатт на каждом этапе. В этой связи необходимо, прежде всего, оценить мощность, рассеиваемую источником питания при очень малой нагрузке и в отсутствии нагрузки.

Понятия «малая нагрузка» или «дежурный режим» применимы к источнику питания, если он активен и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Понятие «без нагрузки», как правило, относится к сетевым адаптерам или зарядным устройствам, включенным в сеть при полностью отключенной нагрузке. Проблемы, связанные с каждым из этих условий, неодинаковы.

Целью разработки источника питания мощностью 65 Вт, схема которого изображена на Рисунке 1, было создание очень компактного адаптера с высоким КПД для питания ноутбука. Схема должна содержать минимум компонентов, превосходно реагировать на изменение нагрузки и отключаться при перенапряжении по входу. Для повышения надежности рабочие режимы MOSFET ключей не должны превышать 80% предельно допустимых значений. Разработанное устройство обеспечивает выходное напряжение 19 В при токе 3.42 А, а его КПД превышает 86%. При отсутствии нагрузки источник потребляет от сети 230 В мощность менее 90 мВт.

Рисунок 1. Принципиальная схема оптимизированного импульсного источника питания с выходной мощностью 65 Вт.

В адаптере использован контроллер с интегрированным силовым ключом семейства TOPSwitch-JX (U1) производства компании Power Integrations. Все приборы этого семейства, даже в обычном режиме работы, могут поддерживать практически постоянный КПД в широком диапазоне нагрузок. Однако, когда целью является снижение мощности, потребляемой источником питания в отсутствие нагрузки ниже 100 мВт, должны быть задействованы все возможности для экономии энергии. Наибольший эффект в этом случае можно получить от входного фильтра и цепи контроля сети, хотя, безусловно, возможны и другие варианты.

В представленной на Рисунке 1 схеме источника питания резисторы R3 и R4 используются для согласования с сетью входа драйвера U1 и создания необходимого минимального тока смещения 25 мкА. При стандартном значении общего сопротивления этих резисторов равном 4 МОм рассеиваемая мощность составит 30 мВт при напряжении 230 В. Увеличение сопротивления до 10.2 МОм позволит снизить рассеиваемую мощность до 16 мВт, но тогда потребуется вспомогательный резистор для обеспечения дополнительного тока смещения и сохранения порога срабатывания защиты от перенапряжения.

Резисторы R7, R8 и R9 снижают порог ограничения внешнего тока контроллера U1 при увеличении входного напряжения. Это позволяет источнику питания при высоком входном напряжении ограничивать выходную мощность до уровня менее 100 В•А, в то же время, обеспечивая номинальную выходную мощность при низком входном напряжении, а также поддерживает мощность в нагрузке практически неизменной при изменении напряжения сети.

Снабберная цепь ограничивает выбросы напряжения на стоке, обусловленные индуктивностью рассеяния, до уровня меньшего напряжения пробоя сток-исток встроенного в контроллер TOPSwitch-JX MOSFET. При работе на малую нагрузку или на холостом ходу энергия индуктивности рассеяния и рабочая частота ниже. В стандартной конфигурации снабберной цепи, состоящей из резистора, конденсатора и диода, конденсатор C4 разряжается и заряжается в каждом цикле, расходуя при этом значительное количество энергии. Проблема решается добавлением в эту цепь стабилитрона VR2, ограничивающего степень разряда.

Для снижения потерь и увеличения КПД были выбраны диоды Шоттки с большим допустимым током и малым прямым падением напряжения. Снабберная цепь (C12, R15) демпфирует «звон» на диодах, уменьшая уровень высокочастотных наводимых и излучаемых помех.

Для снижения рассеиваемой мощности в цепи обратной связи вторичной стороны была выбрана оптопара Q2 с транзистором Дарлингтона на выходе, благодаря большому усилению которого входной ток оптопары уменьшен до 1 мА.

Устранение потерь энергии

Фильтр входного переменного напряжения образован синфазными дросселями L3 и L4, фильтрующим дифференциальную помеху конденсатором C1, удовлетворяющим категориям X стандарта IEC 314-14 (X-конденсатор), а также резисторами R1 и R2, предназначенными для разряда конденсатора C1. Эти резисторы – нежелательные элементы в схеме, так как при напряжении сети 230 В на них рассеивается мощность 12 мВт.

С появлением семейства приборов CAPZero, представленного Power Integrations после разработки микросхем управления питанием, эти резисторы перестали быть источником потерь. В каждой микросхеме CAPZero интегрированы детектор отключения сети и два встречно включенных MOSFET (Рисунок 2). При наличии входного переменного напряжения CAPZero блокирует ток через разрядные резисторы, снижая мощность, потребляемую этой цепью, практически до нуля. При снятии входного напряжения CAPZero включается и разряжает X-конденсатор фильтра.

Рисунок 2. Типовая схема включения
микросхемы CAPZero.

Контроль входного напряжения

В целях минимизации потерь в схеме источника питания на Рисунке 1 сопротивление резисторов в цепи контроля входного напряжения было увеличено настолько, насколько это возможно. Тем не менее, эти резисторы потребляют от сети значительную энергию, независимо от режима работы микросхемы U1. В мощных устройствах может быть несколько путей протекания тока между шинами высокого напряжения, например, линии прямой или обратной связи, идущие к повышающим преобразователям в системах с корректором коэффициента мощности. Устранить потери в этих цепях можно с помощью микросхем семейства SENZero.

В состав каждой микросхемы входят два или три мощных 650-вольтовых MOSFET с драйверами и цепями защиты. Специальная схема обеспечивает управление затворами транзисторов в соответствии с напряжением на выводе Vcc. В типичном применении MOSFET ключи соединяют последовательно с резисторами, включенными между шиной высокого постоянного напряжения и «землей» или контроллером (Рисунок 3). Типовое сопротивление во включенном состоянии при комнатной температуре составляет 500 Ом – очень незначительная доля от высокого сопротивления резисторов, обычно используемых в таких цепях.

Рисунок 3. Типовая схема включения микросхемы SENZero.

При переходе системы в дежурный режим напряжение питания Vcc падает, и драйверы затворов отключаются от MOSFET. Вследствие этого MOSFET переключаются в высокоимпедансное состояние и разрывают путь тока от шины высокого постоянного напряжения. В результате потери снижаются до уровня менее 500 мкВт на канал.

Рисунок 4 иллюстрирует пример использования технологии ультранизкого потребления в предметах домашнего обихода – в нашем случае, в стиральной машине.

Рисунок 4. Реализация принципов ультранизкого энергопотребления в дежурном режиме на примере стиральной машины.

Система переводится в дежурный режим управляющим импульсом от схемы управления. При этом микросхема LinkZero-AX (Рисунок 5) останавливает свой тактовый генератор и переходит в режим покоя. Устройство CAPZero изолирует резистор разряда X-конденсатора. SENZero изолирует от высоковольтной шины остающиеся подключенными к сети резисторы контроля входного напряжения и детектора перехода через ноль. При выходе на рабочий режим LinkZero-AX включает синхронизацию, и на ее выходе появляется напряжение питания Vcc, открывающее два внутренних MOSFET ключа микросхемы SENZero. В результате цепи резисторов контроля входного напряжения и детектора перехода через ноль соединяются со схемой управления. В дежурном режиме система потребляет менее 5 мВт.

Рисунок 5. Типовая схема включения микросхемы LinkZero-AX.

Таким образом, получить 0 Вт в режиме ожидания стало технически возможным, и OEM производители по всему миру могут принять новый стандарт.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Контроллер ШИМ своими руками

  1. Что такое ШИМ?
  2. Принцип работы ШИМ
  3. Откуда берётся ШИМ
  4. Вариант 1 — аналоговый
  5. Вариант 2 – цифровой
  6. Как подключить к нагрузке
  7. Если нужно управлять плюсовым контактом
  8. Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты
  9. Ключи на мосфет-транзисторах

Сегодня разберёмся что такое ШИМ и с чем его едят, а также как сделать контроллер в домашних условиях.

Что такое ШИМ?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. pulsewidth modulation (PWM)) — это способ управления мощностью путём импульсной подачи питания. Мощность меняется в зависимости от длительности подаваемых импульсов.

ШИМ в современной электронике применяется повсеместно, для регулировки яркости подсветки вашего смартфона, скорости вращения кулера в компьютере, для управления моторами квадрокоптера или гироскутера. Cписок можно продолжать бесконечно.

В любительской электронике ШИМ контроллеры часто используются для управления яркостью светодиодных лент и для управления мощными двигателями постоянного тока.

Принцип работы ШИМ

В отличии от линейных систем, где мощность регулируется путём снижения электрических параметров (тока или напряжения), при использовании ШИМ мощность, передаваемая потребителю, регулируется временем импульсов, что существенно повышает эффективность работы контроллера. В аналоговых системах остаточная мощность рассеивалась в виде тепла, здесь же при снижении потребления остаточная мощность просто не используется.

Основная характеристика ШИМ – СКВАЖНОСТЬ (процент заполнения) – процентное соотношение длительности импульсов к периоду. На рисунке ниже изображено 5 степеней скважности прямоугольного ШИМ сигнала:

Скважность ШИМ

ПЕРИОД — это время за которое происходит полный цикл колебания сигнала. Измеряется в секундах. Он линейно зависит от частоты сигнала и рассчитывается по формуле:

Читайте также  Импульсный лабораторный блок питания на tl494

f(частота) = 1/ T(перод)

Частота ШИМ – это количество периодов (или если хотите, циклов колебаний) в единицу времени. Частота измеряется в Герцах (Гц), 1 Гц это одно колебание в 1 секунду.

Если сигнал делает 100 колебаний в секунду, значит частота равняется 100 Гц. Чем выше частота тем меньше период.

Откуда берётся ШИМ

Вариант 1 — аналоговый

ШИМ сигнал создаётся специально сконструированными устройствами – генераторами ШИМ сигнала или генераторами прямоугольных импульсов. Они могут быть собраны как на аналоговой базе, так и на основе микроконтроллеров, как в виде схемы из нескольких транзисторов, так и в виде интегральной микросхемы.

Самый простой вариант это микросхема NE555, собирается всё по схеме:

Схема ШИМ генератора на NE555

Но если лень разбираться и паять, то китайцы за нас всё уже давно сделали.

ШИМ генератор на NE555

Стоит $0,5, работает стабильно при питании от 5 до 16 вольт. Выдаёт ШИМ сигнал амплитудой в 5 вольт, скважность можно менять подстроечным резистором (вон та синяя штуковина с вырезом под отвертку). При желании можно заменить подстроечный резистор на переменный и получим удобную ручку регулировки.

Вариант 2 – цифровой

Более сложный для новичка – использование микроконтроллера, но вместе с тем более интересный и дающий широкие возможности. Звучит страшно, но самом деле реализуется довольно просто.

В качестве микроконтроллера удобнее всего взять отладочную плату ардуино.

Как с ней работать написано вот здесь. Подключаем ардуинку к компьютеру и заливаем в неё вот такой наисложнейший код:

Далее цепляемся осциллографом к пину D3 и видим:

ШИМ скважность 30%

Сигнал частотой (Freq) -526 Гц, амплитудой (Vmax)- 5 вольт и скважностью (duty) – 30.9 %.

Меняем скважность в коде — меняется и скважность на выходе. Добавляем датчик температуры или освещённости, прописываем зависимость скважности на выходе от показаний датчиков и — готова регулировка с обратной связью.

Как подключить к нагрузке

Напрямую генератор ШИМ сигнала к нагрузке подключать не следует, потому как он слаботочный и скорее все сразу же сгорит. Для того, чтобы управлять нагрузкой необходим ключ на мосфет-транзисторе. Берём N-канальный мосфет-транзистор IRF3205 и собираем всё по схеме:

Ардуино ШИМ на IRF3205

Резистор R1 нужен для защиты пина ардуинки от выгорания, а резистор R2 для того, чтобы транзистор полностью закрывался, когда ардуина не даёт выходного сигнала.

Как видно ничего сложного. Четыре элемента и ШИМ-контроллер готов. Он уже может управлять одноцветной светодиодной лентой или каким-нибудь моторчиком.

Если нужна трехцветная лента или больше лент (делаем многоканальный ШИМ), просто добавляем ключи на пины D3, D5, D6, D9, D10, D11 (только на них работает ШИМ). Итого, Ардуина способна управлять мощностью 6-ти устройств одновременно.

IRF3205 способен выдерживать токи до 70 Ампер при напряжении до 55 Вольт, таких характеристик вполне достаточно для решения большинства бытовых задач.

Если нужно управлять плюсовым контактом

В таком случае нам понадобится другой мосфет- транзистор — P-канальный. Схема аналогична, только подтягивающий резистор подключен к плюсу.

Также нужно будет инвертировать сигнал на выходе ардуино, ведь при подаче 5 вольт транзистор будет закрываться, а при 0 — открываться, значит шим скважностью в 30% выдаст 70% мощность на выходе схемы.

ШИМ на irf4905, питание5 v

Стоит оговориться такая схема будет работать только при питании не выше 5 вольт, так как для полного закрытия P-канального транзистора необходимо подтянуть его затвор к плюсу питания, а ардуина способна выдавать на цифровой пин только 5 вольт. Значит, при питании хотя бы чуть-чуть выше напряжения выдаваемого на цифровой пин транзистор будет не полностью закрываться при верхней части импульса ШИМ и БУДЕТ СИЛЬНО ГРЕТЬСЯ. Полностью отключить нагрузку он тоже не сможет.

Если нужно управлять, к примеру,12 -ти вольтовым устройством, то схема немного усложнится. Добавится так называемое «плечо раскачки» или драйвер полевого транзистора. По классике он собирается на двух, а иногда и на трёх транзисторах, но мы есть вариант немного проще, который работает при невысоких частотах:

Ардуино, управление ШИМ по плюсовому проводу IRF4905

Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты

В качестве примера приведу схему ШИМ контроллера для RGB светодиодной ленты на ардуино. В ней используется трёхканальный ШИМ для управления тремя цветами ленты. Ниже будет ссылка на готовое устройство, собранное на этой схеме управления.

ШИМ контроллер RGB ленты на ардуино

Соединяется всё вот так:

В схеме я добавил ещё кнопку, она нам поможет в будущем переключать цвета и регулировать яркость.

Вот простой код, позволяющий засветить ленту различными цветами. Чтобы изменить цвет подставьте цифры в значения для R, G и B из комментария ниже.

РЕМОНТ БП АТХ: ШИМ КОНТРОЛЛЕР

В данный момент я в качестве подработки иногда выкупаю нерабочую технику на Авито и Юле, восстанавливаю и реализую. Вчера выкупил блок питания PowerMan IP-S450-T7 на мощность 450 ватт, честных ватт, блок питания имеет две линии по цепям 12 вольт — 17 и 16 ампер, в сумме 33 ампера. Есть разъем дополнительного питания видеокарты 6 пин.

Несмотря на то что блок питания имеет кулер 80 мм, а не 120 мм, как большинство современных блоков питания, эти характеристики очень даже неплохие и позволят запитать без проблем игровой компьютер начального уровня. При покупке нерабочих блоков питания всегда беру крестовую отвертку с собой и если продавец не против, осматриваю плату блока питания на предмет подгара, подгоревших деталей, взорвавшихся предохранителей, транзисторов, а также любимых всеми мастерами за легкость выполнения ремонта вздувшихся электролитических конденсаторов.

Вскрыв корпус ничего особенного не обнаружил — внешне все было нормально. Блок был куплен и начав сегодня проводить диагностику включил блок в сеть с целью проверить наличие “дежурки” (дежурного напряжения). Обычно если дежурное напряжение есть (5 вольт на фиолетовом проводе разъема 24 Pin относительно земли, черного провода) — это само по себе говорит уже о многом.

Как минимум, не вскрывая блок питания мы уже знаем, что наш предохранитель цел, а далее для мастера имеющего уже пусть и не большой опыт следует, что мосфет дежурного напряжения цел, маломощный транзистор раскачки дежурки, если он присутствует, тоже цел. Здесь есть еще один нюанс: блок питания АТХ можно условно поделить на две части, на “горячую”, высоковольтную, и низковольтную “холодную” часть БП.

В горячей части мы можем судить о поломке по одному простому признаку: если у нас сгорел предохранитель, скорее всего у нас короткое замыкание в высоковольтной части. Это или высоковольтный мосфет дежурки, или высоковольтные силовые транзисторы, или диодный мостик, или игрек конденсаторы, или высоковольтный неполярный конденсатор. Все они находятся в горячей части и по этим признакам мы можем облегчить диагностику при ремонте блока питания.

В моем случае предохранитель был цел, и вот к чему было такое отступление от темы статьи: в данном случае дежурка была организована нестандартным образом — не через ключ дежурки, применяющимся наиболее часто в слабых по мощности блоках питания, а с помощью ШИМ контроллера дежурного напряжения. Так вот, диагностику начал с ШИМ контроллера дежурного напряжения, мне был облегчен ремонт тем, что под микросхемой на корпусе блока питания было небольшое почернение — подгар.

Замерив сразу сопротивление между ножками микросхемы (она идет в корпусе DIP 7) между двумя парами ножек, было обнаружено низкое сопротивление — менее 50 Ом. Приняв решение демонтировать микросхему как наиболее вероятного виновника поломки, был удивлен сопротивлением между ножками микросхемы — оно было в пределах нормы, померяв сопротивление между контактами на плате ошибочно решил что виновата была обвязка микросхемы и как оказалось позднее погорела не только она.

Изначально померяв что у нас по питанию (ножки 3 и 5) обнаружил что там сопротивление равно 47 Ом. Посмотрев по схеме обнаружил что параллельно питанию микросхемы установлен стабилитрон на напряжение стабилизации 18 Вольт. Выпаяв одну ножку убедился, что на результат измерений влиял в том числе и он. Мне повезло, что ранее был приобретен с Али экспресс набор стабилитронов напряжением стабилизации 3.3 — 30 вольт, так что проблемой это не стало.

После замены стабилитрона одно из низких сопротивлений по цепям микросхемы пропало. Затем посмотрев по схеме что у нас находится ближе всего, по цепям выводов микросхемы 1 и 3 увидел что там должен стоять резистор номиналом 330 Ом. Приподняв одну из его ножек и отпаяв, убедился что виновник второго низкого сопротивления которое определил при измерениях был этот резистор.

Затем прозвонив низкоомный резистор по цепям питания микросхемы (вывод 5) от вспомогательной обмотки импульсного трансформатора обнаружил, что этот резистор также сгорел и находится в обрыве. Заменил его, поставив 2 резистора сопротивлением 10 Ом параллельно и получил практически требующийся нам номинал 5.8 Ом. Решил включить блок питания в сеть, но меня поджидала неудача — дежурного напряжения на разъеме 24 пин так и не появилось.

Еще раз повторюсь: демонтировав микросхему не нашел низкого сопротивления между ее выводами. Керамические конденсаторы в цепях обвязки микросхемы в коротком замыкании не были, но решив исключить перед заменой микросхемы все возможные варианты демонтировал оба керамических конденсатора и проверил их транзистор-тестером. Оба оказались рабочими. Что же, делать нечего, надо собираться в радиомагазин.

Читайте также  Преобразование рефлексного кода в позиционный двоичный

Микросхема была в наличии в радиомагазине и стоимость ее была не очень высокой — 80 рублей, я съездил и приобрел ее. Демонтировав нерабочую микросхему и запаяв новую, блок питания включился — дежурное напряжение появилось, все напряжения были в норме. Данный ремонт не потребовал каких-то особенных знаний в диагностике, внешний осмотр помог выявить предполагаемого виновника, а затем путем проверки всех деталей которые могли погореть при выходе микросхемы из строя и замены их на новые, путем исключения, была восстановлена работоспособность этого БП АТХ. Но не всегда диагностика бывает такой явной и иногда приходится потратить 6-7 и более часов на ремонт техники, а в особо тяжелых случаях и несколько дней. Причем 80-90 % времени, как это обычно бывает, уходит на диагностику, и только 10-20 % на демонтаж старых и последующий монтаж новых деталей. Стоимость данного блока питания при закупе составила 100 рублей, плюс 80 рублей стоимость микросхемы (цену ранее приобретенных деталей не учитываю, их стоимость была не значительна).

Реализовать же данный блок питания после тестов со средней по мощности видеокартой, можно будет рублей за 600-700. Либо собрать с применением этого БП игровой системник начального уровня. Всего ремонт блока питания вместе с поездкой в радиомагазин занял 5-6 часов.

Подведём итог ремонта

По нынешним меркам кризиса и роста цен, кто-нибудь, житель крупных городов, имеющий высокую по российским меркам зарплату, может скажет что сэкономлена не бог весть какая сумма, больше времени своего потрачено было. Но если вернуться к тому, что сейчас на дворе очередной кризис, экономия данной суммы для большинства людей умеющих держать в руках паяльник, проводить диагностику приборов и умеющих считать деньги, вряд ли была бы лишней, пусть даже для сборки своего личного системного блока. А раз так — то люди, имеющие опыт и практические знания в области электроники, уже имеют плюс по сравнению с людьми, которые этих знаний не имеют, а соответственно не имеют и данной возможности. Всем удачных ремонтов, автор статьи AKV.

Новое в мире полупроводников

Читаем, обсуждаем, задаем вопросы

National Semiconductor: LMZ14201H — модуль питания серии SIMPLE SWITCHER® на ток 1 А с максимальным входным напряжением 42 В

Модуль питания серии SIMPLE SWITCHER® LMZ14201H — это простой в использовании понижающий DC/DC регулятор, обеспечивающий управление нагрузкой до 1 А с исключительной эффективностью преобразования мощности, схемой стабилизации по входу и нагрузке и высокой точностью выходного напряжения. LMZ14201H доступен в инновационном корпусе с превосходными термическими характеристиками, поддерживающим ручную и автоматизированную пайку.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: National Semiconductor

National Semiconductor: LM21212-1 — синхронный импульсный понижающий регулятор на 12 А

LM21212-1 это монолитный синхронный импульсный понижающий стабилизатор, который способен обеспечить до 12 A выходного постоянного тока при выходном напряжении от 0,6 В с великолепной эффективностью. Стабилизаторы оптимизированы для работы в диапазоне входного напряжения от 2,95 В до 5,5 В, что подходит для широкого спектра низковольтных приложений.

Обратная связь по напряжению обеспечивает отличную помехозащищенность и позволяет компенсировать АЧХ преобразователя внешним конденсатором любого типа, обеспечивая максимальную гибкость и простоту использования. Встроенная схема защиты от перегрузки по току (OCP) и напряжению (OVP) повышает надежность системы, а прецизионный вход разрешения и интегрированная система блокировки при недопустимом снижении напряжения (UVLO) позволяют реализовать мягкие режимы включения и управления.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: National Semiconductor

STMicroelectronics: L99PM62XP — микросхема управления питанием с интерфейсом LIN и быстродействующей шиной High Speed CAN

L99PM62XP — микросхема управления питанием электронных блоков системы, имеющая расширенную функциональность, включающую в себя набор различных энергосберегающих режимов, а также блоки физического уровня интерфейсов LIN и High Speed CAN.

В состав микросхемы входят два линейных стабилизатора напряжения с малым падением напряжения (low drop), предназначенные для питания системного микроконтроллера и подключаемых к нему элементов периферии, например, датчиков, а также для обеспечения большей функциональности системы в дежурных режимах с возможностью возврата в активный режим программируемым как программируемым, так и по внешнему сигналу. Кроме того, в чипе имеются пять драйверов первичной стороны и два драйвера вторичной стороны, а также два операционных усилителя, что дополнительно увеличивает степень интеграции микросхемы. Через стандартный SPI-интерфейс спецификации 3.0 от компании ST возможна диагностика и управление работой контроллера, путем разработки обычного для таких задач программного обеспечения.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: STMicroelectronics

Texas Instruments: TPS62120 / TPS62122 — высокоэффективный драйвер обратноходового преобразователя на 15 В, 75 мА.

Микросхемы семейства TPS6212X являются высокоэффективными драйверами понижающих DC/DC преобразователей, оптимизированных для маломощных приложений с максимальным выходным током 75 мА и позволяющих использование в составе обвязки миниатюрных индуктивностей и емкостей.

Широкий диапазон входного напряжения 2…15 В позволяет одинаково хорошо работать при питании устройства как от батарей, так и от линий питания 9 или 12 В. Высокая энергоэффективность преобразователя достигается благодаря использованию передовой гистерезисной схемы управления. При малых нагрузках конвертер работает в режиме частотно-импульсной модуляции (ЧИМ), автоматически переходя в режим широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при увеличении тока нагрузки. Встроенный режим энергосбережения поддерживает высокую эффективность работы преобразователя во всем диапазоне допустимых нагрузок.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Texas Instruments

STMicroelectronics: STC3100 — контроллер батарей для портативных приложений с поддержкой функции индикатор заряда (Gas Gauge)

Современные портативные приложения интегрируют в себе все больше мультимедийных функций, каждая из которых предъявляет различные требования к питанию. Это усложняет управление состоянием заряда батарей и предсказание оставшегося времени работы в устройствах, не поддерживающих технологию индикации заряда.

Микросхема STC3100 контролирует три основных параметра батареи: напряжение, ток и температура. Также в контроллере присутствует счетчик кулонов для отслеживания состояния заряда/разряда. Данные функции являются основой для метода мониторинга Gas Gauge.

Доступный в двух типах корпусов, DFN8 3 x 3 мм и miniSO-8, контроллер STC3100 может быть частью схемы устройства, а также может быть интегрирован непосредственно в батарейный блок.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: STMicroelectronics

Texas Instruments: TPS82671 – понижающий импульсный преобразователь

Полностью интегрированный малошумящий понижающий преобразователь в корпусе MicroSiP на ток нагрузки 600 мА для маломощных применений

В корпус преобразователя включены импульсный стабилизатор, дроссель и входные/выходные конденсаторы. Для завершения конструкции не требуются какие-либо дополнительные компоненты.

TPS8267x выполнен на основе высокочастотного понижающего преобразователя с синхронным выпрямлением, оптимизированного под требования устройств с батарейным питанием. Преобразователь MicroSiP работает на стабилизированной частоте 5.5 МГц и автоматически переходит в экономичный режим работы при малых токах нагрузки. Это дает возможность поддерживать высокий КПД во всем диапазоне нагрузок.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Texas Instruments

National Semiconductor: LM25066 – интегральная схема управления системой

LM25066 сочетает высокие рабочие характеристики аналоговой и цифровой технологий для точного измерения электрических параметров, защиты и управления в составе вычислительных устройств и устройств хранения данных, подключенных к шине питания на объединительной плате.

LM25066 в масштабе реального времени предоставляет данные управляющему процессору о мощности, напряжении, токе, температуре и ошибках данных посредством интерфейса I 2 C/SMBus и совместимого с PMBus протокола. Блок мониторинга фиксирует пиковые параметры электропитания и на их основе вычисляет средние рабочие параметры подсистемы (VIN, IIN, PIN, VOUT).

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: National Semiconductor

ON Semiconductor: NCP3020 — ШИМ-контроллер с функцией синхронного выпрямления и рабочим напряжением до 28 В

NCP3020 представляет собой синхронный понижающий ШИМ-контроллер, способный работать в широком диапазоне входных напряжений и обеспечивать напряжение на выходе от 0.6 В. В контроллере NCP3020A интегрированы драйвер затвора и внутренний источник опорной частоты 300 кГц (600 кГц для NCP3020B).

В микросхеме присутствует усилитель коррекции наклона пилы с внешней компенсацией, а также внутренний узел мягкого старта с фиксированными параметрами. Из защитных функций, в контроллере присутствуют схема ограничения тока без потерь, выходной узел защиты от перенапряжения и узел защиты от входного перенапряжения. На текущий момент контроллер NCP3020 доступен в корпусе SO-8.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: ON Semiconductor

NXP: TEA1733 — контроллера импульсного источника питания (SMPS, Switch-Mode Power Supply) класса GreenChip III

Эффективный и дешевый контроллер обратноходового импульсного источника питания позволяет создавать на его базе низкопрофильные и компактные по размерам устройства. Микросхема оптимизирована под приложения с мощностью до 75 Вт, обеспечивает КПД 90% и потребление в дежурном режиме менее 100 мВт.

GreenChip-контроллер TEA1733, производства компании NXP, работает в двух режимах: с фиксированной частотой переключений при высокой мощности в нагрузке и с понижением частоты при малых нагрузках. В результате такого сочетания эффективность работы очень высокая во всем диапазоне нагрузок. Узел перестройки частоты снижает уровень электромагнитных помех (EMI, ElectroMagnetic Interference), также в микросхеме реализованы различные защитные функции, повышающие надежную и отказоустойчивую работу.

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: NXP

Texas Instruments: TPS7A30 – малошумящий стабилизатор отрицательного напряжения с малым собственным падением напряжения (LDO, Low Drop Out)

Линейные стабилизаторы с высоким входным напряжением (-36 В), ультранизким уровнем пульсаций выходного напряжения (15.1 мкВ RMS, коэффициент подавления шумов источника питания (PSRR, Power Supply Rejection Ratio) 72 дБ) и максимальным выходным током нагрузки до 200 мА.

Данные линейные стабилизаторы имеют вход разрешения работы ENABLE с управлением логическим CMOS-уровнем, а также встроенную функцию мягкого старта, необходимую в специальных схемах управления питанием. Функция мягкого старта программируется навесным конденсатором. Дополнительными функциями защиты в аварийных режимах работы являются встроенная схема ограничения тока и защита от перегрева.

Читайте также  Охранная система microalarm

AVR Урок 54. Режимы пониженного энергопотребления. Часть 1

В данном занятии мы попытаемся познакомиться с режимами пониженного энергопотребления микроконтроллера AVR.

Зачем нужны такие режимы контроллеру?

Любое устройство, работающее от автономного источника питания, если будет эксплуатироваться только в основном (динамическом) режиме, скорее всего, долго не проработает. Поэтому и существуют данные режимы – режимы пониженного энергопотребления.

Режимы пониженного энергопотребления существуют разных видов в зависимости от того, что нам необходимо в таком режиме оставить в работе, а что отключить. Чем больше устройств отключено в том или ином режиме, тем, как правило, меньше у контроллера, а следовательно и у устройства, которым он управляет, будет энергопотребление. Только есть и отрицательная сторона данных режимов. Во-первых, чем больше устройств в режиме пониженного энергопотребления отключено (чем, так сказать, «глубже сон»), тем сложней будет данное устройство из такого режима вывести («разбудить»). Во-вторых, мы теряем очень много функционала в определённом режиме.

Поэтому, перед разработчиком, который пишет программу для того или иного устройства, стоит всегда две задачи: чтобы в этом режиме обеспечивался тот функционал, который необходим для функционирования устройства во время «сна», а также чтобы при этом устройство потребляло минимум энергии.

Перед нами сейчас такие задачи не стоят. Перед нами сейчас стоят другие задачи, а именно разобраться, какие именно у контроллера AVR, в частности у ATMega328, бывают режимы пониженного энергопотребления, как эти режимы включить, сколько в том или ином режиме контроллер будет потреблять и, конечно же, проверить и закрепить данные знания, которые мы получим, на практике. Также немаловажно понять, какие данные сохранятся после входа и выхода в режим, а какие – нет.

Поэтому откроем в технической документации на контроллер ATMega328 раздел Power Management and Sleep Modes и посмотрим для начала вот такую таблицу

Из данной таблицы мы видим, что таких режимов у нашего контроллера целых шесть!

Только они обычно все не требуются, а требуются, как правило, из них один-два режима.

Первый режим – IDLE или режим холостого хода, в котором прекращается только тактирование процессора, памяти RAM, и FLASH и EEPROM памяти, остальная периферия остаётся в работе. Ток в таком режиме, если посмотреть таблицу в разделе Electrical Characteristics, не сильно ниже, чем в обычном режиме (Active), больше всего разница между этими режимами чувствуется при тактировании большими частотами. Так, например при напряжении питания 5 вольт и при частоте тактирования CPU 8 МГц потребление в режиме ACTIVE5,2-12 мА, а в режиме IDLE1,2-5,5 мА. Максимальные токи здесь предусматриваются при повышенных и пониженных температурах работы, а минимальные – при температуре 25 градусов. Выход из данного режима возможен по внешним прерываниям INT и PCINT, по совпадению адреса на шине I2C, прерывании по таймеру TIMER2, прерывании по готовности SPM/EEPROM, при генерации запроса на прерывание по завершению преобразования АЦП, по сбросу сторожевого таймера (WDT) , также возможно пробуждение и по другим прерываниям (от аналогово компаратора, от шины USART по окончанию передачи).

Следующий режим – ADC Noise Reduction или режим подавления шума при работе АЦП. В этом режиме создаются более благоприятные условия для аналогово-цифрового преобразования с повышенной разрешающей способностью за счет снижения влияния шумов на результат измерения. Если разрешена работа АЦП, то преобразование автоматически запускается при переводе в данный режим. Выход из данного режима допускается не только при генерации запроса на прерывание по завершению преобразования АЦП, но и при внешнем сбросе, сбросе по сторожевому таймеру, сбросе при недопустимом снижении питания, прерывании при обнаружении установленного адреса на I2C, прерывании по таймеру TIMER2, прерывании по готовности SPM/EEPROM, прерывании по внешнему уровню на выводах INT7:4 или внешнем прерывании по входам INT3:0. Сколько в данном режиме должен потреблять контроллер, я нигде не нашел. Пока, в принципе, нам данный режим не требуется, когда потребуется, думаю, разберёмся. Тем не менее мы вход во все режимы в данном занятии испытаем и выход из них тоже, а также замеряем ток, который будет контроллер в данных режимах потреблять.

Следующий режим – POWER-DOWN. Это, можно сказать, самый глубокий сон. В этом режиме останавливается почти всё, остаются в действии лишь внешние прерывания, наблюдение за адресом на шине I2C и сторожевой таймер (Watchdog Timer или WDT) при условии, что они включены. Выход из данного режима возможен только по внешнему прерыванию на контакте INT0 и INT1, если их включить, также по прерыванию от WDT, если его тоже включить и по совпадению адреса на шине I2C, если её тоже включить и настроить подобающим образом. При нахождении в данном режиме производитель обещает, что контроллер будет потреблять менее 1 микроампера (причём это правда и мы в этом ещё убедимся, конечно, всё, кроме внешнего прерывания надо будет отключить).

Следующий режим – POWER-SAVE или экономичный режим. Данный режим аналогичен режиму POWER-DOWN кроме того, что если таймер TIMER2 будет включен, устройство может просыпаться либо из события переполнения таймера, либо с помощью совпадения значений в таймере 2, если соответствующее прерывание в TIMER2 будет разрешено. В данном режиме контроллер должен при идеальных условиях, а также при питании от 3 вольт, потреблять около 0,9 мкА.

Следующий режим – Standby Mode или режим ожидания. Этот режим рекомендуется задействовать только при использовании внешнего резонатора. Он аналогичен режиму POWER DOWN, за исключением того, что тактовый генератор продолжает работать. Поэтому, выход из данного режима требует всего лишь 6 тактов. Потребление тока в данном режиме мы можем посмотреть по данному графику

Следующий режим – Extended Standby Mode или расширенный режим ожидания. Полностью идентичен режиму STANDBY, только остаётся работать тактирование асинхронной шины таймера 2, поэтому пробуждаться может также и от данного таймера. В режиме Extended Standby потребляемый ток также меньше 0.2 мА.

Мы не будем слишком глубоко исследовать все данные режимы. Мы будем выполнять только основные задачи – суметь перевести наш контроллер в данные режимы и измерить при нахождении контроллера в них потребляемый ток.

Для этого я полностью собрал схему урока на макетной плате, чтобы на ней не было ничего лишнего, что могло бы потреблять лишний ток.

Также для эффективного использования того или иного режима пониженного энергопотребления желательно проделать следующие вещи.

  1. Отключение ADC (АЦП), если таковой включен, как правило он по умолчанию включается и после перехода в режим пониженного энергопотребления остаётся включенным.
  2. Супервизор питания (Brown-out Detector или BOD), который следит за напряжением питания и при его уходе за «порог» отключает контроллер. Его также необходимо отключить с помощью фьюзов, иначе получим лишние 20 мкА потребления.
  3. Аналоговый компаратор также необходимо отключить.
  4. Внутренний источник опорного напряжения (Internal Voltage Reference) тоже необходимо отключить, но если мы отключаем (или не включаем) аналоговый компаратор, то ИОН отключится сам.
  5. Сторожевой таймер (WDT) также желательно отключить, если мы, конечно, не будем его использовать для пробуждения. В противном случае около 8 микроампер лишнего тока.
  6. Ножки портов также не должны потреблять лишней энергии. Если на них есть нагрузка и они настроены на выход, то желательно выставить такой уровень, который не даст протекать току через нагрузку. Например если у нас висит светодиод с резистором на ножке порта и с другой стороны они подключены к общему проводу, то необходимо перед переходом в режим сна выставить на данной ножке низкий уровень, а если к питанию, то высокий. Также существуют различные мнения по поводу перевода не подключенных никуда ножек в режим входа и подтягиванию к ним резисторов. Второе мнение – наоборот выставить на них режим выхода и установить какой-нибудь уровень. Так или иначе, самое главное, чтобы ни один вывод порта не остался «незамеченным», то есть не оказался в состоянии открытого коллектора (Open Drain), иначе в таком случае будет нагрузка на буфер входа и он начнёт потреблять внушительную энергию. Также, в случае, если ножка порта настроена на вход и есть подозрение в том, что она может находиться в состоянии, близком к половине напряжения питания, то входной буфер также может долго определять состояние и потреблять энергию.
  7. Если система отладки включена с помощью соответствующего фьюза (в случае ATMega328 это фьюз DWEN), то её также желательно отключить. Хотя, скорее всего, она мало у кого включена, так как для отладки требуется специальный программатор. Но даже если он есть и она включена, то необходимо отключить. Помните только, что она включается установкой бита DWEN в 0 (в Avrdude установлена галка, так как там всё отображается в инверсном режиме), а отключается установкой в 1 (в Avrdude галки нет). Иначе, если перепутать и, наоборот, её (систему отладки) включить сбросом бита DWEN (установкой галки в Avrdude), то потом, не имея соответствующего программатора или AVR-доктора, контроллер станет неопределяемым и непрошиваемым (у меня так было, вылечил AVR-доктором).

В следующей части нашего урока мы познакомимся с регистрами участвующими в процессе применения режимов пониженного энергопотребления, также познакомимся со схемой урока и настроим проект.

Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)