Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBwayPCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Urządzenie przenośne - problemy projektowe

15 Maj 2008 23:38 1932 9
  • Poziom 10  
    Witam!

    Właśnie projektuje małe urządzenie przenośne oparte o mikrokontroler z serii at91sam7s.
    W związku z tym posiadam kilka pytań i bardzo byłbym wdzięczny za pomoc/podpowiedzi.

    1, Zasilanie. Właściwie to z zasilaniem związane są wszystkie moje pytania. Chciałbym, aby moje urządzenie było zasilane z akumulatorka podobnego do baterii umieszczanych w telefonach komórkowych. Jakiej baterii mogę użyć(tzn. najlepiej jakieś konkretne modele/linki)? Z tego co widziałem, to baterie w telefonach mają napięcie ~3.7V. Jakiego stabilizatora użyć, aby uzyskać 3.3V?
    Tzn. w jaki sposób zbudować układ zasilający? Oprócz napięcia 3.3V będę potrzebował 6V do podświetlenia(a może podświetlenie LCD mógłbym w efektywny sposób regulować za pomocą PWMa)?

    2. Pomiar stanu naładowania akumulatora. W jaki sposób to zrealizować? Czy będzie potrzebne jakieś dodatkowe źródło napięcia referencyjnego?

    3. Tutaj takie trochę pytanie dodatkowe. Czy istnieje może jakiś dokument/stronka która opisywałaby Dobre Praktyki przy projektowaniu systemów mikroprocesorowych i/lub PCB?
  • PCBwayPCBway
  • Specjalista - Mikrokontrolery
    1. tak niski spadek napiecia pozwola ci uzyskac jedynie stabilizatory LDO. niemniej jednak, nikt nie powiedzial, ze ARMa trzeba zasilac dokladnie 3.3V. na 3V tez bedzie dzialal, a w pewnych warunkach nawet na 2. przemiel datasheeta, zeby sie dowiedziec jak to z tym napieciem jest.
    Mozesz na PWMie, tranzystorze typu FET i cewce zrobic prosta przetwornice impulsowa typu forward, ktora da ci to napiecie... jesli potrafisz [; jesli nie to gama dostepnych ukladow przetwornic jest dosyc szeroka. zwykle potrzebuja one paru rezystorow, diody i cewki. regulacje mozna zrealizowac za pomoca cyfrowego potencjometra, albo mozliwe, ze tez PWMem z prostym filtrem RC. niemniej jednak przetwornica to dodoatkowy uklad niestety [; .

    2. dajesz dzielnik z precyzyjnych rezystorow o bardzo duzej wartosci (im wieksza tym mniej pradu pobiera) i mierzysz napiecie. referencja jest wskazana, jesli to ma byc dokladne. jesli zas tylko orientacyjne, to w zasadzie wystarczy to co jest wbudowane w procka, pod warunkiem, ze jest w miare niezalezne od zasilania

    3. tu jest taki nawet calkiem fajny dokumencik, choc nie jest to calosciowe kompendium tego wielce skomplikowanego tematu...

    http://alternatezone.com/electronics/pcbdesign.htm

    a dobre praktyki sa znane i standardowe:
    - 100n na kazdej nozce zasilania
    - dolaczone zasilanie analogowe
    - zadnych zwisajacych pinow wejsciowych
    - obowiazkowy pull-up na resecie
    - wskazana filtracja zasilania analogowego przez jakis dlawik
    - wskazana separacja masy analogowej i cyfrowej, zlaczone w JEDNYM punkcie, np na nozce jakiegos wielkiego elektrolita
    - wskazane zasilanie w tzw. gwiazde doprowadzenia zasilania do ukladow roznych schodza sie w jednym miejscu (nozka duzego elektrolita), a nie jest tak, ze zasilanie do ukladu drugiego idzie najpierw do ukladu pierwszego
    - wylana masa w okolicy procesora ... w sumie to wszedzie gdzie sie da <:

    0x41 0x56 0x45!!
  • PCBwayPCBway
  • Poziom 10  
    Freddie Chopin napisał:
    1. tak niski spadek napiecia pozwola ci uzyskac jedynie stabilizatory LDO. niemniej jednak, nikt nie powiedzial, ze ARMa trzeba zasilac dokladnie 3.3V. na 3V tez bedzie dzialal, a w pewnych warunkach nawet na 2. przemiel datasheeta, zeby sie dowiedziec jak to z tym napieciem jest.

    Oczywiście w sekcji elektrycznej podany jest przedział 3.0-3.6V, tylko chciałbym osiągnąć dość dużą niezawodność, więc mimo wszystko chciałbym się trzymać jak najbliżej wartości zalecanych. Hmm, a są dostępne takie stabilizatory LDO? Czy przy niewielkim rozładowaniu akumulatora napięcie nie spadnie za bardzo i w wyniku tego stabilizator nie przestanie działać? W jaki sposób zbudowany jest taki układ zasilający np. w telefonach? Pewno ze względu na straty nie ma sensu używanie step-up convertera np. do 5V, a następnie używanie LDO na 3V3?

    Freddie Chopin napisał:
    Mozesz na PWMie, tranzystorze typu FET i cewce zrobic prosta przetwornice impulsowa typu forward, (...) tez PWMem z prostym filtrem RC.

    Masz może pod ręką schemacik czegoś takiego?

    Freddie Chopin napisał:
    referencja jest wskazana, jesli to ma byc dokladne. jesli zas tylko orientacyjne, to w zasadzie wystarczy to co jest wbudowane w procka, pod warunkiem, ze jest w miare niezalezne od zasilania

    Nie musi to być super-dokładne. Dobrze aby jednak dawało dość dobry pogląd na stan naładowania akumulatora.
    Jeżeli chodzi o referencję, to pomyślałem, że dobrze byłoby aby mierzone napięcie nie było jednocześnie napięciem referencyjnym;)

    Freddie Chopin napisał:
    3. tu jest taki nawet calkiem fajny dokumencik, choc nie jest to calosciowe kompendium tego wielce skomplikowanego tematu...

    Dzięki bardzo:)
  • Specjalista - Mikrokontrolery
    1. skoro moze byc 3.6 to wez akumulator ktory jest 3.6 i po problemie. cudow nie ma [; spadek na LDO nalezy liczyc przynajmniej 0.5V. stabilizatory takie sa oczywiscie do kupienia - zerknij chocby w TME jest nawet kategoria z takimi, w maritexie chyba tez.

    2. zerknij tu i sciagnij 'dsPICDEM SMPS Buck Development Board User Guide' - jest tam schemat, choc akurat do przetwornicy typu buck, czyli obnizajacej napiecie, cos tam jednak mozna podlapac. mozesz tez poczytac ta note aplikacyjna - sa tam wymalowane topologie i opisane zasady dzialania. interesuje cie w tym wypadku - jak juz wspomnialem - przetwornica typu forward.

    3. a masz jakas wewnetrzna referencje w tym procku? bo jesli nie, to musisz cos wykombinowac zewnetrznego i jest conajmniej kilka sposobow na to [;

    0x41 0x56 0x45!!
  • Pomocny post
    Poziom 35  
    Masz 2 możliwości wyboru baterii
    -paczka nimh (np 3*1.2V)
    -li-ion / li-poly 3.7V

    Z tego najlepiej mieć stabilizator ultra LDO o spadku maksymalnym rzędu 100mV np. http://www.national.com/ds/LP/LP3985.pdf
    (spadek max 100mV przy 150mA, ale tylko 25mV przy 50mA..pytanie jaki prąd potrzebujesz)

    Baterie najprościej zmierzyć na dwóch rezystorach - dzielnik - i do procesora na ADC. Możliwe jest też stworzenie układu analogowego.
    W prostej konfiguracji wystarczy napięcie np. 3,1V wchodzące do układu jako referencyjne, a dzielnik zamienia wejściowe z baterii na np połowę (czyli 3,7V->1.85V , 3,2V->1,6V). Twój układ mierzy tylko to napięcie i jeżeli jest np niższe niż 1,7V to zapalasz "bateria na wyczerpaniu" a niżse niż 1,65V to nie pozwalasz na włączenie urządzenia...

    Każda bateria ma jakąś krzywą rozładowywania się, gdzie napięcie wyjściowe jest mniejsze wraz z rozładowaniem baterii (i pobieranym prądem, co też trzeba uwzględnić jeżeli masz duże zmiany w zapotrzebowaniu na prąd).

    Dla przykładu bateria li-ion będzie miałą 3,7V po pełnym naładowaniu i tylko ok 3,2V gdy będzie prawie pusta. Dodatkowa uwaga jest taka, że baterii tego typu NIE POWINNO SIĘ ROZŁADOWAĆ DO KOMPLETNEGO ZERA. Grozi to zapaleniem/wybuchem baterii przy próbie ponownego ładowania.

    Napięcie w tym momencie najlepiej ustawić na np. 3,1V, więc masz zapas 100mV w obie strony. (100mV powyżej minimalnego napięcia procesora 3,0V i 100mV poniżej minimalnego dopuszczalnego napięcia na baterii 3,2V)

    6V do podświetlania to tak jak koledzy powiedzieli jakaś przetwornica step-up.
  • Poziom 43  
    Ozdyn :arrow: a ja proponuję coś innego.

    Urządzenie przenośne - problemy projektowe

    Napięcie wyjściowe ustawiane na pomocą dzilenika. Układ jest bardzo szeroko stosowany w PDA nawigacjach itp.
  • Spec od GSM
    ozdyn napisał:
    W jaki sposób zbudowany jest taki układ zasilający np. w telefonach?


    Ch-ka rozładowania akumulatorów jest na tyle płaska (napięcie długo jest stabilne podczas powolnego rozładowywania) że w telefonie wystarcza zwykły LDO do zasilania. Jeśli bateria się wyczerpuje i napięcie zaczyna mocno spadać to telefon po prostu się wyłącza z komunikatem rozładowanej baterii. Procesor pracuje na 2,7V lub 1,8V czyli zapas jest spory. Zasilaniem najczęściej zarządza spory układ i prawie wszystkie stabilizatory ma wbudowane łącznie z przetwornicami, kontrolerem ładowania i czym tam jeszcze trzeba. Jak masz zdolności w lutowaniu małych BGA i masz czym to robić to możesz sporo ciekawych rozwiązań przemycić z telefonów gsm. Generalnie większość telefonów pracuje na napięciu 2,7-2,8V a to jest za nisko do twoich potrzeb. Do podświetlenia LED możesz użyć takiej przetwornicy jak podałem w tym wątku: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic942204-0.html
  • Poziom 10  
    Bardzo dziękuję za wszystkie porady :)
    Aby nie zakładać nowego tematu chciałbym się zapytać jeszcze o kilka rzeczy:

    Freddie Chopin napisał:
    wskazana filtracja zasilania analogowego przez jakis dlawik

    W jaki sposób dobrać wartość takiego dławika. Przy kondensatorkach używa się raczej standardowej wartości(100n). Jak to ma się w przypadku dławików? Czy jest jakaś Uniwersalna wartość? Jeżeli nie ma, to jak ją dobrać. Jakie są konsekwencje dobrania zbyt małej lub zbyt dużej wartości?
    W kilku układach widziałem filtry LC umieszczone za stabilizatorem. Czy warto stosować coś takiego jeżeli układ raczej nie będzie narażony na działanie silnych zakłóceń? Jeżeli warto, to jak dobrać wartości elementów takiego filtru?

    MirekCz napisał:
    Baterie najprościej zmierzyć na dwóch rezystorach - dzielnik - i do procesora na ADC. Możliwe jest też stworzenie układu analogowego.

    Ok, czyli im większa wartość tych rezystorów, tym mniej prądu będę tracić. Czy te rezystory mogą być dowolnie dużej wartości? Czy przetwornik ADC ma jakąś graniczną wartość?

    MirekCz napisał:
    6V do podświetlania to tak jak koledzy powiedzieli jakaś przetwornica step-up.

    Po rozejrzeniu się wybrałem LM2621. Jest do niego jakaś inna, ciekawa alternatywa?
    W Ultra LDO, który podałeś(LP3985) jest nóżka Ven. W jaki sposób to działa(w datasheecie nie jest sprecyzowane)? Czy po podaniu sygnału niskiego, na wyjściu jest 0V, czy np. spadek jednej diody w stosunku do napięcia wejściowego(tak jest w LM2621).
    Czy jeżeli chciałbym zasilać dodatkowy układ ~5V, to dobrym pomysłem jest użycie jednej(dwóch) diody pomiędzy wyjściem przetwornicy 6V, a wejściem układu? Czy są może jakieś inne, *bardziej optymalne* rozwiązania?

    Jeszcze mam dodatkowe jedno pytanie o zaprojektowanie włącznika. Chciałbym, aby działał w następujący sposób: urządzenie włącza się po przytrzymaniu(np. 1 sekundowym) wybranego przycisku. Wyłączenie może nastąpić jedynie z poziomu mikrokontrolera.
    Ja to widzę mniej-więcej tak: bezpośrednio do baterii byłby podpięty mini układzik o skrajnie znikomym poborze mocy i dwóch wejściach(bo używanie tutaj jakiegokolwiek mikrokontrolera wydaje mi się znaczną przesadą;) ). Do jednego podpięty przycisk, a do drugiego pin uC, natomiast na wyjściu 1 aby włączyć zasilanie całego układu, a 0 aby wyłączyć. I teraz przy pojawieniu się 0 na pierwszym wejściu, które trwałoby >= niż wybrany czas na wyjściu byłaby wystawiana jedynka, a przy pojawieniu się 0 na drugim wejściu(trwającego bardzo krótko), na wyjściu pojawiałoby się 0.
    Czy istnieją podobne układy? Jeżeli nie, to w jaki sposób zabrać sie za zbudowanie takiego(przy założeniu, że musi pobierać skrajnie niewiele energii).
  • Poziom 28  
    ozdyn napisał:

    Czy istnieją podobne układy? Jeżeli nie, to w jaki sposób zabrać sie za zbudowanie takiego(przy założeniu, że musi pobierać skrajnie niewiele energii).

    A czy Twój procek nie posiada odpowiedniego właśnie do tego celu trybu sleep ??, w którym wszystkie zegary sąnieaktywne a procek można obudzić np. przerwaniem zewnętrzym.
  • Poziom 10  
    Dr_DEAD napisał:
    A czy Twój procek nie posiada odpowiedniego właśnie do tego celu trybu sleep ??, w którym wszystkie zegary sąnieaktywne a procek można obudzić np. przerwaniem zewnętrzym.


    Posiada, ale początkowo chciałem wyłączać cały stabilizator. Jednak po przeanalizowaniu wydaje mi się, że Twój pomysł jest bardzo OK. Dzięki:)