Napájení mikroprocesorů. ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer. studenty zapsané v předmětu: A4B38NVS

A4B38NVS, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT FEL, Praha

v. 2012 Materiál je určen jako pomocný materiál pouze pro studenty zapsané v předmětu: A4B38NVS ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer

Napájení mikroprocesorů

1


Výklad na přednášce:

Napájení – síťové napájení, bateriové napájení vestavěných systémů stabilizace napětí napájecího zdroje opakování, (základy viz. před. prof. Zemánek) Stabilizátor se Zenerovou diodou lineární regulátor, impulsní regulátor parametry integrovaných regulátorů napětí

Náplň

2

ZD

R

I2 Ustab

UZ

I

U


Vhodné pro malé odběry, stálá velikost proudu I1, přerozdělení mezi IZD a I2 růst I2, pokles IZ, pokles U2 Diferenciální odpor Zenerovy diody v prac. oblasti Rd =∆ ∆U/∆ ∆I, jednotky Ohmů

IZD

U1

I1

Stabilizátor se Zenerovou diodou Zenerovo napětí UZ, jednotky voltů, min. používané - od 3,6 V

Napájení

3


info HB206-D___Regul-Handook.pdf ON Semiconductors ve všech mikrořadičích . reference s využitím bang gap reference ( ne Zener. dioda)

Zdroje referenčního napětí na principu šířky zakázaného pásu (Bandgap) minimálně 1,24 V Používané ve většině současných stabilizátoru napětí

Napájení

4


Zdroje referenčního napětí na principu šířky zakázaného pásu (Band Gap) minimálně 1,24 V Používané ve většině současných stabilizátoru napětí Funkční obdoba Zenerovy diody , ale na principu „Band Gap“ TL431 viz cvičení MMP Min. napětí – Vref = 2,5 V, dynamický odpor Rd = 0,2 Ohmu, Imax= 100 mA, použito v úloze „voltmetr“, teplot. závislost 50 ppm /0C TLV431 napětí 1,24 V, Imax = 50 mA

Napájení

5


P = 2,7 V x IOUT = , 0, 27 W

Stabilizátor se zdrojem ref. napětí a zesilovačem zpětná vazba, regulátor – zesilovač odchylky porovnání žádané a skutečné hodnoty, podstata všech lineárních stabilizátorů napětí Výkonové ztráta P = IOUT (Uin - UOUT) např. UIN = 6 V, UOUT = 3, 3 V, IOUT = , 0, 1 A

Napájení

6


Stabilizátor se zdrojem ref. napětí a zesilovačem- ideové schéma pro vyšší napětí, než je referenční realizace v integrované verzi

Napájení

7


Minimální výst. napětí 1,25 V (svorka Adj na GND)

(Pozor - přerušení R1, plné napětí na výstupu - příklad)

Iadj = typ 0,05 až 0,1 mA Pozor na funkčnost děliče,

vnitřní referenční napětí Uref = 1,25 V Nejmenší možné výst. napětí UOUT = 1,25 V Minimální napěťový spád na regulátoru „Drop“, „Dropout voltage“ LM 317 - ( přibl. 2 V - viz. graf) minimální proud regulátorem ? (R1 = 120 Ohmů) IOmin 10mA („minimum load current“) („tvrdý“ dělič, nebo dát indikační LED)

Regulátor LM317

8


Stabilizátor LM317 proudová ochrana, snímací odpor 0,1 Ohmu

Regulátor LM317 vnitřní uspořádání

9


ST LF33 (3,3 V), drop 0,5 V, pro napájení např. STM32 D103 procesory ARM Cortex M3 , napáj. napětí Ucc= 3,3 V, příp. nižší použití tranzistoru PNP v regulátoru diskuse parametrů - kat. list.

Low drop regulátory

10


Uo výstupní napětí – pevné ( většinou), nebo nastavitelné vnějším děličem I max UOmin – pro nastavitelné regul. , ro bateriové aplikace, IOmin „Minimum load current“ minimální proud výstupem ( potřebný pro správnou funkci regulace) význam u nastavitelných regulátorů napětí, u Id (Quiescent current) klidový proud – protéká vstupem regul. a odtéká do GND „země“ –

Lineární regulátory napětí- hlavní parametry

11


Použití lin. regulátoru napětí – respektování hlavních parametrů Udropout, , I max, ,I min, UOmin – pro nastavitelné regul. , pro bateriové aplikace, P tot, max. teplota čipu,

Lineární regulátory napětí- hlavní parametry

12


Použití lin. regulátoru napětí – respektování hlavních parametrů max. ztrátový výkon – závistí též na schopnosti odvádět teplo chladičem tepelný odpor Rth , rozdíl teplot , tepelný tok (W) výpočty analogicky - elektrický odpor, napětí a proud tepelný odpor chladiče

Pouzdra regulátorů

13


Použití PTOT – (totální) maximální ztrátový výkon obvodu při ideálním odvodu tepla z povrchu pouzdra Tepelný odpor RthJC Thermal resistance junction-case, tepelný odpor mezi čipem a pouzdrem závisí na typu pouzdra RthJA Thermal resistance junction-ambient, tepelný odpor mezi čipem a vnějším okolím ( pouzdrem) – má smysl pouze u větších pouzder – např. TO220 TOP Operating junction temperature range rozsah pracovních teplot vlastního čipu

Pouzdra regulátorů

14


uL = konst, pak lin. růst proudi i není možná skoková změna proudu cívkou výklad – odvození průběhu proudu cívkou,.. řešení cívek použité kondenzátory, pojem low ESR spínací diody,.. spoje z hlediska rušení, malý odpor (a indukčnost), krátké spoje (analogie „volnoběžka“, „ furtšlap“

uL = L (di/dt) di/dt = uL/L

Impulsní regulátory, snižující měnič, „step down“, snížení výkonové ztráty v regulátoru, impulsní provoz omezení proudu obvodem – místo tranzistoru (ztráty) dynamické efekt přechodového děje – náběh proudu cívkou (indukčnost) cívka – jako akumulátor energie „buck converter“

Napájení

15

-


Funkce impulsního regulátoru - MC34166 – „step down“

16


Pevné, nebo nastavitelné napětí „fixed output voltage“ , nebo „adjustable“ (obdobně u dalších výrobců)

-

Funkce impulsního regulátoru – LM2596

17


Obvod L6928 vstup 2 až 5, 5 V výstup od 0,6 V frekvence 1,4 MH, synchronní Uref = 0,6 V UOUT = Uref (1 + (R2/R1)) (vzorec jako u lin. regulátorů) výstup PGOOD – „Power Good“ úroveň H - výstup dosáhl 90 % úroveň L - výstup nižší než 90 % (žádané hodnoty výst. napětí) RUN – shutdown méně 0,4 V L – zastaví, H – (větší než 1,3V) povolí funkci regulátoru

Napájení

18


Step down – nejčastěji používané regulátory v embedded aplikacích odstraní se problém výkonové ztráty v (v lineárním regulátoru) při napájení např. 12 V, 24 V,.. zdroj ( akumulátor, napáječ) musí být schopen poskytnout výstupní proud shodný s max. výstupním proudem step down regulátoru !! Další impulsní regulátory, „Step up“, - zvyšující, impulsní regulátory další druhy, viz. lit. volba tlumivky do impulsního regulátoru – kritická , musí být dimenzována na daný proud a frekvenci impulsů,

Napájení

19

S

C

+

U2


(mechanická analogie – použití kladiva fáze akumulace energie – síla, pohybová energie, zastavení, impuls síly) hydromechanická analogie „vodní trkač“, dlouhé potrubí, tekoucí voda, zastavení na výstupu, ráz, velký tlak,…)

U1

Další impulsní regulátory, „Step up“, - zvyšující, impulsní regulátory (Boost converter) využití rázu L D

Napájení

20


Step UP – zařazen spínač s tranzistorem Q2 „pumpování energie do cívky, sepnut Q1 a Q2, rozepnutí Q1, rozepnutí Q2, , proud protéká D1, L, D2 a nabíjí C0

Step Up měnič s MC34166

21

Napájení mikroprocesorů. ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer. studenty zapsané v předmětu: A4B38NVS

Recommend Documents