Napajanje MCU Li-Po baterijom

[Macola]

Kada smo se dohvatili vec ove topologije pretvaraca, kako se tu kotira Cuk i X-converter? Mislim na ove varijante "dizaca-spustaca" napona, efikasnosti, min ulazni napon, kontrola (slab izbor IC-ova) ...

Gotovo sve topologije koje mogu dizati ili spuštati napon (buck-boost) imaju u osnovnom obliku slične stepene iskorišćenja koji variraju od izvedbe do izvedbe.

Od veštine kreatora i izbora režima i komponenti, bilo koja od njih može imati u nekom delu radne oblasti visok KKD.

Nadograđene te iste topologije, kada dobiju sinhrone ispravljače ili sinhrone diode, imaju mnogo viši KKD.
Naravno, i tada je konačni domašaj vezan najpre za dizajnera.

Kod niskih napona od izrazitog znaaja postaju padovi napona na barijerama dioda i saturacioni napon kontrolnih elemenata, kao i DC otpornost kalemova.
Kod pak visokih napona dominantniji su problemi od recovery gubitaka, kapacitativnih problema i slično.
I kod jednih i kod drugih skin efekat i gubici u jezgrima rastu sa radnom frekvencijom. Odnosno, postoji grupa zajedničkih problema.

Da ne nabrajam dalje, u igri je na stotine pojedinačnih faktora...

U ova novija vremena se SMPS sve više pomeraju ka višim frekvencijama pa se može zateći i nešto što radi sa 1KW pri čitav 1MHz frekvencije, poput ovako nečeg:

Oba na slici su LLC, 400/24VDC i rade na 1MHz čak.
Ni jedan se ne može tek tako nazvati "konvencionalnim" i levi je to ime dobio samo zbog inzvanredne optimizacije desnog.
Naime radi se o strahovitim naporima oko par procenata stepena korisnog dejstva, a pri tom o inzvanrednoj gustini snage i veoma malim gabatritima.

Napor koji je utrošen na ovako moćnu otpimizaciju se sveo na doktrosku disertaciju dizajnera koji je ovo uradio i na to potrošio ogromnu količinu vremena:

http://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&e...6505,d.bGQ

---------------------------------------------------------------
Poput ove optimizacije, gde su postignuti fenomenalno mali gabariti pri vrlo visokom stepenu iskorišćenja, bilo koja topologija se može izuzetno optimizovati, pa čak i hard switching topologije (samo je premisa da se to može jedino rezonantnim tipovima i ovom radu su razrešene mnoge zablude i "mitovi"):

http://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&e...6505,d.bGQ

----------------------------------------------------------------------

Ovo su dva ekstremna primera vrhunske optimizacije i potrebnog "krvavog" rada za takvo postignuće.

Konačno se radi o najboljem preseku velike količine dijagrama koji pokazuju učešće svake pojedinačne komponente u ukupnom KKD.

Optimizovati nečiji, već postojeći, rad je neuporedivo lakše od toga da to neko uradi prvi. Poput vožnje po krivinama iza veštog vozača.
Gledate njega i sagledavate bolje mogućnosti na putu gde je već neko "probio led".

No na tome se i zasniva napredak kolektivnog znanja naše civilizacije: neko prvi probije led, i često bude i zaboravljen, pa se potom snažno učestvuje na poboljšanju postojećeg...

-------------------------------------------------------------------------

Bez obzira na zonu primene SMPS konvertora, iz ova dva rada se mogu izvući inzvanredne pouke oko načina kako se to radi, i metode se mogu posredno preslikati na bilo koju topologiju.

Oba ova rada su prava riznica znanja za onog ko to može da iskoristi i nisam ih slučajno postavio.
To su dva vanserijski vredna dokumenta i ako su obimni po veličini i kompleksnosti sadržaja.

Bez obzira što se direktno ne dotičem teme, ono što sam hteo predstaviti ovde je nešto što je univerzalno i nezavisno od oblasti kojom se neko bavi, to su: model razmišljanja, sistematičnost i metode pristupa nekoj oblasti.

Pozdrav

[Macola]

Inače da direktno odgovorim na pitanje o Ćuk i X konvertoru:

Ćuk i X konvertori (od različitih su autora), sa sinhronim ispravljanjem ili ne, su tipični predstavnici takozvanih "no ripple" konvertora.
Kod takvih je dominantna osobina ubedljivo najbolja filtriranost izlaznih napona.
Dobro optimizovanom Ćuk ili X konvertoru je bukvalno dovoljno svega par stotina nF na izlazu i to pri strujama reda ampera.

I jedan i drugi uz napore oko optimizacije mogu imati veoma visok KKD.
Ono što je malo "nezgodno" kod oba, je upotreba magnetskih struktura za najbolje rezultate i poprilično "nezgodna" frekventna kompenzacija.
Svakako da se kao i kod Ćuk, i kod X konvertora da izvesti sinhroni ispravljač umesto izlazne diode.

Evo tipičnih primera obe vrste u osnovnom obliku:

  plugin-lm2611.pdf (Size: 351,62 KB / Downloads: 5)

  X-Converter2.pdf (Size: 501,45 KB / Downloads: 5)


Pozz

[Macola]

Još nešto da dodam što je od važnog značaja:
Kao i kod elektromotora ili transformatora, visok stepen korisnog dejstva se lakše postiže kod većih snaga.

Razlozi za to su jednostavni:

-kod malih elektromotora na primer, gubici trenja i recimo rashladnog ventilatora, značajan su deo ukupne snage.
Kod malih SMPS, gubici kontrole naprave i pobude power dela su takođe značajan deo ukupne snage.

-minijaturizacija izvedbe zahteva značajne ustupke oko naponskih margina i to "krade" deo prostora gde bi se mogla smestiti korisna snaga. Na primer, sigurnosna margina od 2 x 3mm na jezgru tipa EI16 uzme više od pola prostora za namotaj, dok istih tih 2 x 3mm na jezgru veličine EI65 uzme sasvim beznačajan deo za motanje.

-vrlo nalik tome je i sa dosta ostalih parametara koji se svode na izvođenje minijaturnih zavojnica sa malim DCR i slično tome..

Pozz

[vojinilic]

Kada vec govorimo o baterijskim napajanjima, hteo bih da podelim sa vama semu kako ja ukljucujem i iskljucujem uredjaje.
Vec dosta dugo ne koristim prekidace za ukljucivanje/iskljucivanje uredjaja, nego koristim taster. 
Na semi moze da se vidi ideja. Princip rada je sledeci:
LDO regulator koji treba da obezbedi napajanje MCU-u (u mom slucaju to je bio neki BT modul, samo sam kopirao deo seme) je inicijalno iskljucen (EN pin regulatora je preko R1 otpornika spojen na GND). Kada se pritisne taster T1 tada se ukljuci PNP tranzistor Q1, koji pravi pad napona na otporniku R1, cime je sada EN ulaz na visokom nivou i LDO se ukljucuje. Kada se LDO ukljuci on daje napajanje MCU-u. Posle power-up timer-a prvo u inicijalizaciji kontrolera pustim jos neko vreme (reda 1s) da bih izbegao lazna ukljucivanja uredjaja. Kada istekne ovo vreme, konfigurisu se portovi. Na mojoj semi su oznaceni netovi ON/OFF (izlaz iz MCU) i CPU_ON/OFF (ulaz u MCU). Onda postavljam na logicku '1' izlaz ON/OFF, cime drzim stalno ukljucen LDO. Taster moze da se pusti i MCU nastavlja da radi, posto on preko svog izlaza drzi ukljucenim LDO. Bitna stvar je da se na ulazu ON/OFF postavi interni pull-up ili da se doda spolja. Preko ovog ulaza vrsim detekciju pritisnutog tastera T1. Ovako T1 mogu da koristim za vise stvari, npr. ako je taster pritisnut duze od 2s, onda iskljucujem uredjaj tako sto postavljam '0' na izlaz ON/OFF. Ako hocu da koristim T1 kao neku potvrdu, onda detektujem kraca vremena itd.
Nadam se da ce ovo biti korisno nekome, a i interesuju me komentari i sugestije za ovaj nacin. Mozda neko vidi elegantnije resenje koje ja nisam video. Inace ovo sam napravio pre 10 godina i radi bas fino. Posle toga je na ostalim uredjajima bilo samo copy-pase.
Takodje na jednom uredjaju koji ima BT u sebi i kome je osnovna namena BT komunikacija iskoristio istu foru, ali be tastera. BT modul sam konfigurisao da radu u ultra power-down modu, pri cemu je njegova potrosnja u tom modu 400uA, je se on budi na svake 2s da skenira mrezu i vidi da li neko hoce da se poveze na njega. Kada se neko poveze na njega, on postavlja jedan izlaz (CONNECTED) na '1' i on tako ukljucije LDO. Kada se raskine konekcija, CONNECT je na '0'. Na ovaj nacin sam dobio ultra minijaturan uredjaj koji nema na sebi nikakav taster/prekidac. Kompletno upralvjanje uredjajem se vrsi iskljucivo preko BT-a.

Pozz,
Vojce