Napájení, blokování vest. systémů

Napájení, blokování vest. systémů

Napájení vestavných systémů, blokování

2015 A4M38AVS Aplikace vestavných systémů

J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

1

Náplň

Napájení – síťové napájení, bateriové napájení vestavěných systémů stabilizace napětí napájecího zdroje

Stabilizátor se Zenerovou diodou lineární regulátor, impulsní regulátor parametry integrovaných regulátorů napětí

Výklad na přednášce:

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

2

Napájení

Stabilizátor se Zenerovou diodou

Zenerovo napětí U

Z

, jednotky voltů, min. používané - od 3,6 V

I

I

1

U

1

I

ZD

R

I

2

ZD

U stab

U

Z

U

Vhodné pro malé odběry, stálá velikost proudu I1, přerozdělení mezi I

ZD růst I

2

, pokles I

Z

, pokles U

2 a I

2

Diferenciální odpor Zenerovy diody v prac. oblasti

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

3

Napájení

Zdroje referenčního napětí na principu šířky zakázaného pásu

(Bandgap) minimálně 1,24 V

Používané ve většině současných stabilizátoru napětí info HB206-D___Regul-Handook.pdf ON Semiconductors

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

4

Napájení

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

Minimální napětí – Vref = 2,5 V, dynamický odpor Rd = 0,2 Ohmu

I max

= 100 mA

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

5

Napájení

Jednoduchý stabilizátor se zdrojem ref. napětí a zesilovačem

Tranzistor jako sledovač

U

O

= U

R

- U

BE

= U

R

- 0,7 V

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

6

Napájení

Stabilizátor se zdrojem ref. napětí a zesilovačem regulátor – zesilovač odchylky porovnání žádané a skutečné hodnoty, podstat všech lineárních stabilizátorů napětí

Výkonové ztráta

P = I

OUT

( U in

= U

OUT

) např. U

IN

= 6 V, U

OUT

= 3, 3 V,

I

OUT

= , 0, 1 A

P = 2,7 V x I

OUT

= , 0, 27 W

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

7

Napájení

Stabilizátor se zdrojem ref. napětí a zesilovačem regulátor – zesilovač odchylky porovnání žádané a skutečné hodnoty, podstat všech lineárních stabilizátorů napětí

Výkonové ztráta

P = I

OUT

( U in

= U

OUT

) např. U

IN

= 6 V, U

OUT

= 3, 3 V,

I

OUT

= , 0, 1 A

P = 2,7 V x I

OUT

= , 0, 27 W poznámka - proč je použit R2?

ochrana .. ( „ zvonek na výstupu“)

U

ZD

U

O

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

8

Napájení

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

U

Z

= U

REF podmínka – zajistí regulátor

U

O x R

1

/(R

1

+ R

2

) = U

REF

U

O

= (1 + R

2

/ R

1

) U

REF důsledky:

R

2

= 0 U o

= U

REF ale pozor – R2 nekonečno, odpojeno –

Uo je max.

(výklad - příklad se stab. a špatně zapáj. R

1, v.š

.

)

U ref

U z

= U

O x R

1

/ (R

1

+R

2

)

R

2

U

O

R

1

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

9

Regulátor LM317

Ref. napětí U ref

= 1,25 V

Regulace . U

OUT

–U

ADJ

= U

REF

Nejmenší možné výst. napětí U

OUT

= 1,25 V

Minimální napěťový spád na regulátoru

„Drop“, „Dropout voltage“

LM 317 - ( přibl. 2 V - viz. graf) minimální proud regulátorem ?

I

Omin

10mA („minimum load current“)

(„tvrdý“ dělič, nebo dát indikační LED)

I adj

= typ 0,05 až 0,1 mA

Pozor na funkčnost děliče,

(Pozor - přerušení R

2

, plné napětí)

Minimální výst. napětí 1,25 V

(svorka Adj na GND, R

2

= 0 )

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

U ref

U z

U

OUT

GND

10

Napájení

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

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

11

Regulátor LM317

vnitřní referenční napětí U ref

= 1,25 V

Nejmenší možné výst. napětí U

OUT

= 1,25 V

Minimální napěťový spád na regulátoru

„Drop“, „Dropout voltage“

LM 317 - ( přibl. 2 V - viz. graf) minimální proud regulátorem ?

I

Omin

10mA („minimum load current“)

(„tvrdý“ dělič, nebo dát indikační LED)

I adj

= typ 0,05 až 0,1 mA

Pozor na funkčnost děliče,

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

Minimální výst. napětí 1,25 V

(svorka Adj na GND)

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

12

Regulátor LM317 vnitřní uspořádání

Stabilizátor LM317 (LM117, LM217) proudová ochrana, snímací odpor 0,1 Ohmu

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

13

Regulátor LM317, dropout

Minimální úbytek napětí na regulátoru – „Dropout“ určen napětím na dvou tranzistorech v koncovém stupni dropout je větší než 2x 0,7 V =1,4 V

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

14

Low drop regulátory

ST LF33 (3, 3 V), drop 0,5 V použití tranzistoru PNP v regulátoru diskuse parametrů - kat. list.

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

15

Low drop regulátory

ST LD1117x (použit v desce STM32 VL Discovery) dropout 1 V použití tranzistoru PNP + NPN v regulátoru najít v katalogu pro jednotlivé stabil.

U dropout

, I max

, U imax

, P max

Výkonová ztráta – pozor – výpočet, chlazení max. výst. proud 0,8 A

? napěťový spád

P = U x I !!!

U i

= 12 V, U

O

= 3,3 V, I = 50 mA příklad P = (U i

- U

O

) I = (12 - 3,3) . 0,05 = 0,45 W !!

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

16

Napájení

ST LD1117x použit v desce STM32, dropout 1 V viz . schéma STM 32 VL kit, dok.

CD00267113___STM32VLDiscovery_User.pdf

BAT60 Schottkyho dioda (nižší napětí U

AK

= 0, 3 až 0, 4 V) blokování napájení

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

17

Lineární regulátory napětí- hlavní parametry

Použití lin. regulátoru napětí – respektování hlavních parametrů

U d dropout, - spád napětí na regulátoru potřebný pro funkci regulátoru výpočet minimálního vstupního napětí

LD117DT33C Ud max. 1,1 V pro IO = 100 mA

,

Uo výstupní napětí – pevné ( většinou), nebo nastavitelné vnějším děličem

I max

U

Omin

– pro nastavitelné regul. , pro bateriové aplikace

I

Omin

„Minimum load current“ minimální proud výstupem (potřebný pro správnou funkci regulace) význam u nastavitelných regulátoru, u pevných regulátorů – proud zajištěn zátěží děliče

(porovnat LD1117 – typ. adj) typ. 2 mA, I adj

= 60 uA ( max 120 uA) max. 5 mA a LD117 33

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

18

Lineární regulátory napětí- hlavní parametry

Uo výstupní napětí – pevné ( většinou),nebo nastavitelné vnějším děličem

I max

U

Omin

– pro nastavitelné regul. , pro bateriové aplikace,

I

Omin

„Minimum load current“ minimální proud výstupem ( potřebný pro správnou funkci regulace) význam u nastavitelných regulátoru, u pevných regulátorů – proud zajištěn zátěží děliče

(porovnat LD1117 (adj) typ. 2 mA, I adj

= 60 uA (max 120 uA) max. 5 mA a LD117 33

I d

(Quiescent current) klidový proud – protéká vstupem regul. a odtéká do

GND „země“ –

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

19

Lineární regulátory s nastavitelným napětím

Použití lin. regulátoru s nastav. napětím.

U ref

– vnitřní referenční napětí – obvykle 1,25 V ( band gap reference)-

U

OUT

= U

REF

(1 + R

2

/R

1

) + R

2 x I

ADJ

I

ADJ – proud nastavovacím pinem

I adj

= 60 uA ( max 120 uA) u LD1117 adj. typu obvykle zapotřebí zaručit minimální stálý zatěžovací

I

O min

= 5 mA zátěž děličem

I

O

= 1,25 / 120 Ohmů = 10 mA

. min. proud výstupem u pevných typů (LD1117- 33) 3,3 V - zajištěn vnitřně – např. děličem

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

20

Lineární regulátory pro bateriové napájení

příklad STM LD2985, dropout 0,280 V, pin SHDN – „Shutdown“, inhibit, řídicí logický vstup

U

ILmax

= 0,15 V výstup je odpojen , U

IH min

= 2 V výstup je aktivní možnost řídit procesorem I

INH typ 0 uA (U

INH

=0) I

INH

= 5 uA (U

INH

= 5 V)

U

INHmax

= 16 V pro vstup – možno připojit přímo na vstup napájení U

IN

Bypass – „bypass capacitor“ – připoj. ext. blokovacího kondenzátoru proti GND

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

21

Lineární regulátory pro bateriové napájení

Příklad STM LD2985, dropout 280 mV, shut down, inhibit malý vlastní proud - aby regulátor sám nevybíjel baterie závislý na výst. proudu I

OUT

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

22

Lineární regulátory pro nízké napětí

Napájení jádra procesor U = 1,1 až 1, 2 V - jak řešit regulátor ???

není možné použít 3 - svorkové provedení klasického regulátoru ( LM317,…) řešení příkl. Osemi NCP5661 vnitřní dělič pro ref. nap.,

U ref

= 0,9 V,

U

OUT min

= 0,9 V výst napětí min. 0,9 V

(a větší)

I adj

= 40 nA

Klidový proud do GND v akt. stavu - max. 3 mA funkce povolení (Enable) povolení EN připoj. na U in zákaz EN připoj. na GND, (I

Q typ 10 uA celkový odběr - proudu do GND)

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

23

Lineární regulátory napětí- hlavní parametry

Uo výstupní napětí – pevné (většinou), nebo nastavitelné vnějším děličem

I max

U

Omin

– pro nastavitelné regul. , pro bateriové aplikace,

I

Omin

„Minimum load current“ minimální proud výstupem ( potřebný pro správnou funkci regulace) význam u nastavitelných regulátoru, u pevných regulátorů – proud zajištěn zátěží děliče

(porovnat LD1117 (adj) typ. 2 mA, I adj

= 60 uA (max 120 uA) max. 5 mA a LD117 33

I d

(Quiescent current) klidový proud – protéká vstupem regul. a odtéká do

GND „země“ –

Použití lin. regulátoru napětí – respektování hlavních parametrů

U dropout

, , I max, ,

I min,

U

Omin

– pro nastavitelné regul., pro bateriové aplikace,

P tot

, max. teplota čipu,

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

24

Pouzdra regulátorů

Použití lin. regulátoru napětí – respektování hlavních parametrů max. ztrátový výkon – závistí též na schopnosti odvádět teplo chladičem tepelný odpor R th

, rozdíl teplot , tepelný tok (W) výpočty analogicky - elektrický odpor, napětí a proud tepelný odpor chladiče

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

25

Pouzdra regulátorů

Použití P

TOT

– (totální) maximální ztrátový výkon obvodu při ideálním odvodu tepla z povrchu pouzdra

Tepelný odpor

R thJC

Thermal resistance junction-case, tepelný odpor mezi čipem a pouzdrem závisí na typu pouzdra

R thJA

Thermal resistance junction-ambient, tepelný odpor mezi čipem a vnějším okolím (pouzdrem) – má smysl pouze u větších pouzder – např. TO220

T

OP

Operating junction temperature range rozsah pracovních teplot vlastního čipu

LD1117, LF33

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

26

Tepelné výpočty

(analogie tepelný odpor – elektrický odpor, ….

výpočty s využitím analogie s Ohmova zákona) tepelná veličina analogická elektrická veličina tepelný odpor R th

(

O

C/W) – elektrický odpor rozdíl teplot – (

O

C) rozdíl potenciálů, napětí tepelný tok (W) elektrický proud

R thJC tepel. odp. čip – pouzdro

R thCS tepel. odp. pouzdro – chladič

R thCS tepel. odp. chladič – okolí

T

J

T

C teplota čipu teplota pouzdra

T

S teplota chladiče

T

A teplota okolí

P

D teplota čipu

T

J teplota

pouzdra

R thJC

T

C teplota chladiče

R thjCS

T

S teplota okolí

R thjSA

T

A

=

T

R th referenční teplota

P

D

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

27

Výpočty oteplení čipu regulátoru

T

J teplota polovodičového čipu ( T j

– junction) zvýšení teploty čipu závisí na celkovém tepelném odporu mezi čipem a okolím a celkovém ztrátovém výkonu regulátoru

T

J

= T

C

+ R thJC

⋅ P

D

T

J

= T

C

+ R thJC

⋅ P

D

= T

A

+ R thCA

⋅ P

D

+ R thJC

⋅ P

D

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

28

Pouzdra regulátorů

(analogie tepelný odpor – elektrický odpor, ….

výpočty s využitím analogie s Ohmova zákona) tepelná veličina analogická elektrická veličina tepelný odpor R th

(

O

C/W) – elektrický odpor rozdíl teplot – (

O

C) rozdíl potenciálů, napětí tepelný tok (W) elektrický proud příklad, regulátor LM317 v pouzdře TO220, pro napájení procesoru vstupní napětí U

1

= 9V, výstupní napětí U

2

= 3,3 V, proud I= 0,1 A

P = (9 – 3,3) x 0,1 = 0,57 W ztrátový výkon regulátoru

Pouzdro TO220 – možno vybavit chladičem,

Pouzdra DPACK, D

2

PACK – odvod tepla kovovou chladicí podložkou (součást pouzdra) - pouze prostřednictvím desky plošného spoje (otázky volby velikosti plochy mědi na desce spoje)

Pouzdro SO8 a menší – odvod tepla pouze prostřednictvím kovových vývodů

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

29

Pouzdra regulátorů

(analogie tepelný odpor – elektrický odpor, ….

výpočty s využitím analogie s Ohmova zákona)

D2PACk pouzdro RthJA 62,5

O

C/W , (D2PACK jako TO220 s ustřiženým chladicím křídlem), připájení chladiče a měď. vrstvu ploš. spoje.

? otázka odvodu tepla z měděné plochy - ? proudění vzduchu, krabička ??

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

30

Pouzdra regulátorů

Miniaturní pouzdro SO-8, odvod tepla prostřednictvím vývodů obvodu do desky plošného spoje

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

31

Pouzdra regulátorů

Regulátor LD1117 v pouzdře DPAK na desce STM 32 VL Discovery

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

32

P

D

T

Jmax maximální možný ztrátový výkon při teplotě okolí T

A maximální povolená teplota čipu teplota okolí

I

O

(

U

IN

U

O

)

=

P

D

T

A

R thJA tepelný odpor – čip – okolí

U

IN

– vstupní nap., U

O

– výst. nap., I

O

– výstupní proud regulátoru

=

T

Jmax

R thJA

T

A

Omezení výkonové zatížitelnosti regulátoru napětí !(Pozor – častá chyba – odhad proudové zatížitelnosti regulátoru pouze podle Imax, opomenutí reálného tepelného odporu R thJA

Příklad níže - pouzdra regulátorů na STM32F4 Discovery kit

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

33

Impulsní regulátor

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“ u

L

= L (di/dt) di/dt = u

L

/L u

L

= konst, pak lin. růst 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

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

34

-

Funkce impulsního regulátoru - MC34166 – „step down“

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

35

-

Funkce impulsního regulátoru – LM2596

Pevné, nebo nastavitelné napětí

„fixed output voltage“ , nebo

„adjustable“

(obdobně u dalších výrobců)

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

36

Napájení

Obvod L6928 vstup 2 až 5, 5 V výstup od 0,6 V frekvence 1,4 MH, synchronní

U ref

= 0,6 V

U

OUT

= U ref

(1 + (R

2

/R

1

))

(vzorec jako u lin. regulátorů) výstup P

GOOD

– „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

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

37

Napájení desky Primer 2

Impulsní regulátor L6928 použit v Primer 2,

Obvod L6928 „step down“ regulátor – snižuje napětí cívka – jako akumulátor energie, frekvence 1,4 MH, synchronní výklad- podle schématu Primer 2

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

38

Napájení

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,

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

39

Napájení

Další impulsní regulátory, „Step up“, - zvyšující, impulsní regulátory

(Boost converter) využití rázu

L

D

U

1

S

C

+

U

2

(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,…)

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

40

Step Up měnič s MC34166

Step UP – zařazen spínač s tranzistorem Q

2

„pumpování energie do cívky, sepnut Q

1 a Q

2

, rozepnutí Q

1

, rozepnutí Q

2

, , proud protéká D

1

, L, D

2 a nabíjí C

0

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

41

Invertující měnič

Invertující měnič – (buck – boost converter)

S - sepnut, protéká proud v obvodu: U

1

, S, L, rozepnutí S – ráz , protéká proud v obvodu L, D a nabíjí C – záporné výstupní napětí,

U

1

S D

L

+

C

U

2

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

42

Invertující měnič s MC34166

Invertující měnič vstup + 12V, výstup - 12 V

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

43

Napájení – způsob blokování napájení log. obvodů

Výklad na přednášce:

Impulsní odběr logického obvodu, viz. log. obvod CMOS – přebíjení kapacit při změně vnitřních stavu mikroprocesoru, regulátor není schopen tak rychle reagovat problém parazitní indukčnosti Ls rozvodu napájení čím rychlejší mikroprocesor, tím důležitější otázka blokování napájení

( analogie – sklad p. , chladnička, sklep)

Blokování napájení – z hlediska regulátoru - kondenzátor (velká kapacita- blízko regulátoru) musí poskytnout dostatek energie na dobu, než regulátor

„zareaguje“ na požadavek na zvýšený proud

Blokování z hlediska integrovaného obvodu – kondenzátor, ( menší kapacita -

10ky až 100 nF, kvalitní, „rychlý“, keramický kond.) blízko int. obvodu, pokrytí proudových impulsů odběru

U

CC

Cílem blokování je snížit impulsní proudy v rozvodu napájení (U

DD

) a rozvodu zemí (U

GND

) log.ob.

+

C b

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

44

Napájení – blokování napájecího zdroje

Výklad na přednášce: otázka rychlosti odezvy stabilizátoru na změnu odběru , proč je nutno blokovat výstupy regulátoru pomocí C

(analogie – vyrovnávací sklad energie)

U

=

I

T

C

Q = CU Q = I T Q náboj, C kapacita, I proud, T čas např. impulsní odběr, ale podobně – impulsní regulátor, dodání energie pouze v diskrétních intervalech regulátor volba velikosti tak C, aby nebyly rušivé změny napájecího napětí

T = 10 uS, I = 500 mA C= 100 uF, změna napětí

∆ U =

I ⋅ T

C

=

0 , 5 ⋅ 10

− 6

10

− 4

= 0 , 05 V

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

45

Napájení – blokování napájení, tlumivky

Výklad na přednášce:

Impulsní odběry- protékají impulsní proudy rozvodem napájení U

CC

, ale také zemí GND !!! Lokalizace proudového okruhu

Tlumivka v rozvodu napájení – neumožní impulsní proud,

úbytek napětí na tlumivce u

L

=

L d i d t příklad L= 50 nH, u

L

= 1V , jaký možný nárůst proudu ?

d d i t

= u

L

L

=

50 ⋅

1 V

10

9

H

= 2 ⋅ 10

7

A/s = 20 A/µ/ = 0 , 02 A / ns

Logický obvod s velkým impulsním odběrem

– tlumivka neumožní rychlou změnu proudu z rozvodu U

CC

, jinak roste u

L

, kde je di/ dt obvod –

U

CC impulsní napájecí proud poskytne kondenzátor C b

L log.ob.

+

C b

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

46

Napájení – blokování napájení log. obvodů

Výklad na přednášce:

Omezení impulsního odběru z U

CC

, nutno použít blokovací kondenzátor dostatečné kapacity C b

.

předpoklad proudového impulsu 200 mA pro dobu 2 ns, C= 10 nF

∆ U =

I

T

C

Kondenzátor s kapacitou 10 nF napájení log. obodu po dobu 2 ns při poklesu napětí o 0,04 V

=

0 , 2

10

⋅ 2

⋅ 10

− 9

10

− 9

= 0 , 04

Logický obvod s velkým impulsním odběrem – tlumivka neumožní prudkou změnu proudového odběru (di/ dt) obvod – energie z lokálního blokovacího kondenzátoru C b

, snížení rušení po rozvodu napájení

Snížení impulsních proudů rozvodem GND

Snížení rušení po rozvodu napájení a vyzařování rušivé vysokofrekvenční

U

CC

L energie

( pozn. tlumivky se nedávají na rozvodu GND, vodič GND je společný pro napájení i pro signály )

GND log.ob.

+

C b

V

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

47

Napájení – blokování napájení log. obvodů

Výklad na přednášce: snížení rušení na zemních vodičích snížení rušení obvodu samého a snížení vyzařování

( analogie – průjezd „velbloudi“,..)

U

CC

LO 1 LO2

+

C b

GND

U

CC

LO 1 u

GND

Z

GND

L

LO2

+

C b

GND u

GND

Z

GND

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

48

Napájení – blokování napájení log. obvodů

Výklad na přednášce:

Impulsní odběry- protékají impulsní proudy rozvodem napájení U

CC

, ale také zemí GND !!! Lokalizace proudového okruhu

Tlumivka v rozvodu napájení – neumožní impulsní proud,

úbytek napětí na tlumivce u

L

=

L d i d t příklad L= 50 nH, u

L

= 1V , jaký možný nárůst proudu ?

d d i t

= u

L

L

=

50 ⋅

1 V

10

9

H

= 2 ⋅ 10

7

A/s = 20 A/µ/ = 0 , 02 A / ns

Logický obvod s velkým impulsním odběrem

– tlumivka neumožní prudkou změnu proudu z rozvodu U

CC

, jinak roste u

L

, kde je di/ dt obvod –

L

U

CC log.ob.

+

C b

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

49

Napájení – blokování napájení log. obvodů

Výklad na přednášce:

Omezení impulsního odběru z UCC, nutno použít blokovací kondenzátor dostatečné kapacity C b

.

předpoklad proudového impulsu 200 mA pro dobu 2 ns, C= 10 nF

∆ U =

I

T

C

Kondenzátor s kapacitou 10 nF napájení log. obvodu po dobu 2 ns při poklesu napětí o 0,04 V

=

0 , 2

10

⋅ 2

⋅ 10

− 9

10

− 9

= 0 , 04

Logický obvod s velkým impulsním odběrem – tlumivka neumožní prudkou změnu proudového odběru (di/ dt) obvod – energie z lokálního blokovacího kondenzátoru C b

, snížení rušení po rozvodu napájení

Snížení impulsních proudů rozvodem GND

Snížení rušení po rozvodu napájení a vyzařování rušivé vysokofrekvenční energie

U

CC

L log.ob.

+

C b

V

GND

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

50

Napájení – analogová a číslicová část

Výklad na přednášce: pojem „analogová, číslicová zem“, analogové, číslicové napájení v mikrořadičích s převodníky ADC– často oddělena analogová zem

(zem obvodů převodníku ADC, DAC,..) a číslicová zem – zem vlastního procesoru, pamětí a dalších číslicových obvodů. Spojení analogové a číslicové země v jednom bodu – blízko pouzdra

Přivedení GND vodiče pro měření napětí - přímo do tohoto bodu – mimo cesty impulsních proudů do číslicové země.

(analogie –- dvě oddělené příjezdové cesty k obchodu – pro náklady- číslic. a pro pěší -analog.)

U

CC

GND

L

1

DU

DD

L

2

AU

DD uP

DGND

AGND

Z

GNDdig

Z

GNDanalog analog. vstup.

signál

C b

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

51

Zemní a napájecí piny procesoru STM32F1xx

Popis – napájecí a zemní piny u STM32F100x ,…viz. lit.:

AN2586 Application note STM32F10xxx hardware development: getting started

V

SS

V

SSA

„číslicová“ zem

„analogová“ zem

(zem analogové část ( ADC, PLL,..)

V

SS a V

SSA musí být propojeny podobně musí být propojeny

V

DD a V

DDA

V

SSA

, V

DDA zemní a napájecí pin analgové části

V

BAT napájení ( baterií zálohované) pro oscilátor 32 768 Hz a obvod reálného času

RTC (Real Time Clock) a BKP (back up) registry

(část SRAM) které si díky baterii podrží informaci i po odpojení V

DD

.

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

52

Blokování napájení v STM32VL a STM32F4 Discovery

Kondenzátory umístěny blízko u jednotlivých napájecích pinů napájení číslicové a analogové části použití tlumivky v přívodu

V

DDA

– napájení analogové části

(napájeni. ADC- analogo- číslicov.

převodníku,,…)

A4M38AVS, 2015, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha kat. měření

53

Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement