Jste zde

Napájení pomocí tužkové baterie

Redakce HW serveru, 16. Listopad 2000 - 0:00

Chcete napájet pomocí tužkové baterie, ale požadujete vyšší napětí? Nedávno se daly používat k

napájení různých zařízení pouze klasické ?ploché? baterie s napětím 4.5V nebo destičkové 9V. Za nimi většinou

následoval integrovaný stabilizátor nebo zenerova dioda. V dnešní době klesá potřebné napájecí napětí nových

integrovaných obvodů, stejně tak jako jejich celková spotřeba. Například kompletní přijímačový čip MC13135 dokáže

například pracovat od napájení 2V. Moderní konstruktér tak stojí buď před problémem ideální stabilizace napájení s

minimální vlastní spotřebou regulátoru nebo před volbou vhodného měniče z nízkého napětí. Následující článek dává

zkrácený přehled o těchto měničích (označovaných jako step-up) z nabídky firmy ON Semiconductor.

    Úvod
    Měniče se velmi rozšířily s rozvojem přenosných aplikací jako jsou mobilní telefony, pagery apod. Jejich hlavním úkolem je převádět nízké napětí akumulátoru (například 1.2V) na napětí provozní. To bývá typicky 3.0, 3.3 nebo 5V.

    MC33463
    Prvním zajímavým obvodem je MC33463. Tento zvyšující (step-up) spínaný regulátor na sobě integruje téměř všechny prvky. Vyjímku tvoří akumulační indukčnost, shottky dioda a filtrační kapacitor. Jeho základní funkční zapojení je na obrázku níže. Výstupní napětí je pevně dáno interním napěťovým děličem.


    Vnitřní blokové schéma je na obrázku ZDE. Základem je oscilátor 100kHz, napěťová reference, komparátor, napěťový dělič, budič a řidicí obvod (VFM). Obvod MC33463 existuje ve dvou dalších provedeních, pro použití s externím spínačem indukčnosti (suffix LT1) a se spínačem integrovaným uvnitř (suffix KT1). Ten samozřejmě dodá menší proud (až 80mA v závislosti na vstupním napětí), ale celý měnič pak tvoří pouze 4 součástky.

    Obvod pracuje v režimu, kdy je doba sepnutí pevně daná oscilátorem (fixed on-time) a doba rozepnutí (variable off-time) závisí na napětí na zátěži. To se snímá pinem OUTPUT, který zároveň slouží jako napájecí.
    Mezi základní přednosti tohoto obvodu patří:
    - nízký klidový proud 4uA
    - přesnost výstupního napětí +-2.5%
    - minimální startovací napětí 0.9V
    - vysoká účinnost, typicky 80%
    Obvod je dodáván v miniaturním pouzdře SOT 89 s rozměry 4.5x4.25 mm.
    V katalogových listech si můžete přečíst řadu dalších zajímavých podrobností včetně několika grafů. Na obrázku ZDE jsou zobrazeny dva, které Vám napomohou při plánování napájení Vašeho zařízení. Je na nich zobrazen průběh výstupního napětí v závislosti na záteži a vstupním napětí. Lze si z nich utvořit představu, kdy použít k napájení jeden (1.2V), kdy dva články (2.4V) a kdy použít verzi s interním budičem.

     

    MC33466
    V aplikacích, kde nevyhovuje změna kmitočtu měniče je možné použít obdobný typ MC33466. Ten pracuje s fixním kmitočtem a využívá pulzně šířkovou modulaci PWM. Opět se vyrábí v provedení s interním a externím budičem a na obrázku ZDE jsou zobrazeny zatežovací charakteristiky.

    MC78PC00
    Tak, nyní máme dostupné potřebné napájení, ale podle zákonů schválnosti jeden z použitých integrovaných obvodů vyžaduje napájení kvalitní 3.3V zatím co ostatním stačí 5V. Nezbývá, než najít vhodný regulátor, který má minimální spotřebu a minimální úbytek (dropout).

    Jedním takovým regulátorem je například MC78PC00, který vyniká hlavně těmito parametry:
    - minimální napájecí proud, typ. 35uA v aktivním režimu bez zátěže
    - proud 0.1uA v režimu stadby
    - ripple rejection 70dB@1kHz
    - teplotní drift výstupního napětí +-100ppm/1stC
    - přesnost výstupního napětí +-2%
    - rychlá odezva na změnu zátěže
    - Enable pin

    Blokové schéma je na obrázku ZDE. Ať se zdá podobné se zapojením oblíbené 7805ky, dokáže toho mnohem více. Jedním z velmi ceněných parametrů je napěťový úbytek na regulátoru, který činí například 150mV při proudu záteží 100mA pro 5V verzi, viz obrázku níže nebo ZDE.


    Tento obvod může napájet tu část zařízení, kterou je potřeba občas vypnout a tím minimalizovat celkovou spotřebu. To je možné díky pinu ENABLE, který vypne výstup a výrazně sníží svoji vlastní spotřebu.

     

    MC33761
    Nově navrhovaná zařízení mohou být značně náchylná na šum přivedený po napájení. Proto dnes mezi důležité a sledované parametry patří i úrověň šumu na výstupu generátoru. Firma ON Semiconductor má v produkci několik regulátorů s ultra nízkým šumem, například MC33761. Jeho blokové schéma je na obrázku ZDE. Výrobce zaručuje úroveň šumového napětí na výstupu 40uVRMS v rozsahu 100Hz-100kHz.
    Dnes však již na trhu existují obvody, které dokáží pracovat přímo s napětím 1V. Příkladem může být dvojitý operační zesilovač MC33502 opět od firmy ON Semiconductor.
    Mezi základní parametry OZ patří:
    - nízké napájecí napětí 1-7V (proti zemi)
    - vysoká vstupní impedance (typ. vstupní proud 40fA)
    - šířka pásma 5.0MHz@5V
    - výstupní proud 50mA@5V
    - rozkmit výstupního napětí 50mV od obou hranic (@1V), obrázek ZDE - vysoký zisk 100dB@1V
    - vstupní offset dostavován při výrobě na 0.5mV typ.
    - nízký napájecí proud 1.2mA na jeden zesilovač

    Aplikace:
    - systémy napájené jedním článkem NiCd, NiMH
    - interfejsy DSP
    - přenosná komunikační zařízení
    - aktivní filtry s nízkým napájením
    - telefonní obvody
    - přístrojové zesilovače
    - řízení a kontrola výkonových částí

    Vyjímečné na tomto operačním zesilovači je, že všechny funkce jsou zaručeny v plném rozsahu od 1V. Zesilovač je typu rail-to-rail, tudíž výstupní i vstupní napětí může být téměř rovno napětí napájecímu (běžné OZ mají rozkmit na výstupu omezen do cca 0.8-1.4V od napájením). Konstruktér tak může využít maximum poskytnuté napájením.

    Je to díky použité technologii SMARTMOS. Šířka pásma 5MHz a rychlost přeběhu 3.0V/us byla dosažena využitím rychlých tranzistorů DNMOS a vertikálních PNP tranzistorů. Obvod je charakterizován v teplotním rozsahu -40 až 105 st. C.

    V katalogovém listu najdete i několik základních aplikací, jako například oscilátor napájený ze zdroje 1V. Jeho schéma je na obrázku ZDE. Toto zapojení jsem si odkoušel i na univerzální desce plošných spojů. Prakticky změřený rozkmit výstupního napětí je na obrázku níže (nebo ve větším rozlišení ZDE) a jak je vidět, plně splňuje specifikace. Tento oscilátor je možné vestavět do pouzdra od popisovače fix a využít jej například pro zkoušení funkce nízkofrekvenčních zesilovačů.


    Aplikací se dá najít mnoho, záleží na nápadech každého z nás. Velmi vysoká vstupní impedance a nízké napájecí napětí by šlo například využít pro čidla měřící elektrické proudy rostlin, které se kdysi objevilo na stránkách Amatérského radia.

     

    Závěr
    Doufám, že tyto informace podnítí konstruktéry, kteří nemají vždy přístup k internetu nebo jsou jeho informacemi zahlceni k zajímavé aplikaci. Dodavateli součástek firmy ON Semiconductor jsou u nás Macro Weil Praha, GES Plzeň, Betacontrol Brno apod.

    Obsah:

Hodnocení článku: 

Komentáře