. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Napájení přenosných zařízení IV – Nábojové pumpy

Napájení přenosných zařízení IV – Nábojové pumpy

Přehled možných řešení napájení přenosných a mobilních zařízení, napájených z baterie, včetně hlavních úskalí volby vhodných koncepcí.

V minulých dílech seriálu Napájení přenosných zařízení jsme si již přiblížili jak možnosti napájení v případě, kdy máme k dispozici tři nebo čtyři bateriové články, tak i případ s jediným napájecím článkem. Dnes k tématu dále navážeme napájecími konvertory bez indukčností, vhodnými do prostorově omezených aplikací.

Napájecí konvertory bez indukčností
I přes trvalý vývoj indukčností pro spínané regulátory se stále většina z konstruktérů shoduje, že ideálním převodníkem je ten, který indukčnost nepotřebuje. Jednou z možných alternativ jsou tzv. nábojové pumpy. Tedy konvertory s kondenzátory, které byly dříve omezovány především pro svůj malý výstupní proud a mizernou regulaci.

Přesto že výstupní proud je ve srovnání s klasickými DC/DC měniči stále poměrně malý, pro celou řadu především přenosných aplikací nám zcela vyhovuje. Navíc v některých případech může být použití nábojových pump výhodou, ať pro jejich nízkou cenu, malé rozměry, nebo nízkou úroveň EMI. Hlavní výhodou však i nadále zůstávají malé rozměry a tak se v nimi můžeme setkat například v systémech tzv. Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) a jiných produktech, u kterých je omezena maximální výška součástek.

Tři napěťové konvertory bez indukčností jsou uvedeny na obr. 2 , 3 a 4. V případě schéma na obr. 2 je výstup ze dvou článků napájecí baterie (nebo jiného nízkonapěťového zdroje) převeden na regulované napětí +5V s tolerancí ± 4%.


Obr. 1: Vnitřní blokové schéma obvodu MAX619

Použitý obvod MAX619 má tu výhodu, že podle velikosti vstupního napětí dokáže automaticky měnit svůj provozní režim. Při nízké hodnotě Vin pracuje obvod v režimu násobení třemi, při vysoké hodnotě Vin pracuje v režimu násobení dvěma, a pokud se vstupní napětí nachází někde mezi, dokáže obvod svůj provozní režim měnit v každém spínacím cyklu. Účinnost konverze se pohybuje v rozmezí od 85% do 65%. Díky velice nízkému vlastnímu napájecímu proudu (typicky 75µA v případě provozu bez zátěže a 1µA při vypnutí) je obvod použitelný i v případě knoflíkových baterií, zálohujících například napájení pamětí DRAM nebo PSRAM (Pseudostatic RAM).


Obr. 2: Obvod MAX619 s několika externími kondenzátory dokáže ze 2-, nebo 3-článkové baterie vytvořit stabilizovaných +5V s až 50mA (pro 3 V na vstupu), při pouze 75µA klidového proudu. Po doplnění o dvojnásobnou diodou v pouzdru SOT23 a další dva kondenzátory může produkovat i malé záporné napětí (například pro vstupní OZ).

Volitelný obvod diod a kondenzátorů na obr. 2 produkuje neregulované záporné napětí v rozmezí od 1,4 do 3 V. Jako symetrický zdroj napájecího napětí může být tento výstup použit pro napájení levných operačních zesilovačů, které nejsou typu Rail-to-Rail a přesto mají zpracovat napětí blízko nuly.

Další varianta nábojové pumpy může být umístěna na DPS s plochou menší než 0,1“. Ze vstupního napětí +5V vytváří +12V, používaných například pro programování paměťových čipů typu Flash (obr. 3). Především paměťové PCMCIA karty jsou poměrně oblíbeným zbožím, protože při svých kompaktních rozměrech přenosných systémů mohou nabídnout poměrně velkou kapacitu. Paměti jsou samozřejmě typu Flash, takže napájecí napětí vyžadují pouze ve chvíli čtení nebo zápisu, jedná se o paměti typu nonvolatile. Přesto že řada těchto pamětí si dnes vystačí s jediným napájecím napětí, stále existují především varianty s vyšší kapacitou, které pro programování vyžadují navíc i +12V.


Obr. 3: MAX662A jako generátor stabilizovaného napětí +12V/30mA pro programování pamětí typu Flash, bez indukčností. Celkové rozměry obvodu jsou tak malé, že umožňují jeho použití i v případě čipových karet velikosti kreditní karty.

Třetí aplikace nábojové pumpy ukazuje příklad optimalizace výstupního obvodu VF vysílače, například mobilního telefonu, hlasového/datového bezdrátového transceiveru. Především tzv. „dobu hovoru“ je u těchto aplikací možné zvýšit použitím výkonových zesilovačů na základě galium-arsenidových FETů (GaAsFETs), které jsou výrazně účinnější než ty klasické, bipolární zesilovače.

Ačkoli jsou obvody GaAsFET účinnější, jsou také dražší a pro svůj provoz vyžadují malé záporné předpětí. Typické nábojové pumpy však na svém výstupu produkují příliš velké zvlnění, než aby je bylo možné použít v této aplikaci. Řešením je obvod na obr. 4, který udržuje výstupní šum a zvlnění na hodnotě max. 1 mVpp. Pomocí pinu FB je možné nastavit regulované výstupní napětí, které je v našem případě -4,1V. Jinou hodnotu je možné použitím klasického externího odporového děliče se dvěma rezistory. Nízké výstupní zvlnění je dosaženo pomocí integrovaného výkonového lineárního regulátoru, který, na rozdíl od obvodů na obr. 2 a 3, stabilizuje výstup interní nábojové pumpy.


Obr. 4: MAX850 jako zdroj záporného předpětí pro účinnější VF zesilovače typu GaAsFET ve svém pouzdře integruje lineární regulátor s extrémně nízkým šumem. Výsledkem je zvlnění a šum výstupního napětí pod 1mVpp.

V příštím díle seriálu o napájení malých přenosných zařízení se podíváme na výkonové regulátory a zdroje pro LCD displeje.

Odkazy & Download:
Domovská stránka výrobce
Přehled distributorů
Energy Management for Small Portable Systems

MAX619 - Regulated 5V Charge Pump DC-DC Converter
MAX662A - 12V, 30mA Flash Memory Programming Supply
MAX850 - Low-Noise, Regulated, Negative Charge Pump Power Supplies for GaAsFET Bias







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
M75 QUECTEL
Dual-Band GSM modul provedení SMD, pouze pro SMS služby
Termín nepotvrzen od 275 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007