. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Napájení PGSM modulů
10. unora 2015 - 4:38 | Pandatron | Napájení PGSM modulů | Komentářů: 0  

Napájení PGSM modulů

Napájení GSM/GPRS modulů, nejen PGSM z naší produkce, představuje výzvu v podobě velkého pulsního odběru a napájení Li-Ion baterie.

Občas dostáváme do redakce dotazy, týkající se vhodného napájení GSM modulů řady PGSM. Tedy modulů PGSM-M10 s PGSM-SIM900, které se navzájem liší použitým GSM/GPRS modulem, ale jinak jsou vzájemně kompatibilní. Než se však k modulům dostaneme, podívejme se nejprve společně na obecnou problematiku napájení GSM modulů.


Obr. 1: Moduly PGSM-M10 s podporou Quad-Band GSM a GPRS Class 12

Napájení GSM/GPRS modulů:
GSM/GPRS moduly jsou dnes obecně konstruovány pro napájecí napětí v rozmezí zhruba od 3,4 do 4,5 V. Hlavním důvodem je možnost jejich snadného připojení k Li-Ion bateriím v přenosných zařízeních. Jestliže mají tyto baterie nominální svorkové napětí 3,7 V, dostáváme se tak přímo do doporučeného napájecího napětí.

Zcela jiná situace však panuje v případě napájecího proudu. GSM/GPRS moduly, na rozdíl od jiných komunikačních modulů, mají velmi výrazný pulsní (špičkový) odběr. Ten plyne ze samotné podstaty funkce GSM sítí a především jejich časového multiplexu (TDMA - Time Division Multiple Access). Jde přitom o základní deterministickou metodu přístupu k médiu pro sdílené sítě. TDMA umožňuje více uživatelům sdílet stejný frekvenční kanál dělením signálu do různých časových slotů o délce 577 us. Uživatelé vysílají v rychlém sledu za sebou, jeden po druhém, každý používá svůj vlastní časový slot. To umožňuje více stanicím sdílet stejné přenosové médium (např. kanál rádiových frekvencí), při využití pouze části kapacity kanálu.


Obr. 2: Princip časového multiplexu TDMA
zdroj: GSM Radio Air Interface

Více informací k tomuto tématu je dostupných například zde na Wikipedii, případně v samotné 3GPP specifikaci, zahrnující všechny GSM, W-CDAM a LTE sítě.

Z toho pro nás plyne následující obrázek pulsního odběru proudu:


Obr. 3: Špičkový odběr proudu GSM/GPRS modulem

První průběh představuje proud odebíraný modulem, druhý pak maximální povolený pokles napájecího napětí GSM/GPRS modulu. Jednotlivé proudové špičky jsou velmi krátké, pouhých 577 us, přesně podle TDMA. To v celkovém časovém rámci s délkou 4,615 ms tvoří přesně 1/8 rámce času. V této době může proud modulu velmi rychle stoupnout až na 2A! Skutečná velikost proudu je přitom závislá především na síle signálu, od které se odvíjí výstupný VF výkon.

Zde se konstruktér dostává do situace, kdy musí pokrýt velmi rychlé proudové změny a přitom napájecí napětí nesmí klesnout o více než 400 mV, případně se nesmí dostat pod úroveň minimální hodnoty. Jediným řešením je zde použití kvalitních kondenzátorů s nízkým vnitřních odporem (Low-ESR), ideálně tantalových, v kombinaci s keramikou.

Na následujícím obrázku je příklad doporučeného zapojení napájecího zdroje:


Obr. 4: Příklad napájecího zdroje GSM/GPRS modulu

Základem se stal již legendární DC/DC měnič, obvod LM2596-ADJ. Obvod je pomocí rezistorů R101 a R102 nastaven na výstupní napětí 4,0V. Dále výrobce modulů doporučuje umístit co nejblíže pinům VBAT tantalové kondenzátory 100 uF (ESR = 0,7 Ohm), paralelně v kombinaci s 100 nF keramikou. Nemusíme snad zmiňovat, že tyto součástky by měly být v provedení SMD pro minimalizaci parazitních indukcí na přívodních pinech.


Obr. 5: Moduly DC/DC regulátorů s LM2596 z eBay

Napájení z baterie:
Při napájení modulů z baterie řada starostí odpadá. Moduly jsou přímo navrženy pro napájení z Li-Ion akumulátorů, které mají navíc velmi nízký vnitřní odpor, takže jsou schopny špičkovým proud snadno pokrýt.

Schéma zapojení je v tom případě na následujícím obrázku:


Obr. 6: Napájení GSM/GPRS modulu z Li-Ion baterie

Problém však nastává v případě, kdy chceme tuto baterie také dobíjet. Pokud se jedná o mobilní zařízení, které se dobíjí pouze občas, řeší se tato situace často použitím externí nabíječky. Případně libovolným nabíjecím obvodem, jako je například MCP73833 z našich Li-Ion/Li-Pol nabíjecích modulů. Obvody jsou schopny přímo z libovolného USB portu PC/síťového adaptéru nabíjet až proudem 500 mA.

Jak ovšem řešit situaci, kdy u zařízení požadujeme kombinované napájení? Tedy napájení z Li-Ion baterie i externího zdroje, umožňujícím plnohodnotný provoz i v situaci, kdy je baterie zcela vybitá?

Řešení, které jsme sami s úspěchem použili v naší aplikaci, nese označení BQ24075. Obvod společnosti Texas Instruments umožňuje nejen nabíjení připojené Li-Ion baterie, ale rovněž poskytuje cestu proudu z baterie k GSM modulu. Tato funkce se u podobných čipů označuje jako Power-Path Management a nejlépe je vidět na následujícím obrázku:


Obr. 7: Nabíjecí obvod s Power-Path Managementem

Jako LDO regulátor je pak nejčastěji používán obvod MIC29302 od společnosti Micrel, nebo jakýkoliv podobný, dimenzovaný na proud 3A.

Napájení v případě modulů PGSM:
Nyní se již konečně dostáváme k napájení modulů řady PGSM z naší produkce. Tyto moduly jsou primárně určeny pro vývoj, ladění, případně malosériovou výrobu.

Na následujícím obrázku je rozložení pinů na modulech PGSM-M10, které je až na absenci pinu EMERG_ON shodné také s moduly PGSM-SIM900.


Obr. 8: Rozložení pinů na modulech PGSM

Přesto že to tak nemusí na první pohled vypadat, moduly vyžadují pouze jediné napájecí napětí. Tím jsou piny označené jako 4,3V a GND, které vedou přímo na GSM modul a umožňují přímé připojení baterie i napájecího regulátoru v daném rozsahu typických hodnot od 3,4 až po 4,5 V.


Obr. 9: Připojení napájení k modulům PGSM

Moduly řady PGSM však dále obsahují také piny označené 5V. Zde přivedené napájecí napětí se jednoduše sráží na výkonové křemíkové diodě S3 zhruba o 0,5V a vede se na piny 4,3V. Takové řešení je však vhodné pouze pro základní ladění a v žádném případě ho nedoporučujeme použít ve finální aplikaci. Jednoduše proto, protože úbytek napětí na křemíkové diodě je silně závislý na proudu, který jí prochází. V klidovém stavu se tedy při 5V dostáváme zhruba o 0,5V níže, tedy přímo na maximální hodnotu napájecího napětí GSM modulů a při pulsním odběru pak napětí dále klesá.

Tento vstup je tedy vhodný pouze pro vývoj a nikdy by neměl být použit ve finální aplikaci. V opačném případě hrozí problémy s výpadkem modulů vlivem přepětí a reklamace.

V aplikacích tak doporučujeme použít řešení, uvedené na obr. 9. K tomuto účelu jsou u nás pro PGSM moduly dostupné již osazené DC/DC moduly z eBay. Tyto moduly jsou na vyžádání dostupné zdarma.

Dostupnost a cena:
Jak moduly M10 a SIM900, tak i uvedené PGSM jsou dostupné skladem prostřednictvím našeho eShopu a to na stránkách PGSM-M10: GSM/GPRS modul s M10 nebo PGSM-SIM900: GSM/GPRS modul SIM900.

Dále jsou k dispozici rovněž i uvedené PU232F – USB/RS232 UART převodníky, SMA Antény 2J010 od společnosti 2J, které umožní bezproblémový příjem i za zhoršených příjmových podmínek, napájecí zdroje a další příslušenství.

Odkazy & Download:
PGSM-SIM900 v našem eShopu
PGSM-M10 v našem eShopu







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:
CBA-LS-40M
Kablík s konektorem pro GPS modul GPS-320FW od RF Solutions.
od 165 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