. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Mikrokontroléry s vestavěným regulátorem napětí

Mikrokontroléry s vestavěným regulátorem napětí

Základní představení nové série procesorů PIC12HVxxx a PIC16HVxxx s integrovaným regulátorem napětí. Dále se článek zaměřuje především na popis funkce integrovaného regulátoru a několik tipů a triků s ním realizovatelných.

Před časem firma Microchip uvedla na trh novou řadu procesorů PIC s označením PIC12HVxxx a PIC16HVxxx (dále jen PIC-HV). Tyto obvody jsou klony svých předchůdců z řad PIC12F a PIC16F, jsou však doplněny o integrovaný regulátorm napětí. Tato skutečnost umožňuje použití obvodů v jednoduchých zařízeních kde není přímo dostupných 2 - 5V pro jejich napájení a použití klasického stabilizátoru pouze pro napájení procesoru by zde bylo zbytečné. Přesně v tom případě lze použít procesory PIC-HV a místo stabilizátoru a jeho blokovacích kondenzátorů osadit pouze jediný omezovací rezistor.

Nejprve si však představíme jednoho zástupce řady PIC-HV.

PIC12HV615
Jedná se svými rozměry o nejmenšího zástupce procesorů PIC-HV. Je umístěn v osminohém pouzdu DIP-8, SOIC-8, DFN a dalších a obsahuje tedy až 6 I/O pinů. Jejich rozmístění je shodné s procesory obdobných tříd a je uvedeno na obr.1.


Obr. 1: Rozmístění pinů obvodu PIC12HV615

Co se vlastností a implementovaných periférií týče, jedná se o klasického zástupce procesorů PIC. Obsahuje tedy 1k x 14 programovou paměť Flash a 64B RAM. Dále pak 10b A/D převodník se dvěma referencemi, tři čítače/časovače, modul ECCP, již zmíněný regulátor napětí a řadu dalších.

Na následujícím obrázku je vnitřní blokové schéma obvodu PIC12HV615.


Obr. 2: Vnitřní zapojení PIC12HV615 (klikněte pro větší)

Jak je tedy vidět, nebýt integrovaného regulátoru napětí jednalo by se skutečně o klasického zástupce procesorů PIC. Na následujících řádcích se tedy podíváme na tento regulátor a vůbec princip jeho funkce podrobněji, protože podobná funkce nemá v procesorech přílišnou obdobu.

Princip integrovaného regulátoru napětí
Samotný princip napájení procesorů PIC-HV je velice jednoduchý. Jedná se o regulátor typu "Shunt Voltage Regulator", tedy v překladu derivační, nebo také paralelní regulátor napětí. Jeho náhradní schéma zapojení je na obr. 3.


Obr. 3: Princip napěťové regulace

Rezistor v regulátoru tvoří omezovač proudu a zároveň se na něm vytváří úbytek napětí. Velikost tohoto rezistoru závisí především na hodnotě vstupního napětí Unap a není tedy součástí pouzdra obvodu PIC-HV. Vlastní stabilizaci tvoří v nejjednodušším případě obyčejná Zenerova dioda, která je umístěna v pouzdře obvodu a je zapojena paralelně na jeho napájecí piny. Místo Zenerovy diody však může být v obvodu integrovaná i složitější struktura obsahující několik tranzistorů a přesný referenční zdroj. Sice mi není známo, jak složitý je regulátor napětí v procesorech PIC-HV, předpokládám však, že implementace obyčejné stabilizační diody by zde jistě stačilo.

Jelikož je tedy integrovaný regulátor připojen uvnitř obvodu přímo na jeho napájecí piny, je procesor bez omezovacího rezistoru určen pouze pro napájecí napětí v rozsahu 2,0V až 4,5V. Zapojení jeho napájení se poté nijak neliší od jakéhokoliv jiného procesoru PIC a je uvedeno na obr. 4.


Obr. 4: Zapojení pro napájecí napětí 2 - 4,5V

Pro napájecí napětí vyšší než je 4,5V je již potřeba umístit do napájecího přívodu omezovací rezistor - obr.5.


Obr. 5: Zapojení pro napájecí napětí větší než 4,5V

Hodnotu omezovacího rezistoru R1 je potřeba vypočítat podle plánovaného napájecího napětí. Vzorce pro výpočet jeho hodnoty jsou uvedeny v datasheetu obvodu a na obr. 6.


Obr. 6: Vzorce pro výpočet omezovacího rezistoru

Tipy a triky s napájením
Výrobce procesorů, firma Microchip vydala aplikační poznámku
AN1035 - Designing with HV Microcontrollers obsahující rady k návrhu napájení procesorů PIC-HV včetně všech potřebných výpočtů. Dále obsahuje i řadu tipů a triků na možné způsoby napájení a s tím související bloková schémata.
Některé z nich jsou velice zajímavé a stojí tedy za uveřejnění.

1) Proudový DAC
Stabilizátor napětí v procesoru PIC-HV vyžaduje proud v rozmězí zhruba 4 - 50 mA. Pokud má však procesor pracovat i v širším rozmezí napětí, je potřeba vždy zachovat tento "stabilizační" proud v požadovaným mezích. Jedna z metod jak se s rozdílným napájecím napětím vypořádat je použít proudový DAC, který stabilizátoru "odčerpá" proud, který by byl nad jeho meze.
Jelikož výstupní piny mohou trvale dodávat až 20mA, je možné na několik z nich zapojit proti zemi vhodné hodnoty odporů a ty poté podle potřeby zapínat a vypínat. Tím je možné měnit odebíraný proud a tím udržet proud tekoucí stabilizátorem v doporučeném rozmezí i při velké změně napájecího napětí. V zapojení na obr. 7 jsou použity tři hodnoty rezistorů pro proudy 5, 10 a 20 mA a samozřejmě i jejich kombinace.


Obr. 7: Proudový DAC

2) Budič s otevřeným kolektorem
Proud odebíraný z jednotlivých pinů je možné, především pro potřeby interního stabilizátoru napětí, snížit v podstatě až na nulu a to i při aktivním stavu. Toho je možné dosáhnout spínáním tranzistorů NPN či ještě lépe tranzistorů FET dle obrázku č.8. Jde tedy o klasické zapojení tranzistorového zesilovače.


Obr. 8: Schéma zapojení

3) Použití pinů GPIO pro napájení
Jak je v aplikační poznámce uvedeno, je možné použít výstupní GPIO piny i pro napájení dalších obvodů. Každý takový pin je schopen dát proud až 20mA (pozor však na maximální celkový odběr) což je dostatečný proud pro řadu integrovaných obvodů i celých zapojení. Na obrázku 9 jsou uvedeny dva způsoby napájení podřízených obvodů.

Pinem GP1 je na obrázku přímo napájen operační zesilovač. V tom případě stačí doplnit pin pouze o vhodný blokovací kondezátor.
Při potřebě napájení zapojení s větším odběrem proudu než je 20mA, tedy například displeje, však není možné použít pin (či několik pinů) přímo a je potřeba spínat externí napětí. To je možné provést například kombinací dvou tranzistorů připojených na pin GP0. Použije-li se navíc na místě druhého tranzistoru typ MOSFET-P, je možné spínat napájecí napětí i velmi vysoké hodnoty a značného proudu.


Obr. 9: Schéma zapojení

4) Rozdílné omezovací rezistory
Při změně napájecího napětí je možné jednoduchým způsobem měnit i omezovací rezistory a to podle obrázku 10.


Obr. 10: Schéma zapojení

5) Napájení z vyššího napětí
Pokud je potřeba procesor napájet z vyššího napětí, je možné předřadit obvodu další Zenerovu diodu na vyšší napětí než je 5V. Napětí je tak rozloženo do více omezovacích rezistorů a ani integrovaný stabilizátor v procesoru není poté přetěžován.


Obr. 11: Schéma zapojení

Závěr
I když se jedná o jednoduchý nápad a v podstatě by bylo možné použít i klasický procesor PIC a doplnit ho o externí Zenerovu diodu, jde bezesporu o zajímavý nápad.

V současné době jsou již běžně dostupné následující typy procesorů PIC-HV:

Označení procesoru Programová paměť Datová paměť I/O pinů A/D převodník
PIC12HV609 1K x 14 FLASH 64 x 8 5 -
PIC12HV615 1K x 14 FLASH 64 x 8 6 4 x 10b
PIC16HV540 512 x 12 OTP 25 x 8 12 -
PIC16HV610 1K x 14 FLASH 64 x 8 11 -
PIC16HV616 2K x 14 FLASH 128 x 8 12 8 x 10b
PIC16HV785 2K x 14 FLASH 128 x 8 18 14 x 10b

Použitá literatura:
Aplikační poznámka
AN1035

Odkazy & Download:
Domovská stránka výrobce -
http://www.microchip.com
Stránka procesoru PIC12HV615, datasheet
Stránka procesoru PIC16HV616, datasheet







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

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
BC-NBK AUREL
Přijímač AM 433.92MHz, BW=1,2MHz, -97dBm,+5V/3mA
od 83 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