Jump to content

    

Коммутация питания USB / DCDC / батарея / SOLAR

Recommended Posts

Alexashka
post-56958-1421774595_thumb.png

VT1 + R1 можно заменить одним диодом (по сути эта схема работает как диод).

И еще. По-моему тут есть опасность провала питания в момент подключения внешнего источника. Допустим Uаккум=3В, Udc/dc=2В (источник воткнули в разъем устройства и в розетку, но он еще не вышел на режим). В этому случае транзисторы будут уже закрыты, а 2В минус падния на D1 будет не достаточно для работы запытываемой схемы. Если при этом устройство чтото писало на флешку, то она может быть испорчена. К примеру. Ну вы понимаете.

Конкурирующая схема на диодах как раз и спасает от такой опасности, поскольку переход на внешний источник произойдет только тогда, когда его напряжение превысит аккумуляторное (т.е заведомо рабочее).

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
VT1 + R1 можно заменить одним диодом (по сути эта схема работает как диод).

Да, и еще. VT1 включен по схеме эмитерного повторителя, без VT1/R1 (затворы полевиков напрямую к аноду диода D1) выходит вроде как то же самое. Или нет?

 

И еще. По-моему тут есть опасность провала питания в момент подключения внешнего источника. Допустим Uаккум=3В, Udc/dc=2В (источник воткнули в разъем устройства и в розетку, но он еще не вышел на режим). В этому случае транзисторы будут уже закрыты, а 2В минус падния на D1 будет не достаточно для работы запытываемой схемы. Если при этом устройство чтото писало на флешку, то она может быть испорчена. К примеру. Ну вы понимаете.

Конкурирующая схема на диодах как раз и спасает от такой опасности, поскольку переход на внешний источник произойдет только тогда, когда его напряжение превысит аккумуляторное (т.е заведомо рабочее).

В этой схеме ситуация такова, что +4.2V_DCDC не может быть ниже 4В. Или больше 4В, или вообще нет. А +4.2V_BATTERY - от 3.2В до 4.2В.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka
выходит вроде как то же самое. Или нет?

Почти. Чуть лучше, чем без транзистора, но все равно от утечки не спасает. Вот например симуляция при температуре 55*С.

post-4576-1421943608_thumb.png

При отключении внешнего источника транзисторы толком не открываются, т.к на затворе у них более 2В. При этом вместо 3,2В на выходе имеем только 2,6.

Также видно провал выходного напряжения в момент отключения внешнего питания. Хотя он и не такой большой и можно сгладить достаточно большой емкостью по питанию.

 

А вот что будет если внешний источник будет иметь плавно спадающее напряжение (синий график). В этом случае питание (красный график) устройства будет спадать до 2,3В и даже большая емкость по питанию не спасает ситуацию.

post-4576-1421944251_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
При отключении внешнего источника транзисторы толком не открываются, т.к на затворе у них более 2В. При этом вместо 3,2В на выходе имеем только 2,6.

Добавил триггер Шмитта для явного переключения полевика при появлении 5V_DCDC. Вроде все проблемы решились. Во вложении модель, может я чего недоглядел, посмотрите пожалуйста, заранее благодарю.

post-56958-1422039857_thumb.png

circuit3.zip

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka

Все хорошо. но провалы остались. И это неизбежно, если мерять только напряжение внешнего питания. Почти. :) Можно сделать порог закрывания транзисторов строго равный минимальному напряжению батареи, скажем=3.0В, тогда при переключении на внешний источник ниже этого порога не провалимся. Но при полностью разряженном аккумуляторе (2-2,5В) будем иметь кратковременно сквозной ток через него и открытый ключ.

Вот вариант такой схемы:

post-4576-1422110068_thumb.png

 

Но можно пойти дальше, сравнивая напряжения обоих источников, т.е используем честный компаратор. Примерно так:

post-4576-1422109155_thumb.png

 

Однако зачем эти мучения, когда есть идеальные диоды типа LTC4413 ?

И еще -зачем Вам второй транзистор?

 

DATA.rar

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
Все хорошо. но провалы остались. И это неизбежно, если мерять только напряжение внешнего питания. Почти. :) Можно сделать порог закрывания транзисторов строго равный минимальному напряжению батареи, скажем=3.0В, тогда при переключении на внешний источник ниже этого порога не провалимся. Но при полностью разряженном аккумуляторе (2-2,5В) будем иметь кратковременно сквозной ток через него и открытый ключ.

Спасибо. Только заметил выпады тока на аккумуляторе в момент переключения, не знаю не опасно ли это и насколько вредно для срока службы аккумулятора.

post-56958-1422130250_thumb.png

 

Но можно пойти дальше, сравнивая напряжения обоих источников, т.е используем честный компаратор.

С компаратором есть проблема при малой разнице значений (потребление от аккума при наличии DCDC), например когда DCDC 4.5В и BAT 4.2В.

DCDC выше 4.5В поднимать нельзя, на выходе надо получить не более ~4.2В.

 

Однако зачем эти мучения, когда есть идеальные диоды типа LTC4413 ?

LTC4413 и компания не подходит по стоимости.

 

И еще -зачем Вам второй транзистор?

Чтобы при малой разнице DCDC и BAT диод паразитный не начинал проводить и таким образом потреблять от аккума при наличии DCDC.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka
Спасибо. Только заметил выпады тока на аккумуляторе в момент переключения, не знаю не опасно ли это и насколько вредно для срока службы аккумулятора.

 

С компаратором есть проблема при малой разнице значений (потребление от аккума при наличии DCDC), например когда DCDC 4.5В и BAT 4.2В.

DCDC выше 4.5В поднимать нельзя, на выходе надо получить не более ~4.2В.

 

Чтобы при малой разнице DCDC и BAT диод паразитный не начинал проводить и таким образом потреблять от аккума при наличии DCDC.

1) Попробуйте уменьшить емкость С1. Если выбросы уменьшаются значит это просто броски при перезарядке С1, ничего страшного. Если не уменьшаются, значит надо слегка опустить порог выключения Х2 -для этого уменьшаем R3.

2) Какаято странная проблема, если устройство работает от 4,2 то оно должно работать и от 4,5. Но Вам виднее конечно. Однако если перекинуть вход компаратора с катода на анод D1, то все нормально даже при DC-DC=4,21 :)

3) Тоже какаято надуманная проблема. DCDC либо выдает положенное ему напряжение, либо нет. В последнем случае это значит, что оно не исправно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
1) Попробуйте уменьшить емкость С1. Если выбросы уменьшаются значит это просто броски при перезарядке С1, ничего страшного. Если не уменьшаются, значит надо слегка опустить порог выключения Х2 -для этого уменьшаем R3.

Без С1 выбросов вообще нет. С С1 и R3 800R только положительные выбросы (потребление от аккума), это вроде не вредно для аккума.

 

2) Какаято странная проблема, если устройство работает от 4,2 то оно должно работать и от 4,5. Но Вам виднее конечно. Однако если перекинуть вход компаратора с катода на анод D1, то все нормально даже при DC-DC=4,21 :)

Тут может тоже посоветуете, у меня 3.3-х вольтовый STM32 работает по SPI с 5-ти вольтовым STM8S. И 4.2В питание, а не 5В - для того чтобы обеспечить надежный минимальный уровень лог. единицы для STM8S. При 4.2В уровень лог. единицы для STM8S 4.2 * 0.7 = 2.94В, вроде нормальный зазор с 3.3В единицей от STM32. При 4.5В * 0.7 = 3.15В, уже близко к 3.3В, или 0.15В надежный зазор?

 

 

3) Тоже какаято надуманная проблема. DCDC либо выдает положенное ему напряжение, либо нет. В последнем случае это значит, что оно не исправно.

Да, DCDC выдает 4.5В в рамках своей погрешности стабилизации.

 

---

 

1) Попробуйте уменьшить емкость С1. Если выбросы уменьшаются значит это просто броски при перезарядке С1, ничего страшного. Если не уменьшаются, значит надо слегка опустить порог выключения Х2 -для этого уменьшаем R3.

Что-то не влияет номинал С1 на выбросы, одинаковы как с 0.1u, так и с 10u:

 

0.1u

post-56958-1422209220_thumb.png

 

10u

post-56958-1422209227_thumb.png

Edited by cg_shura

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka

1) Ну видно же, что выбросы изза позднего запирания ключа. Имеем порог отпирания Q3 (и запирания Х2) U= 2.5*(2.2k+1k)/2.2k =3,6В, где 2.5 -пороговое напряжение TL431. А батарейка у Вас 3,3В. Вот пока напряжение DC-DC растет от 3,3 до 3,6 ключ открыт и ток DC-DC сквозняком проходит через батарейку.

2) А SPI с подтяжкой к 5В работать не будет? Скорость большая? Тогда ставите 2-3 буферных элемента для перехода от 3 к 5 и обратно.

Вообще не понятно такое стремление питать контроллеры от разных источников. Если STM8 работает от 3,3 то почему бы его и не питать также от 3,3? Да и потом аккумулятор ведь просядет до 3,2В как Вы сами говорили. Или у Вас STM8 работает только при подключенном Dc-DC?

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
2) А SPI с подтяжкой к 5В работать не будет? Скорость большая?

8 Мбит, боюсь подтяжка завалит фронты.

 

Тогда ставите 2-3 буферных элемента для перехода от 3 к 5 и обратно.

Тут дело в том, что слейвы (STM8S) маленькие, места мало. И они должны быть максимально дешевые.

 

Вообще не понятно такое стремление питать контроллеры от разных источников. Если STM8 работает от 3,3 то почему бы его и не питать также от 3,3?

На слейвы (STM8S) поступает "универсальное" напряжение питания с DCDC или батареи, 3,2-4.2В. На слейвах от этого напряжения питается не только STM8S, но и другая периферия. Ток от 4.2В может быть до 1-2А. Чтобы питать слейвы от 3.3, это надо на каждом слейве LDO ставить, тоже удорожает и места мало на слейвах.

 

Да и потом аккумулятор ведь просядет до 3,2В как Вы сами говорили. Или у Вас STM8 работает только при подключенном Dc-DC?

Да, будет 3.2В. Но их не надо пропускать через LDO для какждого слейва.

 

---

 

1) Ну видно же, что выбросы изза позднего запирания ключа. Имеем порог отпирания Q3 (и запирания Х2) U= 2.5*(2.2k+1k)/2.2k =3,6В, где 2.5 -пороговое напряжение TL431. А батарейка у Вас 3,3В. Вот пока напряжение DC-DC растет от 3,3 до 3,6 ключ открыт и ток DC-DC сквозняком проходит через батарейку.

А чем чревато то, что в течении этих 20-50 мсек на батарейку будет подано 3.3-3.6В от DCDC? Для li-on это безопасно?

Edited by cg_shura

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka
А чем чревато то, что в течении этих 20-50 мсек на батарейку будет подано 3.3-3.6В от DCDC? Для li-on это безопасно?

Этот источник с плавным нарастанием я привел лишь для примера, чтобы показать недостаток схемы. В реальном DC-DC может быть все совсем не так. Там нарастание может быть за пару мс.

Ограничение тока в источнике с одной стороны вроде бы и плюс, а с другой может сыграть злую шутку. Если аккум будет сильно разряжен и в момент включения внешний источник войдет в ограничение, то он может подзадержаться на этом этапе пока не подзарядит аккум до порогового напряжения :) Такая экстремально-быстрая зарядка для сильно-разряженных аккумуляторов очень нежелательна. С другой стороны если источник сдюжит, то он быстро проскочит опасный участок не успев навредить нашей батареи. Ведь для аккума важнее не макс.ток, а общий заряд, который успеет через него протечь.

Кстати по поводу источника. Вы какой собираетесь использовать? Если готовый например 5-вольтовый для USB зарядок, то это может быть дешевле чем городить какойто свой, особенный. Его же удобно использовать и для зарядки аккума.

Тогда я бы перестроил схему. Из 5В(+/-10%) простейшим стабилизатором на той же TL431 и транзисторе делаем нужное Вам 4В. А вход в режим стабилизации использовать как сигнал для закрывания Х2.

Не, так ерунда выходит. Нужно ставить второй TL431 который сработает ранее, при скажем 3,2В. Но тогда нужно гарантировать что наш стабилизатор обеспечит минимум 3,2В на своем выходе при полностью разряженном аккумуляторе. Вообщем я снова склоняюсь к варианту с компаратором.

Share this post


Link to post
Share on other sites

cg_shura
Кстати по поводу источника. Вы какой собираетесь использовать? Если готовый например 5-вольтовый для USB зарядок, то это может быть дешевле чем городить какойто свой, особенный.

Сетевой адаптер 12В, там еще и реле будут 12-ти вольтовые, потому надо 12В. Плюс возможность питания от гелевого аккума (на морозе li-on не работает).

 

Опробовал еще один вариант с подавлением обратного тока, как предлагал smalcom

 

И вроде все работает как надо, может чего недосмотрел, гляньте пожалуйста.

dc_or_bat.diode_and_mosfet.zip

Edited by cg_shura

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka
Опробовал еще один вариант с подавлением обратного тока, как предлагал smalcom

Да это все тот же вариант, что вы предлагали в самом начале. Тот же повторитель, только в профиль. Попробуйте заменить Ваш Х4 двумя диодами и найти 7 отличий :)

Что мне особенно не нравится в этих схемах -у Вас пороговое полевиков постоянно? А на деле оно может меняться от 0,6 до 1,2 у первого и от 0,4 до 0,95 у второго.

И обратный ток по-моему не проблема: по цепи DC-DC шунтируете резистором на землю и вместо шоттки ставите обычный диод.

А почему литий не работает на холоде? У нас нормально работает (от -50).

Сетевой адаптер 12В

Так я Вас спрашиваю откуда у Вас 4,2 DC-DC появляется. И опятьже есть 12/5В конверторы спецом для авто-приложений

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain
LTC4413 и компания не подходит по стоимости.

Сэкономьте на опте — купите мешок PMOS и делайте всё на двунаправленных ключах безо всяких диодов.

 

у меня 3.3-х вольтовый STM32 работает по SPI с 5-ти вольтовым STM8S. И 4.2В питание, а не 5В - для того чтобы обеспечить надежный минимальный уровень лог. единицы для STM8S. При 4.2В уровень лог. единицы для STM8S 4.2 * 0.7 = 2.94В, вроде нормальный зазор с 3.3В единицей от STM32. При 4.5В * 0.7 = 3.15В, уже близко к 3.3В, или 0.15В надежный зазор?

Надёжного здесь абсолютно ничего, Вы нарушаете все мыслимые требования производителей компонентов. Что может быть плохого от "нелогичных" уровней на входах, т.е. от сквозного тока КМОП-пары? Она просто выгорит в любой момент.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.