V minulej časti o nabíjačke akumulátorov som spomenul, že pokračovanie bude o napájaní projektov, či už 5V alebo 3.3V. Ak sa pozrieme na aktuálne používané senzory a periférie mikroprocesorov (SD karty, gyroskopy, kompasy, teplomery, akcelerometre, GPS…), väčšina z nich už natívne pracuje na 3.3V buď s TTL 5V tolerantnými vstupmi (napájanie 3.3V ale „prežije“ aj logickú úroveň 5V na vstupe), alebo s konvertormi logickej úrovne (MOSFETy, alebo 74XX245). Ideálne je teda celé cieľové zariadenie plánovať s 3.3V napájaním (8MHz MCU), a ušetríme si starosti so zvyšovaním napätia (step-up konvertor), ak ale potrebujeme MCU prevádzkovať na 16/20MHz, 5V napájaniu sa nevyhneme. Popíšem ale viaceré možnosti.
Li-ion akumulátor -> 5V
V tejto situácii potrebujeme zvýšiť napätie v rozsahu 3 – 4.2V na stabilných 5V. Výrobcovia ponúkajú množstvo obvodov, niektoré umožňujú aj beh z jediného NiMH akumulátora (1.2V). Treba si vybrať podľa svojich požiadaviek, či už od TI (napr. LM2733), Micrel (napr. MIC2250) alebo Linear (napr. LT1308). Ideálne treba hľadať čo najvyššiu účinnosť a nejaké rozumné puzdro.
Li-ion akumulátor -> 3.3V
Tu vzniká problém, lebo začíname na 4.2V a rozumná spodná hranica je 2.7V. Najskôr by sme museli napätie znížiť, potom len posúvať a nakoniec zvyšovať (buck-boost). Aj na toto máme obvody, ale sú dosť drahé a zbytočne komplikované. To už potom radšej použiť na napájanie 2x AA alebo NiHM a napätie len zvyšovať s obvodmi z prvého odseku.
Osobne to riešim tak, že pomocou LDO (Torex XC6219 – 10ks za 4$) znížim napätie na 3.3V a ak napätie batérie poklesne pod povedzme 3V (pri väčšom vybití trpí akmulátor a veľa využiteľnej kapacity tam nezostáva), zariadenie proste vypneme – záleží od periférií, že aké nízke napätie spoľahlivo znesú, treba skúšať.
LiFePO4 -> 3.3V
Ideálna voľba je LiFePO4 akumulátor, ktorý má po nabití 3.6V, relatívne rýchlo klesne na 3.3V a väčšinu svojej kapacity dodáva napätie nad 3V. Sú oveľa bezpečnejšie ako akmulátory využívajúce lítium (Li), nevýhodou je vyššia váha a horšia dostupnosť rôznych veľkostí a kapacít.
1~2x AA -> 3.3/5V
Túto možnosť som spomenul hneď v úvode, existujú obvody, ktoré dokážu dodať 3.3V alebo 5V z jednej AA batérie (hoci aj NiMH 1.2V), alebo z 2x AA. Tieto obvody nenájdete v GME, treba si buď objednať vzorky od výrobcu, alebo skúsiť napr. Farnell, TME. Ako príklad uvádzam TPS61201, nemám však osobnú skúsenosť. Zaujímavou výhodou pri použití NiMH môže byť nezávislosť (resp. výrazne nižšia) od teploty.
Meranie zostávajúcej kapacity – fuel gauge
Ak robíme nejaký projekt, kde potrebujeme vedieť zostávajúcu kapacitu Li-ion akumulátora, prichádza „menší“ problém. Napätie na článku NIE JE priamo úmerné kapacite, je silne závislé od okolnej teploty a následne od teploty akumulátora, ako aj od vybíjacieho prúdu. Pokiaľ neboli špecializované obvody, používal sa tzv. coloumb-counter – merač náboja. Meral sa nabíjací prúd a čas, z toho sa po nabití vypočítal aktuálny náboj v akumulátore a zase sa meral čas a vybíjací prúd, z čoho sa dal odhadnúť zostávajúci náboj. Nezohľadňovalo to ale samovybíjanie a prevádzkové teploty, čo vedelo spôsobiť „drobnú“ odchýlku hoci aj 30-40% 🙂
Evolúciou sa vyvinuli špecializované obvody, ktoré ponúkali riešenie vyššieuvedených problémov, ale potrebovali presný externý odporový bočník na meranie prúdu, napr. Maxim DS2780.
No najnovšie obvody minimalizujú potrebu vonkajších súčiastok na minimum a hlavne odpadá potreba presného bočníka. Ako príklad uvádzam Maxim MAX17058. Menšou (a to doslova) nevýhodou je nedostupnosť tohto obvodu v hobby-pozitívnom puzdre. Menšie zlo sa volá TDFN8 a dá sa kúpiť aj redukcia DFN-DIL pre ľahšie prototypovanie. Prečo o tom píšem? Tu je dôvod – vľavo DIL8, v strede SO8 a vpravo (T)DFN8.
Základná schéma:
Obvod je pripojený k MCU cez I2C zbernicu, popis jeho funkcie je v datasheete. Sample sú doma, musím objednať breakboard a potom dám vedieť ako to funguje 🙂
Pridaj komentár