Преобразователь уровня сигнала из Китая
По просьбе товарища заказал преобразователь уровня сигнала, дело в том что на его штатной магнитоле нету тюльпанов для подключения усилителя или саба, так вот моё предложение поменять магнитолу он сразу отверг ссылаясь на нехватку средств, да и магнитола вроде не плохая…а саб он очень хотел и к тому же усилок уже был мною подарен.
Так вот, за 170 рублей был куплена штука которая подключается к проводам идущим к колонкам, а на выходе мы получаем обычные колокольчики с низким уровнем сигнала к которым можно подключать усилки и активные сабы (может ещё чего можно)…
Из описания: 2-х канальный конвертер уровня.Автомобильный преобразователь (конвертер) сигнала высокого уровня в сигнал низкого уровня.
Требует постоянного подключения к бортовой сети.
Конвертер предназначен для соединения головных устройств, не имеющих линейных выходов, через акустические выходы к стандартным RCA-входам
В комплекте была инструкция на китайском из которой я понял что многожильные проводки нужно подключать к колонкам (или выводам на колонки), а чёрный кинуть на массу. На а колокольчики и так понятно что это выход на усилок.
Другану я своему конечно помог с инталом, но фоток сделать мы забыли.
В итоге подключили этот преобразователь ссади магнитолы и к выходу подключили усилок с помощью межблочного кабеля Kicx RCA-05. На усилке Fusion FP-802 срезали все частоты кроме 30-250Гц и установили саб Supra SRD-301A.
Преобразователь своё дело делает, сигнал выдаёт…на сколько хорошо я не скажу. Но то что устройство за 170 рублей позволило отказаться от покупки новой магнитолы это уже хорошо.
Ставим на штатное ГУ преобразователь, усилитель и саб.
В этой теме я хочу рассказать о том, как мне пришла мысль поставить саб на штатную магнитолу Hyundai Solaris.
Саб — Alpine
Уселок — SPL 800
Преобразователь — MD.Lab SQ5
И так, первый вопрос возник в том, что в штатном ГУ нет линейных выходов для саба.
Есть два способа устранить данную проблему, а точнее даже три, кстати третий самый легкий =)
1) Первый способ заключается в том, что в штатном ГУ можно впаять линейные выходы, так-как показано на фото ниже.
По началу я хотел впаять линейку в штатное ГУ, но подумал что будет лучше, и безопасней воспользоваться вторым способом.
2) Второй способ состоит в том, что можно приобрести преобразователь сигнала звука, многие покупают преобразователь марки «MYSTERY» или «Kicx» их цена примерно от 500-1000 руб.
В моем случае я приобрел преобразователь марки MD.Lab SQ5 его стоимость 1750 руб.
3) Замените штатное ГУ где есть все выходы, и входы =)
И все же как это было: для начала я снял клемму с аккумулятора, дабы избежать непредвиденных ситуаций с электроникой.
АВТОзвук…Штатная голова Быть или не быть.
Преобразователи высокоуровневого сигнала в линейный, или Штатная голова Быть или не быть.
Каждый автовладелец рано или поздно задумывается о апгрейде штатной аудио системы, и не важно какой мотивацией он задается, устранением повышенным шума от дорожного полотна или особым отношение к звучанию. Сегодня речь пойдет не об этом.
Апгрейд аудио системы даже на первом его этапе подразумевает перекройку всего аудио тракта автомобиля, питание, сигнал, акустический сигнал, интегрирование выносных усилителей, процессоров, накопителей и т.д
Проанализировав частоту звонков и просьб об разъяснение темы возможности подключения усилителей и процессоров к штатным ГУ.
Я решил по возможности описать все это тут, подробно настолько, что бы это не было скучной теорией но и по возможности покрыть вопрос по максимуму.
Не важно о системах какого уровня мы говорим, все что я скажу относится сквозняком ко всей аудио технике в этом разрезе.
Итак ВОПРОС-
У меня штатная голова (ГУ-головное устройство) и на ней нет линейных выходов (RCA-межблочник в простонародие, или тюльпан), могу ли я произвести апгрейд аудио системы путем установки усилителей используя ее, или мне прийдется начать с замены штатки?
ОТВЕТ-
Естественно МОЖЕТЕ, успокоил?
Вы можете смело идти в магази и брать железо, но сначала прочитайте до конца)
В любой «магнитоле», назовем ее так, есть встроенный усилитель.
На него подается точно такой же межблочный слаботочный сигнал от источника, для последующего «усиления» и передачей на акустику.
Дык вот мы и подобрались к первому способу решения проблемы.
Это распайка (выпайка), межблочного сигнала.
Опишу его плюсы и минусы.
1. Выпайка
ПЛЮСЫ-
Мы получаем чистый межблочный аудио сигнал, без каких либо срезов и обработок. Сигнал который в умелых руках и при правильном подходе запоет на высшем уровне.
МИНУСЫ-
Решение такой проблемы связанно с мелкой радио технической работой и поиском мануалов к ГУ, да это головная боль мастеров, но всегда есть НО. Мы нарочито разбираем аппарат для далнейших инсинуаций а следовательно теряем на нее гарантию это раз.
Два, выпайка сигнала не гарантирует того что ваш «чистый» сигнал окажется чистым, в зависимости от того насколько хорошо мастер изучил электротехническую схему взял к примеру точку массы, или качественно провел мелкую работу на плате, не перебил ли он переферийные дорожки и т.д.
Существует риск примеси потустаронних щелчков при зажигании, или воя на оборотах. Многие из вас уже сталкивались с этим. Поиски причины этой беды это как иголку в стоге сена. Ведь речь идет о микротоках.
Стоимость на данную услугу в Москве колеблется от 4500 до 15000 рублй.
2. Второй способ решения проблемы это установка
Преобразователя высокоуровневого сигнала в линейный.
Сначала о теории. Если мы оставляем первый вариант то наш сигнал уже прошел на усилитель и тот в свою очередь наш слаботочный сигнал поднял до нужного напряжения и силы тока, в среднем это от 5-20 вольт. Это ток который возбуждает динамики и заставляет их совершать механические колебания разной амплитуды.
Так вот из названия этой железяки ясно, что в этом случае наша задача стоит в том чтобы поймать этот сигнал и преобразовать его обратно в слаботочный)
ПЛЮСЫ-
Начнем с самого очевидного плюса. Для того чтобы перехватить нам наш сигнал не нужно снимать даже штатную ГУ (в тех случаях когда наш блок выделяет REMOTE сигнал, это управляющий ток для усилителя), в зависимости от схемы комутации и место расположения мы поключаемся к нужным нам каналам и снимаем с них сигнал.
Даже в случае со снятием ГУ мы не рискуем его работоспособностью.
Если же мы словили где то шумы, то мы можем быть точно уверены что это наводки на межблочный кабель и устранить проблему перепрокладкой, экранированием или установкой в разрыв шумоподавителем.
Если говорить о некоторых моделях таких как например
-Alpine 4311
-Audison SLI 2.1
-Boss audio b65N
То риски связанные с некорректным и нестабильным выделением сигнала отпадают полностью.
Мы выполнили большое количество инсталлов используя этот подход вместе с этим железом.
МИНУСЫ-
Из описания можно сделать вывод о том что применение данного железа влечет за собой потерю качества. И это так, но потороплюсь вас обрадовать если ваша система не выше 1000 условных енотов и вы не претендуете на звание аудиофила то читаем дальше.
Если привести аналогичный пример, то возьмем фотографию откроем ее, приблизим на 50% сделаем скрин шот а затем мы ее отдалим на те же 50%, если не учитывать что рамки монитора сделали свое дело, если говорить о качестве и детальности фотографии то мы ее потеряли так вот тут все тоже самое.
НО кто вам сказал что все эти детали вам пела ваша акустика и что потенциала вашего железа хватит что бы добиться хотя бы той детальности сигнал которого мы выделили, это вопрос филосовский)))
Одим из более неприятных минусов, является сам сигнал который формируется на штатном устилителе. Я не хочу вас напугать, но некоторые производители, опираясь на «качество» штатных колонок, преднамеренно обрезают им воспроизводимые диапазоны аудиосигнала или придают частотной хар-ке горбы на высоких и завалы на низах. Это так называемая эквалайзерная настройка.
Она тоже может внести свою лепты в получаемый сигнал.
ВЫВОД-
Выбор остается за вами, в любом случае установка ГУ предназначенного для воспроизведения звука, а это умеют делать Alpine, Peeoner, Clarion, Denon, Nakamichi, будет более результативна чем подобные танцы с бубном. Сколько людей столько и мнений, тем более зачастую избавляясь от штатного ГУ вы теряете возможность навигации по меню автомобиля и управлению а так же индикации многих функций.
Но как я уже писал всегда есть НО, есть возможность установки 2 Головных устройств, допустим штатное оставляем и ставим отдельно аудио системы со сторонней головой.
Вывод заключается в том, что читайте больше разбирайтесь и делайте выводы, или доверьте это дело профессионалам.
Термины: Преобразователи линейные и импульсные
Речь идёт об измерительных преобразователях одной электрической величины в другую, а также о преобразователях питания, которые могут быть построены по принципам линейной или импульсной схемотехники. Объясним различие этих двух принципов построения преобразователей.
Линейные преобразователи (например, напряжение-ток) или линейные стабилизаторы напряжения или тока построены по принципу аналоговой линейной схемотехники, при который все преобразуемые сигналы (электрические величины) представляются в виде аналоговых плавно изменяющихся сигналов.
В отличие от линейных, в импульсных преобразователях используется внутреннее преобразование сигналов в их импульсной форме представления. При этом, само преобразование в импульсную форму и обратно может быть чисто внутренней операцией, и на входе и выходе импульсного преобразователя вполне могут быть сглаженные плавно изменяющиеся электрические величины.
Итак, термины “линейный” и “импульсный” преобразователи относят только к внутреннему принципу действия этих преобразователей.
Импульсные преобразователи применяются в тех случаях, когда преобразуются большие мощности, поскольку КПД импульсных преобразователей значительно выше на больших мощностях. Кроме того, импульсные сигналы пригодны для передачи через трансформаторные или конденсаторные устройства гальваноразвязки.
Линейные преобразователи применяются в тех случаях, когда преобразуются относительно небольшие мощности или предъявляются большие требования к минимизации помех от преобразователя. На больших мощностях из-за низкого КПД линейные преобразователи выделяют больше тепла и имеют больших вес и габарит, по сравнению с импульсными.
Важно отметить, что, несмотря на импульсный принцип преобразования, передаточная функция этого преобразователя может быть очень линейна (как правило, это достигается отрицательной обратной связью).
Импульсный измерительный преобразователь не следует путать с цифровым преобразователем (имеющим внутреннее цифровое представление сигнала, цифровую обработку, АЦП, ЦАП).
DC/DC-преобразователи: принципы работы и уникальные решения Maxim Integrated
Александр Русу (г. Одесса)
Общий КПД импульсного преобразователя в электронных приборах малой мощности с автономным питанием снижается в основном за счет тока утечки схемы управления. Свести этот ток практически к нулю помогут интегральные DC/DC из новой серии nanoPower производства Maxim Integrated.
На сегодняшний день найти или изготовить самостоятельно высококачественный преобразователь постоянного напряжения мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт не представляет особой сложности. Однако питание оборудования, потребляемая мощность которого измеряется микроваттами, уже является серьезной технической проблемой, ведь при таких уровнях потребления увеличивается относительная величина «накладных расходов» в виде затрат энергии на работу схемы управления, что приводит к ощутимому снижению КПД преобразователя в целом. Кроме этого, практически во всех современных устройствах, питающихся от батарей, активно используются энергосберегающие режимы, в которых все неиспользуемые в данный момент системы отключаются от источника энергии. А это еще больше ужесточает требования к узлам питания, ведь теперь они должны иметь еще и минимально возможный ток утечки в выключенном состоянии.
При этом количество устройств с батарейным питанием с каждым годом постоянно увеличивается, а требования к ним ужесточаются. Поэтому большинство ведущих производителей электронных компонентов регулярно предлагают инженерам новые решения в этой области.
Не осталась в стороне и компания Maxim Integrated, которая не так давно представила линейку микросхем nanoPower, отличающихся сверхмалым энергопотреблением. На сегодняшний день в этой линейке присутствуют малопотребляющие операционные усилители, компараторы, датчики температуры и другие узлы, активно использующиеся в самых разнообразных радиотехнических устройствах. Конечно же, Maxim Integrated не оставил без внимания и сектор DC/DC преобразователей напряжения, разработав в рамках данного направления целые семейства специализированных микросхем с ультрамалым энергопотреблением.
Сравнение линейного и импульсного способов преобразования
Самой популярной схемой преобразователей постоянного напряжения можно назвать понижающую, ведь в реальной аппаратуре задача уменьшения напряжения возникает намного чаще, чем увеличения или изменения его полярности. Но уменьшить входное напряжение можно двумя способами: импульсным и линейным. Поскольку каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки, а значит – и свои области применения, то разработчику необходимо их изучить.
Фундаментальную разницу между линейным и импульсным способами уменьшения напряжения можно понять из рисунка 1. Линейный стабилизатор работает по принципу резистивного делителя напряжения. Его регулирующий элемент (транзистор VT1) функционирует в активном режиме, обеспечивая такое падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера, чтобы выходное напряжение VOUT на нагрузке RLOAD находилось в заданных пределах. Поскольку через транзистор VT1 протекает весь ток нагрузки IOUT, КПД данной схемы будет напрямую зависеть от разницы напряжений между входом и выходом (формула 1):
где РIN и POUT – соответственно, входная и выходная мощности преобразователя.
Рис. 1. Сравнение линейного и импульсного способов уменьшения напряжения
И теперь становится очевидным главный недостаток линейных стабилизаторов – чем больше разница напряжений между входом и выходом, тем меньше его КПД, причем практически вся «лишняя» мощность выделяется на регулирующем элементе VT1, что требует установки его на радиатор, размеры которого порой превосходят размеры всех остальных элементов устройства.
До недавнего времени линейные стабилизаторы строились на основе биполярных кремниевых транзисторов, у большинства из которых падение напряжения между коллектором и эмиттером физически не могло быть меньше 1 В. Для стабилизаторов с относительно высоким выходным напряжением (более 5 B) такое падение напряжения было еще вполне приемлемым, однако в современных микроконтроллерных устройствах напряжение питания которых может быть меньше 1 В, использование биполярных транзисторов в таком режиме недопустимо.
В свое время это привело к созданию линейных стабилизаторов, использующих в качестве регулирующих элементов полевые транзисторы, которые, как известно, лишены такого ограничения. Эти стабилизаторы в русскоязычной литературе получили название «стабилизаторы с низким падением напряжения», или LDO-стабилизаторы/регуляторы (Low-Drop Out Regulator). Поскольку при малой разнице напряжений между входом и выходом КПД LDO-стабилизаторов не уступает импульсным преобразователям, а их масса, габариты и уровень электромагнитных помех при этом намного меньше, они до сих пор активно используются в современной технике.
В импульсных преобразователях активный режим полупроводниковых компонентов не используется принципиально. В рассматриваемом примере (рисунок 1) транзистор VT1 работает в ключевом режиме, периодически подключая нагрузку RLOAD к источнику питания на время tON. Это означает, что выделение мощности на силовых полупроводниковых компонентах теоретически может быть сколько угодно малым и не зависит от соотношения напряжений между входом и выходом, что является главным преимуществом данных схем. К сожалению, от такого способа преобразования появляется и главный недостаток – пульсирующий характер выходного напряжения с высоким содержанием высокочастотных гармоник.
Поскольку использовать подобное напряжение для питания потребителей в большинстве случаев не представляется возможным, то на выходе импульсных преобразователей необходимо устанавливать фильтры, уменьшающие пульсации выходного напряжения. Причем в этих фильтрах должны обязательно использоваться реактивные элементы, способные накапливать энергию (активный фильтр на полупроводниковых транзисторах для этой цели не подойдет). А это означает, что импульсный преобразователь просто физически не может быть миниатюрным, ведь энергетическая емкость реактивных компонентов прямо пропорциональна массе и объему использованного в них магнитного или диэлектрического материала.
Если сравнить достоинства и недостатки линейных и импульсных преобразователей (таблица 1), то окажется, что они взаимно компенсируют друг друга. Поэтому на практике очень часто используются гибридные системы: импульсный преобразователь формирует некоторое промежуточное напряжение невысокой стабильности с относительно высоким уровнем пульсаций, а окончательная точная регулировка уже осуществляется с помощью линейных LDO-стабилизаторов.
Таблица 1. Сравнение импульсного и линейного способов преобразования
| Метод | Импульсный | Линейный |
|---|---|---|
| Соотношение входного и выходного напряжений | Любое | Выходное напряжение не может быть больше входного |
| Точность стабилизации выходного напряжения | Из-за того что энергия преобразуется «порциями», точность выходного напряжения зависит от характера переходных процессов и метода стабилизации | Теоретически не ограничена. Практически определяется уровнем шумов и стабильностью характеристик используемых компонентов |
| Уровень пульсаций выходного напряжения | Высокий. При использовании некоторых методов управления (гистерезисных) принципиально не может быть низким | Теоретически может быть сколь угодно малым. Практически ограничен быстродействием используемых компонентов |
| Уровень электромагнитных помех | Высокий из-за высоких скоростей изменения напряжений и токов | Теоретически может быть сколь угодно малым |
| КПД | Высокий | Определяется разностью напряжений между входом и выходом |
| Масса и габариты | Зависят от частоты преобразования. Обычно больше, чем у линейных преобразователей | Зависят от уровня рассеиваемой мощности. При малых мощностях могут быть микроскопическими |
| Сложность схемы | Сложная | Относительно простая |
| Стоимость | Относительно высокая | Низкая |
| Основная сфера применения | Преобразователи с высоким соотношением входного и выходного напряжений, преобразователи рода тока, многоканальные преобразователи и прочие | Стабилизаторы для узлов, требующих прецизионного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций и электромагнитных помех |
В современном оборудовании линейные преобразователи в основном используются для питания маломощных узлов, требующих высококачественного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций, а также в приложениях, чувствительных к уровню электромагнитных помех, а импульсные – во всех остальных случаях (по возможности).
Однако у линейных преобразователей есть один серьезный недостаток, который в ряде случаев делает их использование невозможным – выходное напряжение линейного преобразователя принципиально не может быть больше входного. А это означает, что в случаях, когда напряжение необходимо увеличить или изменить его полярность, импульсный способ преобразования является практически безальтернативным.
Принцип работы импульсных преобразователей
На сегодняшний день существует множество импульсных преобразователей постоянного напряжения, отличающихся количеством и типом реактивных компонентов, алгоритмами преобразования и прочими характеристиками. Однако наиболее простыми, а следовательно, и наиболее популярными являются всего четыре схемы: понижающая, повышающая, инвертирующая и обратноходовая (рисунок 2). Эти преобразователи используют одинаковый принцип работы, имеют идентичное количество компонентов и отличаются лишь способом коммутации накопительного дросселя L1, от режима работы которого и зависят все характеристики схемы.
Рис. 2. Схемы наиболее популярных преобразователей
Преобразование электрической энергии происходит в два этапа. На первом этапе ключ S1 замыкается, и к дросселю L1 прикладывается некоторое напряжение VL1, под действием которого за время tON его ток возрастает на величину dI1 (формула 2, рисунок 3):
где L1 – индуктивность обмотки, активной на первом этапе.
При этом к диоду VD1 приложено напряжение обратной полярности, поэтому ток через него не протекает. В конце этого интервала ток дросселя достигает максимального значения IMAX1, а это значит, что в его магнитопроводе накапливается энергия E (формула 3):
Рис. 3. Диаграммы напряжения и тока дросселя различных преобразователей
Поскольку на первом этапе энергия в дросселе увеличивается, то его очень часто называют этапом накопления или заряда дросселя.
После размыкания ключа S1 на выводах всех обмоток дросселя формируется ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна полярности, присутствовавшей на первом этапе, это означает, что дроссель L1 теперь становится не потребителем, а источником электрической энергии. Изменение полярности напряжения на обмотках приводит к открытию диода VD1, который и обеспечивает путь протекания тока на втором этапе, называемом этапом возврата, или разряда дросселя.
Поскольку количество энергии в дросселе в момент коммутации ключей не изменяется, то ток в его активной обмотке сразу после размыкания ключа S1 также будет максимальным, однако его величина IMAX2 может измениться, ведь он теперь может протекать уже по другому количеству витков (формула 4):
где L2 – индуктивность обмотки, активной на втором этапе.
Дроссель понижающей, повышающей и инвертирующей схем обычно содержит только одну обмотку, поэтому L1 = L2, а значит и IMAX1 = IMAX2 = IMAX. А вот для обратноходовой схемы индуктивности L1 и L2 чаще всего отличаются, поэтому ток IMAX2 можно определить (формула 5), приравняв формулы 3 и 4 :
где N1 и N2 – количество витков, соответственно, первичной и вторичной обмоток.
Вторую часть формулы 5 можно легко получить, вспомнив, что индуктивность обмотки пропорциональна квадрату количества витков (формула 6):
где AL – конструктивный параметр магнитопровода.
После открытия диода напряжение на обмотке дросселя фиксируется на уровне VL2, под действием которого ток дросселя за время tOFF уменьшится на величину dI2 (формула 7):
Подставляя в формулу 8 соотношения 2 и 7, с учетом 6, можно получить основное уравнение 9, связывающее величины напряжений на выводах обмоток дросселя с отношением длительностей основных этапов преобразования:
Формула 9 является основой для получения регулировочной характеристики преобразователя – зависимости выходного напряжения от относительной длительности первого этапа преобразования D = tON/(tON + tOFF). Однако для того чтобы получить эти зависимости, далее необходимо рассматривать каждую схему в отдельности.
Понижающий преобразователь
Понижающий преобразователь (Step-Down Converter, Buck Converter) обычно имеет только одну обмотку, поэтому N1 = N2. На первом этапе преобразования к дросселю приложена разница входного и выходного напряжений (VL1 = VIN – VOUT), а на втором – только выходное напряжение (VL2 = VOUT), как показано на рисунке 4. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 10:
Следовательно (формула 11):
Рис. 4. Принцип работы понижающего преобразователя
Из формулы 11 видно, что выходное напряжение VOUT понижающего преобразователя не может превышать входное VIN, иначе левая часть уравнения станет отрицательной, к дросселю на обоих этапах преобразования будет приложено однополярное напряжение, и схема работать не будет.
Повышающий преобразователь
Повышающий преобразователь (Step-Up Converter, Boost Converter) также обычно строится на основе однообмоточного дросселя (N1 = N2). На первом этапе преобразования, когда ключ S1 замкнут, к обмотке дросселя приложено полное напряжение питания (VL1 = VIN), а вот на втором есть разница между входным и выходным напряжениями (VL1 = VOUT – VIN), как показано на рисунке 5. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 12:
Из формулы 12 теперь можно получить уравнение для регулировочной характеристики (формула 13):
Рис. 5. Принцип работы повышающего преобразователя
Как и в понижающем преобразователе, формула 13 накладывает ограничения на соотношение напряжений VIN и VOUT. При VOUT VOUT)» width=»400″ height=»523″/>
Рис. 8. Понижающий преобразователь с автотрансформаторным включением дросселя, работающий при большой разнице напряжений (VIN >>VOUT)
Особенности преобразователей nanoPower
Как видно из принципа работы, максимальное значение КПД импульсных преобразователей теоретически не ограничено. Но на практике всегда будут потери из-за неидеальности элементной базы, поэтому реальное значение КПД силовой части у наилучших представителей импульсных преобразователей находится на уровне 98…99%.
Однако при расчете КПД преобразователя в целом следует учитывать также и затраты энергии на работу схемы управления. Если рассмотреть структурные схемы контроллеров, реализующих два наиболее популярных на сегодняшний день метода управления – по напряжению (рисунок 9) и по току (рисунок 10), – то можно увидеть, что для обеспечения выходного напряжения необходимого качества требуется достаточно большое количество узлов. И хоть на сегодняшний день технологии изготовления полупроводниковых микросхем находится на очень высоком уровне, тем не менее, когда мощность силовой части преобразователя ничтожно мала, ток потребления узлов управления может оказаться соизмеримым с током нагрузок.
Рис. 9. Контроллер преобразователя с методом управления по напряжению
Рис. 10. Контроллер преобразователя с методом управления по току
У контроллеров преобразователей постоянного напряжения можно выделить три основных тока, на которые следует обращать внимание при выборе: ток, потребляемый от входной IQINT, выходной IQOUT цепи в активном режиме и ток утечки ISDT, потребляемый микросхемой в выключенном состоянии (рисунок 11). Эти токи, по возможности, должны быть минимальными, ведь чем они меньше – тем выше КПД преобразователя.
Рис. 11. Пути протекания токов IQINT, IQOUT и ISDT микросхемы MAX17222
Из этих параметров наиболее важным для устройств с батарейным питанием является ток утечки ISDT. И связано это с их спецификой работы, ведь как показывает практика, большую часть времени они находятся либо в спящем (дежурном), либо в выключенном состоянии. Поскольку физически отключить схему управления преобразователя от источника питания в большинстве случаев не представляется возможным, ток утечки ISDT будет напрямую влиять на время автономной работы.
В интегральных преобразователях постоянного напряжения nanoPower основной технологией уменьшения токов IQINT, IQOUT и ISDT является тщательная проработка схемотехники внутренних узлов контроллера и процессов изготовления интегральных компонентов. Из других методов уменьшения собственного энергопотребления можно также выделить отключение резистивного делителя выходного напряжения, используемого в цепи обратной связи. Все это позволило добиться впечатляющих значений собственного энергопотребления этих узлов. Так, например, для микросхем повышающих преобразователей MAX17220/21/22/23/24/25 ток, потребляемый от цепей нагрузки (IQOUT), не превышает 300 нА, а токи, потребляемые от источника питания (IQINT, ISDT) равны всего 0,5 нА.
Кроме этого, повышающие преобразователи имеют одну специфическую особенность, на которую также необходимо обращать внимание. При использовании в качестве верхнего ключа полупроводниковых диодов или n-канальных MOSFET становится невозможным полное отключение выходного напряжения – при остановке преобразователя на его выходе присутствует напряжение питания, которое приводит к увеличению энергопотребления. Поэтому в микросхемах nanoPower реализована также технология True Shutdown, блокирующая появление напряжения на выходе преобразователей при их отключении.
На сегодняшний день в линейку малопотребляющих преобразователей nanoPower входят микросхемы для наиболее популярных схем преобразователей: понижающего и повышающего типов (таблица 2). Линейка повышающих преобразователей MAX17220…25 (рисунок 12) позволяет обеспечить нагрузку выходным напряжением 1,8…5 В, устанавливаемым путем выбора внешнего резистора RSEL с шагом 0,1 В. Входное напряжение при этом может находиться в диапазоне 0,4…5,5 В.
Высокая степень интеграции позволила использовать для микросхем MAX17220…25 миниатюрные шестивыводные корпуса WLP и µDFN и обойтись минимальным количеством внешних компонентов. Как видно из рисунка 12, кроме обязательных внешних реактивных элементов – конденсаторов CIN, COUT и накопительного дросселя, которые, во-первых технологически сложно изготовить в интегральном исполнении, а во-вторых, их параметры зависят от конкретного приложения, для работы микросхем требуется единственный внешний прецизионный (с точностью 1%) резистор RSEL, отвечающий за величину выходного напряжения.
Таблица 2. Характеристики микросхем nanoPower
| Наименование | Ток, потребляемый от выходных цепей IQOUT, нА | Ток, потребляемый в выключенном состоянии ISDT, нА | Максимальный ток накопительного дросселя, мА | Выходной ток, мА | Корпус | Отладочная плата |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MAX38640A | 330 | 5 | 250 | 160 | WLP/6 | MAX38640EVKIT |
| MAX17220 | 300 | 0,5 | 225 | 205 | WLP/6, µDFN/6 | MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT |
| MAX17222 | 300 | 0,5 | 500 | 200 | WLP/6 | MAX17222EVKIT |
| MAX17223 | 300 | 0,5 | 500 | 205 | WLP/6, µDFN/6 | MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT |
| MAX17224 | 300 | 0,5 | 1000 | 205 | WLP/6, µDFN/6 | MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT |
| MAX17225 | 300 | 0,5 | 1000 | 205 | WLP/6, µDFN/6 | MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT |
Рис. 12. Структурная схема микросхем MAX17220…25
Аналогичными характеристиками обладают и микросхемы понижающих преобразователей MAX38640/41/42/43 (рисунок 13), позволяющие понижать входное напряжение 1,8…5,5 В до величины 0,7…3,3 В (микросхемы с суффиксом А) или до 0,5… 5,0 В (с суффиксом B). Так же, как и в рассмотренных выше повышающих преобразователях, для установки выходного напряжения MAX38640…43 используется единственный прецизионный резистор RSEL, а сами микросхемы требуют всего четырех внешних компонентов.
Рис. 13. Структурная схема микросхем MAX38640…43
Для ускорения выхода продуктов на рынок компания Maxim Integrated предлагает разработчикам максимальную поддержку, не ограничивающуюся только предоставлением всей необходимой технической документации. Так, например, на официальном сайте компании присутствуют математические модели, с помощью которых можно изучить электрические процессы разрабатываемых схем в специализированных средах разработки: автономной EE-Sim® OASIS Simulation Tool на основе ядра SIMPLIS® и онлайновой EE-Sim Design And SimulationTool. Обе среды ориентированы на разработку импульсных источников питания и позволяют на основе предлагаемых шаблонов собрать виртуальный аналог разрабатываемой схемы менее чем за 5 минут.
Кроме этого, для оценки реальных возможностей микросхем nanoPower компания Maxim Integrated предлагает специализированные отладочные платы. Так, например, для микросхем MAX17220…25 доступна отладочная плата MAX17222EVKIT (рисунок 14), состоящая из двух независимых частей, содержащих одну и ту же микросхему MAX17222, но изготовленную в разных корпусах: µDFN и WLP. В каталогах Maxim Integrated присутствует также аналогичная отладочная плата MAX17220EVKIT с установленными микросхемами MAX17220 (в двух вариантах корпусов) и MAX38640EVKIT с установленной микросхемой MAX38640A в корпусе WLP.
Рис. 14. Внешний вид отладочной платы MAX17222EVKIT
Заключение
Питание от батарей является далеко не тривиальной задачей, ведь для обеспечения максимально возможного времени автономной работы необходима тщательная проработка не только силовой части, но и узлов управления. Однако, как показывает практика, эти задачи целиком и полностью ложатся на плечи производителей электронных компонентов, ведь, как видно из материалов данной статьи, конечным разработчикам остается лишь адаптировать готовые решения под конкретное приложение.