Vítejte, dnes je
sobota 20.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky S mikroprocesorovými systémy se u našich elektronických zařízení, domácích spotřebičů, spotřební elektroniky, automobilových aplikací nebo např. v průmyslové automatizaci a jejich kontrolérech setkáváme stále častěji. Spolu s rostoucími požadavky, pokud jde o účinnost, přesnost a také bezpečnost zmíněných návrhů, budou zapojení obsahující mikrokontroléry či mikroprocesory rozšiřována o další periferní prvky – non-volatilní nebo operační paměti, ale také senzory a snímače, jejichž hlavním úkolem je interakce s okolním prostředím, ale také sledování stavu samotného zařízení. Roste i poptávka v oblasti rozhraní člověk-stroj (HMI), které je v současné době nejčastěji realizováno prostřednictvím grafického uživatelského rozhraní (GUI). Neobejdeme se proto ani bez grafických displejů, dotykových panelů apod. To vše se následně zásadní měrou promítne do zatížení příslušných napájecích systémů.
Zmíněné součástky mají z hlediska napájecích napětí často různé požadavky a proud, který samy odebírají, se dále liší v závislosti na prováděných operacích. Každý prvek zde navíc vnáší vlastní specifické rušení. I když bude minimální, dokáže ve výsledku zásadní měrou (a negativně) ovlivnit chování celé aplikace. Je proto nutné používat precizní a spolehlivé obvody, které nám poskytují stabilní napájení. Takové součástky, určené pro řízení napájení, se nazývají PMIC, tedy Power Management IC. Jejich úkol spočívá v zajištění konstantního, předem definovaného napětí pro všechny součástky, které jsou v systému přítomné, a také monitorování napájení, včetně jeho regulace v závislosti na měnících se provozních podmínkách (teplota, proudový odběr).
V nabídce distributora, společnosti TME, najdete řadu součástek splňujících výše popsané požadavky. U systémů založených na obvodech od společnosti Microchip však dosáhneme nejlepších výsledků, pokud se zaměříme na řešení PMIC nabízená stejným výrobcem. V článku se blíže zaměříme na dvě skupiny prvků od Microchipu, které vyhoví nejen z hlediska efektivního a stabilního napájení, ale zároveň pomohou navržené elektronické obvody dále miniaturizovat.
Firma Microchip Technology je známa především jako výrobce mikrokontrolérů a mikroprocesorů, má však i širokou nabídku dalších (analogových) systémů s vysokým stupněm integrace. Portfolio zde zahrnuje lineární obvody, rozhraní, monitorování a řízení teploty, výkonovou elektroniku, napájení či nabíjení baterií, stejně jako číslicově-analogové převodníky nebo prvky zajišťující bezpečnost a ochranu informací. Řada věcí je k dispozici přímo, včetně obvodů pro řízení napájení, na které se zaměřujeme níže.
Ke dvěma klíčovým rodinám obvodů PMIC od společnosti Microchip patří MCP16501 a MCP16502 – ve druhém případě se jedná o pokročilejší řešení, určené pro složitější integrované obvody. V obou případech bylo smyslem snížit počet nezbytných vnějších součástek a v kontrastu s klasickými systémy stabilizace napájení dosáhnout i výrazně menší velikosti. Microchip odhaduje, že takto ušetří až 60 % místa na desce plošného spoje určeného pro obvody řízení napájení, navíc bez výrazné změny, pokud jde o náklady. Součástky jsou určené pro průmyslovou robotiku, informační technologie, spotřební zařízení, stejně jako automobilový průmysl a komunikace. Obvody MCP16501 a MCP16502 byly navrženy zejména ke spolupráci s mikroprocesory řady SAM9X6, SAMA5D3, SAMA5D4 a SAMA5D2.
Vstupní napěťový rozsah MCP16501 se pohybuje v rozmezí od 2,7 V do 5,5 VDC a odráží přitom potřeby napájení s lithium-iontovými a lithium-polymerovými bateriemi, které nabývá zvláště na významu v případě zařízení internetu věcí a dalších přenosných systémů. Čipy nabídnou tři DC/DC kanály s maximálním výstupním proudem 1 A. Kromě toho je k dispozici lineární stabilizátor, který se aktivuje přivedením signálu na vyhrazený pin.
Napětí dodávané s obvody MCP16501 se vyznačuje přesností (tolerance 1 %) a stabilitou vyžadovanou při práci s paměťmi DDR (1,2 V, 1,35 V nebo 1,8 V, v závislosti na druhu paměti), resp. s jádry mikroprocesorů (1,0 V, 1,15 V a 1,25 V). Bude rovněž kompatibilní s nízkonapěťovými logickými systémy napájenými v rozmezí od 1,0 V do 3,6 V. Vzhledem k tomu, že výrobce zajistil plnou kompatibilitu se svými produkty, umožňuje zmíněná řada obvodů provoz mikroprocesorů v režimech se sníženým odběrem proudu (včetně spánku). Samotný PMIC pak odebírá zhruba 6 μA, resp. 250 μA (standby/idle). Rozsah provozních teplot zde činí –40 °C až +125 °C. Struktura je vybavena vestavěnou teplotní pojistkou a ochranou proti přetížení. Výrobce vše nabízí ve 24pinovém pouzdru typu VQFN o rozměrech 4 × 4 mm.
Menším systémům s mikroprocesory zcela vyhovují součástky řady MCP16501. U náročnějších aplikací bude ale možná zapotřebí sáhnout po obvodech MCP16502. Jsou sice větší (32vývodové provedení typu VQFN o rozměrech 5 × 5 mm), ale nabízejí také další funkce. Pamatují na technologii DVS (Dynamic Voltage Scaling), tedy jednu z metod, které u přenosných zařízení umožňují šetřit energií. Řada MCP16502 počítá se čtyřmi spínanými kanály DC/DC a dvěma výstupy stabilizátoru LDO. S nadřazenou jednotkou systém komunikuje pomocí rozhraní I²C.
S pomocí tlačítek a funkcí sekvenčního ovládání (zapnutí či vypnutí dalších periférií ve stanoveném pořadí) zde obvod vystupuje jako plně funkční integrovaný systém řízení napájení.
Ušetří tím nejen místo na DPS, ale i čas potřebný k vývoji zařízení a jeho samotné výrobě. K dispozici je také verze MCP16502, která má certifikaci AEC-Q100 a hodí se proto k nasazení v automobilovém průmyslu.
Vývojáři, kteří do svých projektů hodlají začlenit obvody MCP16501 a MCP16502, mohou využít vývojové desky připravené společností Microchip, ADM01123 a DT100105. Lze tak provést kompletní provozní testy systémů PMIC – stability napájení pod zatížením v zamýšleném obvodu, nastavení pro všechny kanály apod. V případě DT100105 máme rovněž k dispozici přístup k rozhraní I²C, s jehož pomocí bude obvod MCP16502 konfigurován a také i řízen.
Prvky MCP16502 rovněž nalezneme v sadách vyhrazených procesoru SAMA5D2 (EV26C77A) a modulům ATSAMA5D27-SOM1 (ATSAMA5D27-SOM1-EK1) a ATSAMA5D27- WLSOM1 (DM320117).
Redakčně připraveno s využitím materiálů dostupných na stránkách distributora, společnosti TME [1].
[1] Řešení PMIC od Microchip, https://www.tme.eu/cz/news/libraryarticles/page/43320/reseni-pmic-od-microchip/
