wersja mobilna | kontakt z nami

Układy zarządzania zasilaniem Maxim Integrated i Austria Micro Systems

Numer: Wrzesień/2016

Od czasów powstania systemów elektronicznych jednym z największych problemów, z którym muszą sobie radzić konstruktorzy jest efektywne i niezawodne zasilanie. Przez lata rynek wykształcał coraz nowsze rozwiązania, mające usprawnić optymalizację dystrybucji zasilania. Branża urządzeń elektronicznych w czasach IoT bardzo duży nacisk kładzie na mobilność urządzeń, a co za tym idzie pracę przy zasilaniu bateryjnym oraz energooszczędność.

Pobierz PDF

Układy potocznie zwane PMIC (Power Manage­ment ICs) służą do zarządzania zasilaniem w urządzeniu, integrując przy tym funk­cjonalność elementów takich jak:

rys-1

- konwertery DC/DC,
- regulatory liniowe,
- ładowanie baterii,
- detekcję zasilania,
- dostosowania poziomu napięcia,
- określanie sekwencji zasilania,
- zabezpieczenie temperaturowe,
- zabezpieczenie prądowe oraz napięciowe.

Głównym zadaniem układów PMIC jest dystrybuowanie prawidłowych war­tości napięć do urządzenia, wykrywa­nie stanu podłączenia zasilania, kon­wersja napięć, ładowanie baterii, zasila­nie poszczególnych bloków w określonej kolejności itp. Poprzez integrację wszystkich funkcjonalności w ogólnym rozliczeniu PMIC ma zasilić poszczególne bloki układu, zabezpieczyć przed zmianami napięć lub wzrostem temperatury oraz zminimalizować ilość komponentów bloku zasilania i zarządzania, a także zredukować wymiary układu.

W urządzeniach mobilnych czas pracy systemu nie zależy tylko od sumarycz­nej energii zużywanej przez poszczególne elementy składowe oraz pojemności baterii zasilającej. Znaczącą kwestię mają również układy zarządzające zasilaniem, które przez wbudowane bloki regulacji, sterowania oraz zastosowane algorytmy mają na celu nadzorować oraz zmniejszyć zużycie energii.

rys-2

Ze względu na funkcjonalność układy można podzielić na stosowane w:

- urządzeniach przemysłowych,
- systemach komunikacyjnych,
- elektronice użytkowej,
- urządzeniach „wearables”.

Układy z rodziny Power Management są bardzo ciekawym rozwiązaniem dla zasilania urządzeń embedded, mobilnych oraz systemów stacjonarnych. Przeznaczone do zasilania układów wymagających dostarczania napięć o kilku wartościach, nadzorowania procesu kolejności załączania zasilania, pracy baterii oraz zabezpieczenia systemu. W zależności od charakteru pracy urządzenia należy dokładnie określić funkcjonalność układu PMIC oraz wymagań napięciowych, aby sprostać oczekiwaniom aplikacji. Poniżej wybrano i scharakteryzowano rodziny produktów z działki zarządzania zasilaniem dwóch dostawców: ams (Austria Micro System) oraz Maxim Integrated.

rys-3

Austriacka firma ams dostarcza szeroki wybór rozwiązań z zakresu układów zarządzania zasilaniem oraz zarz

Układy z rodziny Lighting Management Units (rysunek 1) charakteryzują się wbudowanymi blokami takimi jak: konwertery DC/DC, regulatory LDO, pompy ładunkowe, przetwornik A/C, wyjścia prądowe, zabezpieczenia temperaturowe oraz napięciowe. Przeznaczone są głównie do zastosowań w urządzeniach przenośnych multimedialnych np. smartfony, przenośne odtwarzacze DVD, urządzenia nawigacyjne. Układy te mają za zadanie w optymalny sposób zarządzać zasilaniem podświetlenia w naszych telefonach, tabletach oraz innych urządzeniach mobilnych wrażliwych na pobór energii.ądzania funkcjami podświetlenia wyświetlaczy, dedykowanych dla urządzeń mobilnych z zakresu elektroniki użytkowej.

Układy Power Management Units (rysunek 2) mają zintegrowane bloki takie jak: konwertery DC/DC, regulatory LDO, wyjścia prądowe, pompy ładunkowe, przetworniki A/C, ładowarki oraz programowalną sekwencje załączania napięć. Przeznaczone są dla aplikacji takich jak przenośne odtwarzacze multimedialne, urządzenia nawigacyjne, e-booki, tablety. Układy z rodziny PMU mają zapewnić urządzeniom mobilnym prawidłowe warunki zasilania oraz zabezpieczyć pracę systemu po przez nadzorowanie parametrów napięciowych oraz temperaturowych. Wbudowane bloki zarządzania i kontrolowania napięć w układzie pozwalają na zmniejszanie zużycia energii po przez pracę w trybie stand by, selekcję napięć, możliwość pracy z przerwania etc.

rys-4

Drugi z producentów firma Maxim Integrated dostarcza układy dla rozwiązań urządzeń wearables, multimedialnych, elektroniki użytkowej oraz zarządzania podświetlenia w matrycach TFT/LCD. Układy firmy Maxim Integrated pomimo tej samej rodziny produktu co opisane wcześniej rozwiązania firmy ams, skoncentrowane są bardziej na konkretnych aplikacjach i posiadają mniejszą konfigurowalność oraz funkcjonalność niż np. AS3713.

PMIC’s dla rozwiązań typu wearables (rysunek 3) posiadają zintegrowane konwertery DC/DC, regulatory liniowe LDO, bloki kontrolowania i monitorowania m.in. temperatury, zabezpieczenia wejściowe, wyjścia prądowe, układ sekwencyjnego załączania napięć oraz blok ładowarki baterii. Rozwiązanie idealnie pasuje do aplikacji takich jak smartwatch, przenośne urządzenia medyczne oraz fitness do monitoringu HRM.

Kolejnym przykładem rozwiązań układów PMIC dla zastosowań w aplikacjach multimedialnych jest układ MAX77829 (rysunek 4). Po za podstawowymi blokami regulatorów liniowych oraz ładowarki posiada on wbudowane bloki sterowania lampami błyskowymi oraz podświetleniem typu LED. Te dodatkowe funkcje definiują jego przydatność dla urządzeń mobilnych takich jak tablety oraz smartfony wyposażone zarówno w podświetlenie ekranu jak i  diodę błyskową aparatu.

Ostatnim z przykładów rozwiązań dostępnych u producenta Maxim Integrated jest układ przeznaczony do zasilania wyświetlaczy TFT oraz LCD. Układ MAX17106 (rysunek 5) integruje DC/DC konwerter, regulator z kompensacją temperaturową dla zasilania wyświetlaczy TFT, LDO dla zasilania układów logiki, wzmacniacze operacyjne, pamięć EEPROM oraz cyfrową kalibrację urządzenia zapisywaną w pamięci nieulotnej. Rozwiązania te przeznaczone są do zastosowań w notebookach, laptopach, wyświetlaczach LCD dla branży automotive.

rys-5

Opisane układy należą do rodziny PMU (Power Management Units), jednak ze względu na funkcjonalność oraz parametry pracy, każdy z nich idealnie pasuje dla konkretnych zastosowań. Na rynku istnieje również wiele innych firm produkujących rozwiązania tego typu, jednak podobnie jak z prostymi komponentami ich wykonanie oraz parametry są różne. Dlatego zarówno jak w przypadku doboru prostych elementów takich jak przetwornice DC/DC lub regulatory liniowe należy zwrócić uwagę na kluczowe parametry oraz oferowaną funkcjonalność.

Stosowanie układów PMIC w większych systemach, wymagających funkcjonalności oferowanej przez nie ma jeszcze jedną zaletę, a mianowicie zmniejsza ilość potrzebnych komponentów oraz oszczędza miejsce w układzie. Często spotykany ten problem jest przy małych urządzeniach mobilnych, gdzie kładziony jest nacisk na wielkość PCB, wymagane są napięcia zasilające o kilku wartościach z ładowaniem baterii oraz nadzorowaniem parametrów zasilania.

Poszukiwania odpowiedniego rozwiązania dla konkretnej aplikacji są czasochłonne, dlatego też należy jak najdokładniej określić wymagania oraz aplikację dla danego układu. Przy dobrze sprecyzowanych założeniach projektanci mogą skorzystać z pomocy inżynierów aplikacyjnych, którzy posiadając wiedzę na temat funkcjonalności produktów mogą w łatwy i szybki sposób zaproponować właściwe rozwiązanie.

Kamil Prus
Inżynier Aplikacyjny
Computer Controls

 

Pozostałe artykuły

LPC54000. 2-rdzeniowe mikrokontrolery Cortex-M

Numer: Listopad/2017

Mikrokontrolery z serii LPC54000 są unowocześnionymi następcami popularnej rodziny LPC1700. Nowe mikrokontrolery charakteryzuje innowacyjna konstrukcja, bazująca na dwurdzeniowej jednostce CPU, integrującej Cortex-M4 i Cortex-M0+. Obecnie rodzina mikrokontrolerów LPC54000 jest podzielona na trzy główne podrodziny: LPC5410x, LPC5411x, LPC546xx. Kolejno omówimy ich parametry i możliwości.

ADAU1466 - nowy procesor DSP z rodziny Sigma DSP

Numer: Listopad/2017

Analog Devices ponownie rozszerza rodzinę Sigma DSP. Przedstawione na łamach EP procesory ADAU1452 doczekały się modyfikacji w postaci układu ADAU1466, który jest pierwszym przedstawicielem nowej linii Sigma DSP ADAU146x.

STM8S001J3 (2). Projekt referencyjny zestawu ewaluacyjnego

Numer: Listopad/2017

W sierpniu firma STMicroelectronics rozszerzyła 8-bitową rodzinę mikrokontrolerów STM8 o pierwszy układ w 8-pinowej obudowie ? STM8S001J3. Celem artykułu jest pokazanie, jak łatwe jest projektowanie urządzeń elektronicznych w oparciu o ten mikrokontroler. Jako przykład niech posłuży projekt referencyjny zestawu ewaluacyjnego, który składa się z dwóch płytek: płytki z mikrokontrolerem i płytki rozszerzeniowej.

Protokoły i moduły bezprzewodowe dla IoT (2)

Numer: Listopad/2016

Rozwój technologii IoT wymaga wsparcia przez odpowiednie protokoły i oprogramowanie. Można tworzyć własne standardy i sieci sensorów, jednak jest to nieopłacalne, ponieważ - myśląc globalnie - pojawi się problem spięcia naszej sieci z całą "resztą świata". Dlatego idąc w sukurs konstruktorom budującym urządzenia dla IoT firmy - producenci podzespołów wręcz prześcigają się tworząc różnego rodzaju udogodnienia. Do takich, ...

8-bitowa kontrofensywa (1). Nowe peryferie mikrokontrolerów PIC

Numer: Listopad/2016

Microchip, jeden z największych na świecie graczy w obszarze projektowania i produkcji mikrokontrolerów, wymyślił strategię, dzięki której użytkownicy poszukujący nieskomplikowanych mikrokontrolerów chętnie sięgną po 8-bitowe, sprawdzone mikrokontrolery PIC. Zastosowano pomysłowe połączenie starego, ale sprawdzonego i bardzo popularnego rdzenia PIC16 z nietypowymi, nowatorskimi peryferiami, pracującymi niezależnie od rdzenia (core ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Grudzień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym