Mạch chuyển đổi USB / pin

Bối cảnh: Tôi là một người không thuộc EE (một 0x11 ?: ^) Vào thế giới thiết kế hệ thống nhúng. Tôi đã bắt đầu dự án này với sự hiểu biết duy nhất ở cấp độ vật lý đại học, nhưng tôi đang dần học hỏi.

Thiết kế tôi đang làm việc bao gồm một số cảm biến, thẻ SD và TI CC1111 SoC . CC1111 bao gồm lõi 8051, bộ điều khiển USB và bộ thu phát RF. Thiết kế của tôi dựa trên thiết kế dongle USB tham khảo do TI cung cấp.

Thiết bị thường hoạt động bằng nguồn pin, sử dụng 2 pin AA nối tiếp (hoặc có khả năng là 4 pin AA theo cặp song song), trừ khi được kết nối với cổng USB. Tôi muốn thiết bị chuyển đổi liền mạch giữa USB và pin mà không cần thiết lập lại vi điều khiển.

Tôi đang tìm một mạch để chuyển đổi giữa hai nguồn năng lượng (pin hoặc bus USB). Từ những gì tôi có thể nói, điều đơn giản nhất sẽ là sử dụng điốt OR-ing. Vấn đề ở đây là tôi sẽ lãng phí năng lượng (giảm điện áp x hiện tại của diode) và đó là điều tôi muốn tránh.

Một tùy chọn tôi đang xem xét là bộ điều khiển nguồn LTC4412 , được đề xuất để trả lời câu hỏi của người khác.

Câu hỏi 1 : Điều này có phù hợp không?

Một mối quan tâm tôi có là sự chậm trễ trong việc chuyển đổi từ nguồn bus USB sang nguồn pin khi thiết bị bị ngắt kết nối với USB. Theo bảng dữ liệu LTC4412, thời gian bật cho cổng MOSFET có thể lên tới 175 chúng tôi. Tôi không muốn CC1111 (hoặc các cảm biến kỹ thuật số) đặt lại. Nhìn vào Hình 1 trong biểu dữ liệu (xem thêm phần thảo luận về tụ điện bỏ qua ở trang 5), mẹo là chọn đúng giá trị cho tụ điện đầu ra, Cợi. Tôi đã tính một giá trị, nhưng tôi không chắc cách tiếp cận của mình có hợp lệ không. Nếu bạn chịu đựng với tôi:

CC1111 thường hoạt động ở mức 3V từ 2 pin AA. Giả sử nó có thể hoạt động chỉ 90% trong số đó (2.7 V). Tôi sử dụng dòng điện được vẽ bởi tải (thiết bị của tôi) và điện áp danh định (3V) để đưa ra điện trở tương đương (V / I). Dựa trên các phép đo và dòng tổng của tôi được lấy từ datasheets, thiết bị có thể vẽ một dòng điện ở đâu đó trong khoảng từ 35 mA đến 70 mA. Điều này mang lại cho tôi một mức kháng cự tương đương trong khoảng 43 Ohms đến 86 Ohms.

Nếu tôi muốn điện áp giảm xuống không dưới 90% sau 175 chúng tôi (thời gian bật cổng LTC4412), thì sau khi thực hiện phép toán, tôi nhận được hằng số thời gian (RC) là 1,66 ms. Sử dụng 40 Ohms để an toàn, tôi đưa ra C> (1.66ms / 40 Ohms) = 42 uF. Có thể thêm 10% hoặc 20% cho an toàn, vì vậy hãy nói 50 uF.

Câu 2 : Cách tiếp cận và tính toán đó có hợp lệ không?

Tôi kéo con số 90% đó ra khỏi không khí mỏng. Bảng dữ liệu CC1111 nói rằng 3.0 V là điện áp tối thiểu, vì vậy tôi không chắc những gì tôi đang làm là ít hơn. Tôi có nên sử dụng một số loại bộ chuyển đổi tăng cường để lấy pin 3,3V không?

Cảm ơn trước sự giúp đỡ của bạn (và đã đọc rất nhiều văn bản).

Không, giống như bạn đã có thể sợ điều này không nghiêm trọng hơn. 3 V thực sự là mức tối thiểu và điện áp của pin AA sẽ nhanh chóng giảm xuống dưới mức đó. Nếu bạn đang sử dụng NiMH sạc lại, bạn thậm chí chỉ nhận được 2,4 V, vì vậy điều đó sẽ không xảy ra, trừ khi bạn có thể sử dụng 3 trong số chúng theo chuỗi. (Không sử dụng pin song song như bạn đề cập trong câu hỏi của bạn.) Vì vậy, ba tế bào NiMH sẽ cung cấp cho bạn 3.6 V. Tốt.

3.6 V đó là VDD tối đa cho thiết bị, vì vậy nếu bạn muốn tắt nguồn USB, bạn sẽ cần một bộ điều chỉnh điện áp LDO (Low Drop-Out) để có được 3.6 V. LP2981 là một phần tốt cho việc này.

Bây giờ việc chuyển đổi. 175 Carnival dường như là một sự vĩnh cửu đối với tôi, nhưng chúng ta sẽ phải sống với điều đó. Ben đã cho bạn phương trình đúng cho lưu lượng dòng không đổi:

$\Delta V = \dfrac{I \cdot \Delta t}{C}$

hoặc là

$C = \dfrac{I \cdot \Delta t}{\Delta V}$

Các tế bào NiMH có 1,2 V khá ổn định, chỉ giảm xuống dưới 1,1 V khi chúng gần như được thải ra.

Vì vậy, chúng ta có thể sử dụng đó như là một giới hạn. Với điện áp tối thiểu 3 V và dòng điện trong trường hợp xấu nhất là 70 mA bạn nhận được

$C = \dfrac{70 mA \cdot 175 \mu s}{300 mV} = 41 \mu F$

đó là những gì Ben cũng tìm thấy. Nếu bạn nghĩ rằng bạn sẽ không xuống dưới 1,15 V thì điều đó sẽ trở thành 27 VÒI, vì vậy điều đó sẽ không thay đổi nhiều, nhưng nó sẽ cung cấp cho bạn một khoảng trống nếu bạn muốn sử dụng nắp 47 Lốc. AndrejaKo đã chỉ ra một cách đúng đắn rằng các tụ điện điện phân có dung sai lớn, thường là -20%, và sau đó tôi sẽ chỉ sử dụng nắp 68 nắpF / 6,3 V.

Không, bạn không nên sử dụng phương trình hằng số thời gian điện trở cho các thiết bị điện tử hoạt động. Chỉ cần giả sử một dòng điện độc lập với điện áp, cùng với phương trình tụ điện:

I = C * dV/dt

và giải quyết cho C.

C = I * delta-t / delta-V
  = 70mA * 175uS / .3V = 41 uF

(ok, điều đó khá giống nhau, bởi vì dòng xả RC cao hơn 90% giá trị bắt đầu trong khi điện áp trên 90%)

Thông số kỹ thuật USB nói rằng tải điện dung tối đa có thể được đặt ở đầu hạ lưu của cáp là 10 uF . Bạn sẽ gặp vấn đề nếu pin của bạn bị xả, trừ khi bạn giới hạn nguồn USB hiện tại.