माइक्रो-यूपीएस आयनिस्टर्स

सभी सम्मानित समुदाय को शुभ दिन। मुझे रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि रखने वाले हब्रोविट्स को कुछ विचार और आयनस्टोर्स पर बैकअप बिजली की आपूर्ति के एक विशिष्ट कार्यान्वयन (वे एक डबल इलेक्ट्रिक परत के साथ सुपरकैपेसिटर हैं) की पेशकश करने का सम्मान है, जो मानक लिनक्स डेबियन के तहत चल रहे एआरएम माइक्रोकंट्रोलर पर प्रोसेसर मॉड्यूल के सही समापन को सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

निम्न दशा में आपके विनम्र सेवक के सामने समस्या खड़ी हो गई: बाहरी बिजली बंद होने पर आपको लिनक्स ओएस (एंबेडेड समाधान पर चलने) को सही ढंग से बुझाने की आवश्यकता है। इस शक्ति को कम से कम मानक USB-B कनेक्टर के माध्यम से एक मानक USB 2.0 पोर्ट से पहले से बने बॉक्स-डिवाइस से आपूर्ति की गई थी। इस डिवाइस के अनुभवहीन उपयोगकर्ता ने "UnPlug-NoPlay-NoProblem" के सिद्धांत का पालन करते हुए, USB केबल कॉर्नी को बाहर निकालना पसंद किया। यह स्पष्ट है कि हार्ड डिस्क के बिना और कॉन्फ़िगरेशन के दौरान जीरो वर्चुअल मेमोरी के साथ एक एम्बेडेड समाधान इस तरह के बल की क्षमता के लिए प्रतिरोधी है, हालांकि, हजारों उपयोगकर्ता घंटों के उपयोग के एक जोड़े ने दिखाया है कि यह हमेशा "समस्याओं के बिना" काम नहीं करता है।

मुझे अपने दिमाग पर शिकन डालना था और एक रचनात्मक ट्रान्स में जाना था। ट्रान्स छोड़ने पर, समस्या को हल करने का पहला संभव तरीका - मनोवैज्ञानिक एक, जो सबसे पहले सबसे आकर्षक लग रहा था। विचार की रेखा लगभग निम्नानुसार थी - साधारण उपयोगकर्ता एक अस्थिर हाथ से यूएसबी पोर्ट में एक छड़ी क्यों झटकता है? शायद इसलिए कि न तो वह खुद और न ही उनके करीबी परिचित इस तरह से खो गए थे जैसे उनकी थीसिस, शोध प्रबंध या वार्षिक रिपोर्ट। उसी उपयोगकर्ता ने ओना के दिनों में एक प्रिंटर केबल को काम करने वाले प्रिंटर से क्यों नहीं खींचा? शायद इसलिए कि या तो उसने देखा, या उसने किसी के होठों से सुना, कि उसे ISA (PCI) पर एक नया MB या Centronics कैसे खरीदना है। मैं (सामान्य रूप से इस शब्द से) नहीं चाहता कि मेरे बॉक्स को बिना सोचे समझे निकाला गया। इसके लिए क्या करने की जरूरत है? सही, आवश्यक उपयोगकर्ता व्यवहार बनाएँ।

मुझे सर्किट्री और ट्रेसिंग के कौशल को हिलाना था, और बॉक्स के अगले संस्करण में आरजीबी एलईडी और फ्रंट पैनल पर एक बटन मिला, साथ ही अंदर एक बुरा समय के साथ एक पीजो सिग्नल भी था। एक साधारण कार्यक्रम निर्धारित करता है कि चरम शटडाउन सही ढंग से पारित हुआ या नहीं। यदि यह गलत था और उपयोगकर्ता की कदाचार उसकी फ्लैश मेमोरी पर सबसे पहले थी, तो नियंत्रण क्रिया का पालन किया गया: संकेतक पीले और हरे रंग को प्रसन्न करने के बजाय, बॉक्स को काटने वाली आंख लाल के साथ झपकी गई और कुछ मिनट पहले शांत हो गई और शांत हो गई और लोड करना शुरू कर दिया। पांच मिनट तक रिलेशेस दंडनीय था, एक और भी अधिक हिलेर और मैनुअल में एक पंक्ति जिसे बार-बार गलत शटडाउन के कारण ब्लॉक किया गया बॉक्स वारंटी से हटा दिया जाता है, यहां।

तुम्हें पता है, विधि आश्चर्यजनक रूप से प्रभावी हुई। लेकिन यहाँ प्रिय ग्राहक ने एक इच्छा सामने रखी कि डिसकनेक्ट करने से पहले बॉक्स को सर्वर को सूचित करना होगा कि यह दृश्य से समय ले रहा था। अब कुछ, लेकिन ऊर्जा के स्रोत की आवश्यकता थी। अगली रचनात्मक ट्रान्स से मस्तिष्क इस विचार के साथ लौटा: एक लिथियम-पॉलिमर बैटरी हमारी सब कुछ है! आम सोच ने इस विचार में बहुत संदेह पैदा किया: मैं वास्तव में हर बार बैटरी को चालू करने के लिए चार्ज नहीं करना चाहता था, क्योंकि चार्ज-डिस्चार्ज की संख्या एक भस्म संसाधन है, साथ ही साथ निर्दोष ग्राहकों के बैटरी निर्माताओं द्वारा निंदात्मक धारणा का विषय है। हर बार जब आप इसे चालू करते हैं, तो चार्ज न करें, लेकिन जैसा कि यह निर्वहन करता है? तो पूरे बगीचे को बाड़ने के लिए आवश्यक है, बैटरी को कैलिब्रेट करें, उस पर वोल्टेज को अच्छी सटीकता के साथ मापें। सामान्य तौर पर, यह और वह, और फिर सैमसंग गैलेक्सी अपनी आग लगाने वाली बैटरी के साथ दृश्य पर आया था। जिस स्थान पर बॉक्स को खड़ा होना चाहिए था, वहां आग लगने की कल्पना करते हुए, मुझे स्वेच्छा से कृपाण लहराने और दूसरे विचार के दर्दनाक विचार को रोकना पड़ा।

तीसरी बार एक ट्रान्स में जाने से, एक रचनात्मक प्रतिभा को प्रकाश आयनों के लिए लाया गया। और क्या, यह बुरा नहीं है। क्षमता फारेड्स में है, चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों की संख्या सीमित नहीं है, जैसा कि यह था, वोल्ट वास्तव में पर्याप्त नहीं है - प्रति सेल 2.7 अधिकतम, और वे बहुत कैस्केड नहीं हैं। विकल्पों की कमी पर विचार करने के लिए पहले से ही कुछ भी नहीं था, और फिर से मुझे ट्रेस के साथ सर्किटरी से निपटना पड़ा।

इंटरनेट के विशाल विस्तार की खोज ने कुछ पकड़ बनाई और, विचार के एक पल के लिए, रैखिक LTC3110 microcircuit पर रोकना तय किया गया। आगे देखते हुए, मैं कहूंगा कि कुछ और विकल्पों का परीक्षण किया गया है, लेकिन विशेष रूप से सफलतापूर्वक नहीं। यदि पाठक की पसंद के विवरण में दिलचस्पी है - तो आपका पीएम में स्वागत है। उपलब्ध विकल्पों में से, LTC3110 में आयनस्टोर्स पर बैकअप पावर स्रोत बनाने के लिए आवश्यक लगभग सभी चीजें हैं:
- इसमें एक स्टेप-अप कनवर्टर है, जो डिजाइनर को आपूर्ति वोल्टेज की पसंद में विशेष रूप से सीमित नहीं करता है;
- यह कनवर्टर ऊर्जा भंडारण के लिए इंडक्शन का उपयोग करता है, जो दक्षता में काफी वृद्धि करता है और लोड के लिए एक दो एम्पीयर देना संभव बनाता है;
- 125mA - 2A की सीमा में चार्ज करने के दौरान खपत की जाने वाली वर्तमान को सीमित करना संभव है, जो विशेष रूप से यूएसबी द्वारा संचालित होने पर महत्वपूर्ण है;
- संग्रहीत शक्ति और विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए श्रृंखला से जुड़े आयनिस्टर्स के व्यक्तिगत संतुलन के लिए एक अंतर्निहित सर्किट है;
- चिप आयनों के प्रभार की डिग्री का संकेत करने वाले लीड्स से सुसज्जित है;
- और, मिठाई के लिए, एक अतिरिक्त तुलनित्र है, जिसकी सीमा उपयोगकर्ता द्वारा निर्धारित की जाती है।

विवरणों और अनुप्रयोगों के उदाहरणों के लिए, मैं उत्सुक पाठक को माइक्रोक्रिकिट पर डेटाशीट में भेजता हूं, जो आपकी मदद करने के लिए "LTC3110 pdf" मंत्र के साथ सर्वशक्तिमान Google है।

सिद्धांत रूप में, एक व्यावहारिक माइक्रो-यूपीएस के निर्माण के लिए, LTC3110 को एक सर्किट को जोड़ने की आवश्यकता होती है जो सामान्य मोड में बॉक्स को शक्ति प्रदान करता है, अगर एक काम करने वाले यूएसबी से कनेक्शन है। इस सम्मानजनक भूमिका के लिए IC ST1S10PHR को चुना गया था, जिसकी स्पष्ट समझ और कम कीमत को लंबे समय से जाना और परखा जाता है। मुझे एक कुंजी भी जोड़ना था जो कि आयनस्टोर्स के शुरुआती चार्ज के दौरान मुख्य उपभोक्ताओं के बिजली आपूर्ति सर्किट को तोड़ देता है। यह कुंजी आपको दो समस्याओं को हल करने की अनुमति देती है: सबसे पहले, प्रारंभिक चार्जिंग का समय कम हो जाता है (चूंकि यूएसबी द्वारा खपत लगभग सब कुछ आयनिस्टर्स को जाता है), और दूसरी बात, यह ब्लैकआउट की अप्रिय संभावना को समाप्त करता है जब यूपीएस इतना कम हो जाता है कि ऊर्जा आपूर्ति अभी भी सही एक के लिए पर्याप्त नहीं है बंद। इसके अलावा, पूरी तरह से चार्ज किए गए आयनस्टोर्स से "उच्च शुरुआत" सर्किट को कभी-कभी (लेकिन बहुत बार नहीं) खपत करता है, यूएसबी पोर्ट की तुलना में अधिक वर्तमान खपत कर सकता है - घाटे को आयनिस्टर्स से फिर से मंगाया जाएगा। उदाहरण के लिए, ऐसी स्थिति उत्पन्न हो सकती है, जब एक संकरी USB फ्लैश ड्राइव पर सूचना का एक बड़ा ब्लॉक रिकॉर्ड किया जाता है जो बॉक्स के साथ संचालित होता है।

मुझे लगता है कि परिचयात्मक भाग इस पर पूरा हो सकता है और एक विशिष्ट कार्य योजना पर आगे बढ़ सकता है।



यह है कि आयनिस्टर्स पर माइक्रो-यूपीएस सर्किट कैसा दिखता है।

यूएसबी 2.0 पोर्ट (सर्किट के ऊपरी बाएं कोने) से बिजली की आपूर्ति की जाती है। DA1 पर, अनुशंसित योजना के अनुसार, एक चरण-डाउन कनवर्टर 5V -> 3.3V को एक डेटशीट से इकट्ठा किया जाता है। इसकी एकमात्र विशेषता L2 और C7 पर उच्च आवृत्ति वाले रिंगिंग से एक अतिरिक्त फिल्टर है। यदि वांछित है, तो इन तत्वों को बाहर रखा जा सकता है। प्रतिरोधों R3 ... R5 का उपयोग परिवहन से पहले आयनिस्टर्स के आपातकालीन निर्वहन के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, या पूरे बोर्ड को एक पूरे के रूप में स्थापित करने से पहले, अन्यथा पावर स्रोत उस पर बना रहता है, और कुछ भी जलाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होता है। डिस्चार्ज रेसिस्टर्स जम्पर SA1 द्वारा जुड़े या काटे जाते हैं। VT1, C16, R17 और R18 - मुख्य उपभोक्ताओं को बिजली देने की कुंजी, यह पहले ही ऊपर उल्लेख किया गया है और नीचे कुछ शब्दों को जोड़ना होगा। बाकी सभी डेटाशीट से मानक LTC3110 हार्नेस है।

3V3SBY कंट्रोल सर्किट की स्टैंडबाय पावर है, बॉक्स में इसे Altera से CPLD EPM240T100 पर लागू किया गया है, लेकिन कुछ भी इसे माइक्रोकंट्रोलर या असतत तर्क पर निष्पादित होने से नहीं रोकता है। 3V3 यूपीएस द्वारा आरक्षित बॉक्स की मुख्य बिजली आपूर्ति है। माइक्रो-यूपीएस स्थिति की जानकारी पीडब्ल्यूआरफेल, बैटफुल और बैटलो पर स्व-व्याख्यात्मक नामों के साथ प्रदर्शित की जाती है। PWRFAIL तब सक्रिय होता है जब USB से बिजली की हानि होती है, BATFULL इंगित करता है कि चार्ज 95% (5.2V) के स्तर तक पहुँच जाता है, BATLOW 40% (2.1V) के लिए चार्ज स्तर में कमी दिखाता है। यदि वांछित है, तो यह स्तर डेटा पत्रक द्वारा निर्देशित R6 और R7 का चयन करके समायोजित किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, इस तरह की चाल बैटफुल स्तर के साथ काम नहीं करती है - यह नाखून के साथ आईसी में अंकित है।

माइक्रो यूपीएस दो संकेतों को नियंत्रित करता है: पीड्रॉन और बैटोफ। PWRON मुख्य शक्ति को चालू करता है, BATOFF पूरे यूपीएस को बंद कर देता है।

माइक्रो यूपीएस ऑपरेशन का सामान्य तर्क इस प्रकार है:

1. प्रारंभिक अवस्था में, C8 और C9 को पूरी तरह से छुट्टी दे दी जाती है, बाएं स्थान पर जम्पर SA1, 5V USB पावर की आपूर्ति नहीं की जाती है;
2. डिवाइस को USB-B 2.0 पोर्ट में प्लग किया गया है;
3. DA1 पर कनवर्टर 3V3SBY लाइन को करंट सप्लाई करना शुरू कर देता है, CPLD पर कंट्रोल सर्किट को फीड करता है, जो बदले में, PW1 सिग्नल को हटाकर VT1 कुंजी खोलता है; इसके अलावा, कंट्रोल सर्किट डीए 2 सहित बैटोफ सिग्नल को हटा देता है;
4. DA2 आयनों को चार्ज करना शुरू कर देता है; जैसा कि वे चार्ज करते हैं, बैटलो सिग्नल को निष्क्रिय किया जाता है (2.1 वी पर), फिर बैटफ्लू सक्रिय हो जाता है (आयनिस्टर्स पर 5.2 वी पर);
5. बैटफुल सिग्नल की उपस्थिति, नियंत्रण सर्किट काम करने के लिए माइक्रो यूपीएस की तत्परता का संबंध है, और VT1 को चालू करता है, मुख्य सर्किट को बिजली की आपूर्ति करता है; इसी समय, डीए 2 आयनिस्टर्स की निगरानी करना जारी रखता है, और जब चार्ज 95% से नीचे चला जाता है, तो यह चार्ज करना शुरू कर देता है; VT1 को RSENS DA2 पिन से जोड़ना यह सुनिश्चित करता है कि इस तरह के करंट को रिचार्ज करने के लिए लिया जाता है कि यह USB की सीमा से अधिक न हो, उपभोग किए गए मुख्य सर्किट को ध्यान में रखते हुए; यदि मुख्य सर्किट की खपत इस सीमा से अधिक हो जाती है, तो आयनस्टोर्स का निर्वहन अनावश्यक खर्चों की भरपाई करने लगेगा;
6. जब 5V USB डिस्कनेक्ट कर रहा है, तो PWRFAIL लाइन सक्रिय है, जिससे नियंत्रण डिवाइस को पता चलता है कि बाहरी स्रोत गायब हो गया है; नियंत्रण सर्किट सही शटडाउन स्क्रिप्ट को चलाने के लिए एआरएम प्रोसेसर को बाधित करने के लिए एक अनुरोध उत्पन्न करता है; इस समय बिजली की आपूर्ति DA2 द्वारा की जाती है;
7. शटडाउन प्रक्रिया के पूरा होने पर, एआरएम एक संकेत जारी करता है कि सब कुछ विलुप्त होने के लिए तैयार है, और नियंत्रण सर्किट डीए 2 को अक्षम करते हुए बैटोफ सेट करता है; इस अवस्था में, बॉक्स 5V USB को आपूर्ति करने से पहले स्थित है (C8 और C9 पर अवशिष्ट प्रभार को छोड़कर बिंदु 1 देखें);
8. अगर ARM बहुत झिझकते थे और BATLOW सिग्नल तक सब कुछ बंद करने में असमर्थ थे, तो सर्किट को बल द्वारा डी-एनर्जेट करना होगा।

यदि आप चाहें, तो किसी भी अन्य माइक्रो-यूपीएस नियंत्रण तर्क को व्यवस्थित करना आसान है, उदाहरण के लिए, बैट्लोव सक्षम स्तर को 60% (आर 6 और आर 7 का चयन करके) बढ़ाकर, इसे पूर्ण निर्वहन सी 8 और सी 9 से बल द्वारा डिस्कनेक्ट करने के लिए सिग्नल के रूप में उपयोग करें।

अंत में, जल्दी से सर्किट के विन्यास योग्य मापदंडों पर जाएं। R1 और R2 DA1 के आउटपुट वोल्टेज का निर्धारण करते हैं, दूसरे वोल्टेज को C1, C2, C4-C6 और L1 के प्रतिस्थापन की आवश्यकता हो सकती है। C8 और C9 की रेटिंग केवल चार्जिंग और यूपीएस के निर्वहन के समय को निर्धारित करती हैं, मैंने व्यक्तिगत रूप से 4.7 से 100 फराड्स की कोशिश की, सैद्धांतिक रूप से कोई प्रतिबंध नहीं है। R6 और R7 BATLOW के सक्रियण स्तर को निर्धारित करते हैं। आयनस्टरों के अधिकतम आवेश का वोल्टेज R8 / R9 के अनुपात पर निर्भर करता है। आर 11 5 वी यूएसबी से खपत वर्तमान को निर्धारित करता है, संकेतित प्रतिरोध पर, सर्किट 0.5 ए का सेवन करता है। R12 / R14 अनुपात 5V USB का एक ड्रॉप स्तर सेट करता है, जिसे पावर विफलता (PWRFAIL) के रूप में परिभाषित किया जाएगा। R15 / R16 डिस्चार्ज मोड में DA2 के आउटपुट वोल्टेज को निर्धारित करता है।

LTC3110 के आउटपुट सिग्नल "ओपन ड्रेन" योजना के अनुसार बनाए गए हैं ताकि एक विशिष्ट आपूर्ति वोल्टेज से बंधा न हो। मेरे सर्किट में, उनके लिए पुल-अप प्रतिरोध CPLD में शामिल हैं, किसी भी आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में उनका उपयोग करना कोई समस्या नहीं है। खैर, यदि आप K155 पर एक नियंत्रण सर्किट को इकट्ठा करने का निर्णय लेते हैं, तो आपको प्रतिरोधों का ध्यान रखना होगा।

C16 के बारे में कुछ शब्द। इस ज्ञान को प्राप्त करने में मुझे सबसे ज्यादा समय यूपीएस के प्रोटोटाइप बोर्ड पर लगा। आखिर समस्या क्या है? अंग्रेजी में ब्लैक का कहना है कि यदि आप चाहते हैं कि मुख्य सर्किट द्वारा खपत की गई धारा का योग और आयनों की चार्जिंग की मात्रा को R11 द्वारा निर्धारित सीमा से अधिक न होने की गारंटी दी जाए, तो कृपया कृपया RSENS आउटपुट से मुख्य सर्किट को पावर करें। ठीक है, मान गए। और फिर और दिलचस्प। चूंकि आपके सर्किट में कुछ भी हो सकता है, शॉर्ट सर्किट (शॉर्ट सर्किट, यह शॉर्ट सर्किट है, यह शॉर्ट है), डेटशीट कहती है, LTC3110 एक विशेष सुरक्षा सर्किट से लैस है। ठीक है, बहुत अच्छा। और अब मज़ेदार हिस्से के लिए। हम डेटाशीट को आगे पढ़ते हैं: और इसलिए कि सुरक्षा योजना गलत नहीं है, कृपया, पावर लाइन NOT MORE, कार्ल, 10 माइक्रोफ़र्ड की कुल क्षमता प्रदान करें। नासमझ ... सब कुछ के बारे में सब कुछ के लिए, और अपने आप को कुछ भी इनकार न करें। दरअसल, वेजेज से जुड़े होने पर 10uF से अधिक भार ... धोखे में न रहें, बसुरमन। मुझे VT1 पर कुंजी में थोड़ा विलंब करना पड़ा, जो C16 देता है। मैं समझता हूं कि कुछ समय के लिए VT1 प्रमुख मोड में नहीं होगा, लेकिन स्वर्ग और पृथ्वी के बीच (इस अर्थ में, VCC और GND के बीच), जो बिल्कुल भी महान नहीं है। लेकिन कम से कम यह काम करता है। ऐसा "नया हौवा" है। कुंजी मोड की शुद्धता के जोलोट्स के लिए, मैं यह जोड़ना चाहूंगा कि मैंने C16 नहीं डालने की कोशिश की, लेकिन VT1 के साथ श्रृंखला में 1.5 μH का एक इंडक्शन - सब कुछ बहुत अच्छा काम करता है।

नीचे वर्णित सर्किट के साथ एक मुद्रित सर्किट बोर्ड की एक छवि है, निश्चित रूप से, घटकों की संख्या सर्किट आरेख पर संकेतित से भिन्न होती है - यह पूरे बॉक्स के लिए क्रॉस-कटिंग है।



यदि आपके पास प्रश्न हैं - कृपया।