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  • 热度 9
    2013-5-28 23:30
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    【动手做个移动电源】 前段时间一直出差外地,也去了趟香港,感触颇深,一个整齐的地方。这么多天没更了,歉意,补充个 USB 防护相关的吧。 10   接口(以 USB 为例)防护电路介绍 原来在学校的时候,老是奇怪自己搭的电路怎么这么容易挂呢,后来入职后才开始慢慢明白,各种影响下来,单板不挂才怪。所以这里需要和大家分享的几个电路防护方面的东西。一个是信号接口防护,一个是电源防护。 Topic 1 ESD 类 这点大家都非常清楚,百度一下也非常明白了。 ESD 大致可以理解为静电防护,对于生产上主要是人体静电,对于使用工作上除了人体静电还有控制中的粉尘静电等等。 USB 接口中,电源和地还好,关键的信号线主要是连接到 CPU 端,信号线特别敏感,易受静电等打坏。对于户内设备(手机、移动电源等不长期放置于室外的产品)主要考虑的是静电,而对于户外设备(比如需要直连接户外电话线的电话、室外交换机等等)则主要考虑防空气放电、雷击串扰等。 ESD 防护主要用到两类器件,一类是 TVS 管,一类是压敏电阻。 TVS 二极管的参数我就不说了,说了也是从别的地方 Copy 过来的,大家上百度百科自己看哈!说白了,就是一个瞬间的高压过来,当超过 TVS 管的工作电压时,这个管子可以认为是对地短路了,应用中最主要的就是击穿和钳位电压,这两个电压就是保护电压,还有注意下功率等级,一般普通防护都是 100 多 W 瞬态功率就行,防雷 300 多 W 就够了,说白了这玩意只能防瞬时,一到持续的就挂了。 压敏电阻大家也上百科看下吧,都蛮简单的。当瞬时高压过来时,压敏电阻会瞬间阻值降低,反应比 TVS 稍微慢一点。接口类的防护对器件的寄生电容都有要求。比如 USB2.0 高速模式下要求信号线上的总的对地电容不超过 10pF ,一般都是用 TVS ,现在用于 3.0 防护的 TVS 寄生电容已经做到了 0.5pF 以下了。 我们做的这个移动电源,需要检测区分是否 USB 插入和非 USB 插入( USB 插入时需要做限流以免拉低了电脑的 USB 口,怕把电脑搞挂),所以需要在 USB 的信号线上加保护,实际上只是用于检测,不做通讯,所以只加压敏电阻就 OK 了。这每个器件的用法等原理图上传后一一讲解吧。 Step 2 过压保护 这个就很好理解了,给移动电源充电的时候,有时候拔插原因或者电脑的原因, 5V 上会产生过冲或者较高的电压,不计成本的做法是除了加 uF 和 nF 级别电容外,还会在最前端加上过压保护, TVS 等。 当电压超过安全门限时(比如输入电压大于 6V )过压保护芯片将启动保护,这样主要是防止超过后端芯片的门限。有专门的过压保护器件,除了过压功能外一般都将 ESD 防护等集成进去。但是这类器件相对较贵,不太实用。我这边有之前几家厂商送的样片,不太用,后期准备在单板上把 12V 的输入也做进去,这样能兼容的充电器类型就会比较多了。 Step 3 过流保护 对于现在准备做的移动电源来说,我们这个是加在输出端的,就是防止对外充电的时候抽取的电流过大。这种片子实际上就是用在电脑的那个 USB 口处来做限流的,有些电脑主板为了降成本,没做对外 USB 口的限流,当外部负载过大的时候,容易把电脑拉挂,就是这个原因。我之前一个老的台式机就是这样,带某些硬盘的时候容易电脑蓝屏,所以后来拆开机箱自己加了 1.5A 限流的上去,同时在输出端(也就是限流芯片后端)加个 2200uF 的大电容。从此连某兄弟 1 T 的硬盘跑起来都无压力了。 这类器件的基本原理也很简单,芯片内部有采样电阻(现在有些更好的器件是直接用控制开 / 关的 MOS 管的内阻来做检测源)来采样电流,电流 * 采样电阻即与基准电压比较来控制输出的开启关闭。 Step 4 温度保护 这个移动电源会加入简单的温度保护程序,来使得单板能完成最基本的保护,做电池的安全防护,同时在某些状态下减小充电电流。这里要说一下当今主流的两大温度检测技术,一种是热敏电阻采样 NTC ,一种是 PN 结采样。前者是跟着电阻对温度的敏感特性引起的阻值变化来做的,后者是根据 PN 结温与电流的一个恒定关系来做的,后续我在具体讲下各种不同的应用情况。电脑 CPU 一般用的是 PN 结方式。 我们单板上会采样热敏电阻来做温度采样,有兴趣的童鞋可以用多个同样型号的热敏电阻挂一起,打点胶凝在一起,算法上做精确的平滑采样。做个外观简单,精度巨高的电子体温计。 T_T 。
  • 热度 8
    2013-3-24 22:47
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    【动手做个移动电源】 春节后,我这个 IT 民工直到今天才在这冒泡了 ~ 春节后回来忙的不可开交,下面这些实际上是年前的存稿,写好了一点点然后原理图也画好了一点点,然后回来各种立项,新项目攻关、涉及到全球发布的乱七八糟的事情、马上还要再出差等等事情。分身乏力,自己也感觉自己老是占着一个博客专栏,就是没啥好东西共享出来深表歉意 ~~ 努力中,最近接触到很多非常好的器件,单芯片方案等等。有时候再和大家分享,今年上半年一点要整完这个。下半年转 Android 的整个手机硬件 + 软件的系统级方案 ~~ 准备好了很多年的开发之路 ~ 9   BQ2057 简介( 2 )…… 又是很久没有更新了,原理图已经画完了,但是年底因为公司的事情比较多,而且这些器件方案涉及到不能和工作有交集,所以每个器件型号都是重新选型的,包括 BQ2057 也是问 TI 要的样片,其余基本都是自己买的,兄弟们看方案的时候,每个部分都可以按照自己的实际去调整的。原理图因为年底的关系,还没处理好细节,比如反馈电阻值,电容耐压等,在整好后会上传给大家的。年底年初实在是太忙了, IT 民工尤其如此。 然后有一点要说明的,现在的这个方案实际上都是分立的,比如充电效率要达到 90% ,电流达到 2A ,就必须要选好的输入,而放电效率要达到 90% 以上,电流达到 2A ,就需要较好的 Boost DCDC 。这个是一个方案,同时因为单板的关系,现在正在兼容一个 TI 的 bq24195 的单芯片方案。以便自己熟悉业界主流移动电源的方案,后面也可以把这部分详细讲一下。 好了,回到上一节,了解了充电芯片基本的外围引脚后,就需要回到我们更关注的一个话题: Bq2057 是一个线性 LDO 类型的充电芯片,也就是像前面说的一样,效率取决于输入和输出的电压比,而能通过的电流则取决于, LDO 的那个调整管能承受的结温功率,这就是这一节要重点讲到的, MOS 和晶体管的选取规则。 Topic 1 晶体管的选用规则 对于 DCDC 来说,开关管采用晶体管或者 MOS 管都是 OK 的,关键看驱动电路的问题, BQ2057 提供了两种方法,首先看下三极管类型的设计。   R1 做为基极限流电阻,芯片通过输出反馈来调整 CC 脚的输出,使 PNP 三极管工作在可变电阻区,这个可变电阻随着后端的负载来调整阻止,也就是 LDO 比较严重的问题(和 LM1117 那种 3.3V 的 LDO 一样),如果是 5V 输入,那么就一定会有( 5-3.3 ) /5 的效率损耗在这个 LDO 上,发热发掉了。所以那些 LDO 基本都要加散热(当前要看实际的负载以及效率等因素了)。 Step 2 P-MOS 选型 总之,晶体管和 PMOS 选型都按照参考资料中介绍的值来处理就好,如下: 说白了要注意的是: 1 、 LDO 是靠发热来做转换的,所以电流越大效率越低; 2 、这么高的效率损耗就需要晶体管的结温能够承受散热; 3 、耐压需要做到 12V ,实际上要比较高才好,插入拔出总是会有影响的; 4 、 VGs 这类的控制电压门限尽量小,这样控制端才能在受控的范围内去控制它。 这个 MOS 管的选型会在后面我就原理图去详细讲解,谢谢!
  • 热度 5
    2013-1-14 00:36
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    【动手做个移动电源】 8   BQ2057 简介( 1 )——基本功能(画原理图 ing ……) 很久没有更新了,除了其他事情比较忙之外,最主要是开始画原理图才发现,之前以为的周期很快,等实践时因为工具不太熟悉(从来没用过这个画原理图,所有的东西要重头建,不像AD或者Mentro都有长期积累的东西),再加上相关的器件选型以及对应的封装建库等,发现周期还比较长,无奈跳票。无法按照之前说的年前出来东西了,非常抱歉,原理图整好后就发出来并做一个简单的介绍。这一节还是针对之前提到的那个充电方案做一个讲解…… 在中途方案描述里面有说到过,本来最早想选 BQ2416x 系列的充电芯片的,那个芯片的方案广泛应用,而且不管是技术、效率还是充电时间来说,都算是业界主流 。但是对 DIY 的业余爱好者来说,这种新器件比较难买而且价格较为昂贵 ~ 所以,在评估了这些因素之后,还是选用了现在已经非常成熟的以个 BQ2057 器件的方案。在好买的同时保证器件 / 方案的品质,当然我本身也没用过这颗料,所以,大家一起学习。 Step 1 找器件资料 首先,我们登录 TI 的官网看一下这个器件的相关描述: 说明就很清晰了, BQ2057 是到 4.1V 的充电 IC ,子型号 BQ2057C 才是对应 4.2V ,其余两个都是用于双节串联电池的。所以,我们选择 BQ2057C 的型号器件,点击进入。 Down 下 BQ2057C 的 Datasheet 打开。 Step 2 初步熟悉器件功能 在这个器件资料中,该器件有多种封装(功能一致, pin 排列不一致,可能某几个封装是为了 pin2pin 其他老产品或者竞品吧!),我们选择如下封装器件(前几天像 TI 申请到的样片里有这种封装器件) BQ2057CDGK 从器件封装图可以清楚发现该器件为 8Pin , pin name 及其功能分别如下: VCC :输入电压,有效范围 -0.3~18V ; TS :温度检测输入管脚; STAT :充电状态输出管脚,能指示 3 种充电状态——充电完成、温度异常、睡眠模式; VSS : GND ; CC :充电控制管脚,实际就是外部晶体管( PNP 三极管或者 P-MOS FET ,常用 P-MOS 管); COMP :充电速率补偿输入,设置充电速率补偿等级,电压标准输出能够程序可控去改变电池充电电流; SNS :电流采样,通过电池充电通路上的采样电阻采样电流,采样电阻可放在电池的 V+ 通路或者 V- 通路( V+ 通路和 V- 通路对应 High-Side 电流采样和 Low-Side 电流采样,两种方式电路不一致); BAT :电压采样,电池端的电压采样管脚; 参考设计如下,实际上,可以认为我们采用的是 Q1 作为 LDO 器件的压降管, 2057 这个芯片,通过检测 BAT 的电压,来调整 LDO 的输出,比如 VBAT 电压为 3.5V ,充电时实际上这个管脚 LDO 输出会直接到 3.5+x 的电压似的有充电电流从 DC+ 到 Vbat ,而这个通路上的电流时会被 RSNS 这个采样电阻体现压差,从而控制芯片就清楚当前的一个充电电流而通过调整 Q1 来调整输出电压达到稳定充电电流的目的。 如下这个 0.5A 的参考设计应该是我们重点要关注的, MOS 管的性能会优于 PNP ,当然成本也会更高一些,好了,着重针对这个电路来做一个分析 如上,芯片 +MOS 就认为是一个 LDO ,我们需要考虑的是 MOS 管的选型,怎样能让充电电流做的更大,和 CPU 的接口如何处理 ~ 这个在下一节一起学习一下吧 ~~ 就剩这块的原理图还在画了,目前就抽空把这个也说一下,倒时直接上图布线。 PS:发现邮箱中较多网友的问题,没有立即回复非常抱歉,因为平时用公司的邮箱比较多,个人邮箱没想到有这么多邮件~~后续会关注,多谢大家支持~
  • 热度 3
    2012-7-13 11:27
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      DCDC这个东东,在汽车电子上面的应用算是最为广泛的了。以HEV而言,用得最广泛的还是普锐斯上的200V升至500V的, Prius的升压器1        说到底,这种辅助结构是集成在整个系统里面的,也就是独立于电机驱动的结构,这个部件是没有意义的。虽然这个量是最广的,但是它是无意义的。      网上收集到一张思域的DC-DC照片,按照目前的材料来看,这个是充12V低压电池,替代发电机来使用的,但是看上去,此部件功率较小。   量现在在慢慢变大的,是这个部件   关于Fuel Cell的DC-DC,随着此项技术的暂时搁置,后面再议。 至于中混和弱混中较为常用的12V稳定装置,这个部件   谈起国内的应用,以E6而言比较合适,          这个DC-DC是需要两路输出的,42V和12V系统。事实上,这并不是一个单纯的DC-DC,工程师们在布置的时候,把空调的输出也集成在里面了。整 个输入也支持两种,电池输入和车载充电器输入。这样设计的好处就是,在充电停止的时候,空调和12V电池补电的电能可以从交流电源处取。 最后,看到这个交大的方案 数字化DC/DC电源设计方案 ,我是想说,其实部件功能上都能用,只是         从长期来看,无论是单纯的高压至低压的系统,还是和其他不同的部件集成在一起的方案,都得开始进入ISO26262的领域。从我个人的观点来看,国内大部分NEV的部件现在只能完成功能,尚不具备可以保证Warrenty和安全性的程度。  
  • 热度 1
    2012-5-30 14:58
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      产品特点 ● 体积小 ● 效率高达80% ● 小型SIP/DIP封装 ● 功率密度高 ● 温度特性好 ● 隔离电压1KVDC ● 工作温度范围: -40℃~+85℃ ● 无需外加元件 ● 国际标准引脚 ● 符合ROHS指令 应用范围   无线网络、电信/数据通信、电力系统、工业控制系统、测量仪器仪表、智能化领域、汽车领域等电源系统  
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