पिछले 9 महीनों में, हम विरेन बोर्ड विकसित कर रहे हैं - एक कॉम्पैक्ट औद्योगिक कंप्यूटर जिसमें कई अंतर्निर्मित इंटरफेस (वाई-फाई, जीपीआरएस, जीपीएस, एनएफसी, ईथरनेट, आदि) हैं। हमने पहले ही इसके बारे में लिखा था , और समीक्षाओं और सुझावों का एक गुच्छा प्राप्त किया था। नतीजतन, नए संस्करण में बहुत सारे बदलाव किए गए थे, और यह लेख उनमें से सबसे महत्वपूर्ण है।

अप्रैल प्रोटोटाइप की तुलना में, बोर्ड पर 8 USBIO के साथ 2 USB- होस्ट, RS-485 इंटरफ़ेस और एक कनेक्टर दिखाई दिया। इसके अलावा, हमने 5 से 22 वोल्ट, पैसिव पीओई और ली-पोल बैटरी को जोड़ने के लिए इनपुट वोल्टेज का समर्थन करने वाला एक नया पावर सर्किट बनाया, जिसमें लो-वोल्टेज लोड नियंत्रण और टर्मिनल ब्लॉकों पर एनालॉग इनपुट जोड़े गए।



हमने यह कैसे किया, हमें किन कठिनाइयों का सामना करना पड़ा और अंत में क्या हुआ, हमारे लेख को पढ़ें।

बोर्ड में क्या और कहाँ?

हटाए गए प्रोसेसर मॉड्यूल के साथ विरेन बोर्ड:



अंदर, आमतौर पर प्रोसेसर मॉड्यूल द्वारा कवर:

एनालॉग इनपुट और आउटपुट

विरेन बोर्ड के नए संस्करण में, हमने एनालॉग सिग्नल और सेंसर (डिजिटल, प्रतिरोधक, शुष्क संपर्क सेंसर), साथ ही कम-वोल्टेज लोड नियंत्रण को जोड़ने की क्षमता को जोड़ा।

SoC का उपयोग हम दो 12-बिट सामान्य ADC चैनल करते हैं। उपलब्ध ADC चैनलों की संख्या बढ़ाने के लिए, हम SN74HC4851 मल्टीप्लेक्सर का उपयोग करते हैं, जो ADC प्रोसेसर के इनपुट में 8 चैनलों में से एक को जोड़ता है।

एक एडीसी चैनल का उपयोग आपूर्ति वोल्टेज को मापने के लिए किया जाता है, सात टर्मिनल ब्लॉकों के प्रतिरोधों के माध्यम से आउटपुट होते हैं। आउटपुट को उच्च वोल्टेज से बचाने के लिए, प्रतिरोधक पर्याप्त हैं, क्योंकि मल्टीप्लेक्स में अंतर्निहित सुरक्षात्मक डायोड हैं। हमारे SoC के ADC चैनल के पास एक प्रोग्रामेबल करंट सोर्स है। प्रतिरोधों के मूल्यों को चुना गया था ताकि जब वर्तमान स्रोत चालू हो जाए, तो प्रतिरोधक सेंसर के प्रतिरोध को मापना संभव है।

कम-वोल्टेज लोड (मोटर्स, एलईडी स्ट्रिप्स, ताले, आदि) को नियंत्रित करने के लिए, "ओपन कलेक्टर आउटपुट" का उपयोग करना सुविधाजनक है (देखें। अंजीर।)

अंतरिक्ष को बचाने के लिए, एनालॉग इनपुट को कम वोल्टेज लोड नियंत्रण चैनलों के साथ जोड़ा गया था। इस समाधान का नुकसान 3.3 V से ऊपर वोल्टेज पर बंद आउटपुट के माध्यम से बहने वाली छोटी धारा है।

पावर एडवेंचर्स

बोर्ड के लिए एक शक्ति योजना के साथ काम करना था। बिजली योजना की आवश्यकताएं इस प्रकार हैं:

1. 3.3V और 5V बसों पर आउटपुट करंट USB, UEXT मॉड्यूल और बहुत कुछ जोड़ने के लिए कम से कम 500mA है।
2. जीएसएम मॉडम को पावर देने के लिए, 3.5V से 4.6V तक वोल्टेज प्रदान करना आवश्यक है, 2A तक पल्स करंट और 300mV से अधिक का वोल्टेज ड्रॉप नहीं।
3. ली-आयन बैटरी से काम करने की क्षमता, बैटरी चार्ज करना। बैटरी ओवरचार्ज सुरक्षा।
4. विस्तारित इनपुट वोल्टेज रेंज, कम से कम 5-15 वी।

अन्य शर्तें:

1. पैरों के बिना मामलों में चिप्स का उपयोग न करें - क्यूएफएन, डीएफएन और जैसे - रूस में उन्हें बढ़ते बहुत महंगा है
2. कम लागत
3. न्यूनतम आयाम

समाधान:

चूंकि यह बैटरी से सर्किट को बिजली देने वाला है, कोई 5V लाइन के लिए डीसी-डीसी कनवर्टर को बढ़ावा दिए बिना नहीं कर सकता है। एक सस्ती NCP1450 चिप को चुना गया था (जैसा कि बाद में पता चला, सबसे अच्छा विकल्प नहीं)। यह बाहरी ट्रांजिस्टर के साथ एक स्टेप-अप डीसी-डीसी कनवर्टर है।
ली-पोल बैटरी पर वोल्टेज 2.7..4.2V है, लेकिन निर्वहन वक्र पर "पठार" 3.7V के क्षेत्र में है। इसलिए, 3.3V प्राप्त करने के लिए, एलडीओ का उपयोग करना काफी संभव है।
हमने रैखिक नियामक MCP1826 को चुना, यह 1A तक का वर्तमान प्रदान करता है। वोल्टेज और करंट के लिए जीएसएम मॉडम की आवश्यकताओं को देखते हुए इसे सीधे बैटरी से जोड़ा जाना चाहिए। और अधिक कैपेसिटर जोड़ना बेहतर है। तो, जबकि एक सर्किट विकसित हो रहा है जिसमें सब कुछ बैटरी से जुड़ा हुआ है।
और फिर यह इतना स्पष्ट नहीं है।
बैटरी को चार्ज करने के लिए एक विशेष चिप की आवश्यकता होती है जो इसे ठीक से चार्ज करेगी। साधारण डीसी-डीसी के साथ चार्ज करना असंभव है, क्योंकि उच्च सटीकता के साथ एक निरंतर वोल्टेज (4.2 वी) बनाए रखना और चार्जिंग चालू (सीसी / सीवी मोड) को सीमित करना आवश्यक है। लेकिन एक बैटरी के बिना काम करने की संभावना के लिए, आप एक स्टेप-डाउन डीसी-डीसी कनवर्टर के बिना नहीं कर सकते हैं!
इस विरोधाभास को हल करने के लिए, पावर मैनेजमेंट सिस्टम का उपयोग किया जाता है।

हमारे मामले में, यह कुछ इस तरह दिखेगा:





लेकिन यह विकल्प हमें लागत और पदचिह्न के मामले में पसंद नहीं आया।

हमने अपने कानों के साथ एक फिंट बनाने का फैसला किया और दूसरे रास्ते पर चले गए।



LTC4002 एक पीडब्लूएम कंट्रोलर के साथ एक सरल और सस्ती ली-आयन बैटरी चार्जर है जो स्टेप-डाउन डीसी-डीसी कनवर्टर के रूप में काम करता है। चार्जर निरंतर चालू / निरंतर वोल्टेज मोड में काम करता है: यह बैटरी वोल्टेज 4.2V तक पहुंचने तक एक निरंतर चार्जिंग चालू रखता है। उसके बाद, यह बड़ी सटीकता के साथ बैटरी पर 4.2 वी का एक निरंतर वोल्टेज बनाए रखता है।

Microcircuit, SENSE इनपुट का उपयोग करके बाहरी R_sense रोकनेवाला में वोल्टेज ड्रॉप को मापकर चार्जिंग करंट को निर्धारित करता है। उसके बाद, चार्जिंग चालू I_c = 100mV / Rsense के बराबर सेट होता है।

1500-2000 mAh की छोटी बैटरी के लिए, चार्जिंग करेंट 500-700 mA से अधिक नहीं होना चाहिए, और पावर सर्किट को GSM मॉड्यूल के लिए पल्स मोड में 2 A तक प्रदान करना चाहिए। एक ही समय में इन दो शर्तों को पूरा करने के लिए, आपको LTC4002 को "ट्रिक" करना होगा।

दो रुपये के प्रतिरोधों का उपयोग करते हुए, हम यह हासिल करते हैं कि बैटरी का चार्जिंग चार्ज 100mV / (R1 + R2) से अधिक नहीं है, और लोड करने के लिए वर्तमान 100mV / R1 तक है।

हम जांच करते हैं: हम बिजली के सर्किट के साथ स्कार्फ को जहर देते हैं, इकट्ठा करते हैं, सब कुछ ठीक काम करता है। वोल्टेज बाहर देता है जैसा कि यह चाहिए, बैटरी चार्ज कर रही है।

चमत्कार १

हम रेज़ोनिट में एक बोर्ड का आदेश देते हैं, पूरे सर्किट को इकट्ठा करते हैं, इसे चालू करते हैं - यह काम नहीं करता है।
हम आस्टसीलस्कप को देखते हैं - यह पता चला है कि एनसीपी 1450 (5 वी बूस्टर कनवर्टर) सही वोल्टेज का उत्पादन करता है, लेकिन वर्तमान नहीं :) बिना लोड के, आउटपुट 5 वोल्ट है, जैसा कि अपेक्षित था। लेकिन 10 एमए का एक छोटा भार - और वोल्टेज इनपुट तक गिर जाता है।

आपूर्ति लाइन में NCP1450 पैर के करीब एक सिरेमिक संधारित्र की आवश्यकता होती है क्योंकि इसे डेटाशीट में सलाह दी गई थी :) पैरों से 1 सेमी - और यह अब काम नहीं करता है। आपको कम से कम 330 μF होने के लिए आउटपुट कैपेसिटर की भी आवश्यकता होती है। सक्षम चिप, अगले संस्करण में हम बदलेंगे।

ठीक है, अधिक कैपेसिटर मिलाया - यह काम करता है।

चमत्कार २

हम ओलिनक्सिंका पर डालते हैं (हमारा प्रोसेसर बोर्ड ओलीनुएक्सिनो-माइक्रो है), इसे चालू करें - यह काम नहीं करता है। इसे बंद करें, इसे वापस चालू करें - यह काम करता है।
यह ~ 50% की संभावना के साथ अनियमित रूप से चालू होता है। जादू है।

कारण:

LTC4002 चार्जर में एक ट्रिकी अर्ध-मृत बैटरी चार्जिंग मोड है, जिसमें यह नाममात्र (ट्रिकल चार्जिंग मोड) के 10% के साथ बैटरी को चार्ज करने की कोशिश करता है।
मोड चालू होता है जब बैटरी पर वोल्टेज 2.9V से कम होता है, और 5V द्वारा बढ़ावा कनवर्टर 2.2V से काम करना शुरू कर देता है।

और यहां वह है जो तेज है: यदि LTC4002 आउटपुट कैपेसिटर को चार्ज करने का प्रबंधन करता है, तो 2.9V तेजी से कनवर्टर काम करना शुरू कर देता है, तो बिजली चालू हो जाएगी और सामान्य रूप से काम करना जारी रखेगा। यदि इसके पास समय नहीं है, तो NCP1450 वर्तमान का उपभोग करना शुरू कर देता है, वोल्टेज 2.9V तक नहीं पहुंचता है, और LTC4002 हमारे सिस्टम को एक मृत बैटरी मानता है, वर्तमान में वृद्धि के बिना।

मन में लाना

हमें एक सर्किट को इकट्ठा करना होगा जो लोड को डिस्कनेक्ट कर देगा जब तक वोल्टेज LTV4002 के ट्रिकल-चार्ज मोड के माध्यम से "पर्ची के माध्यम से" 3V तक बढ़ जाता है।

ठीक है, हम एक अल्ट्रा-लो वोल्टेज ड्रॉप और एक तीन-पिन जेनर डायोड (उर्फ प्रोग्रामेबल वोल्टेज संदर्भ, उर्फ ​​शंट रेगुलेटर) के साथ एक द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर को इसके आधार पर डालते हैं।
रेसिस्टर R3 बेस करंट को सेट करता है, डिवाइडर R4-R5 स्विच करने के लिए थ्रेशोल्ड वोल्टेज सेट करता है, और R6 के माध्यम से पॉजिटिव फीडबैक एक छोटे हिस्टैरिसीस को ऑफ-3.1-2.9V बनाता है। रेसिस्टर R7 न्यूनतम कैथोड करंट प्रदान करता है।
उसी समय, यह समाधान बैटरी को ओवरडिसचार्ज से बचाएगा और आपको पावर बटन बनाने की अनुमति देगा। एक बैसाखी के साथ, हम तीन समस्याओं को हल करते हैं!

चमत्कार ३

हम पावर सर्किट के साथ बोर्ड का परीक्षण जारी रखते हैं।
इनपुट वोल्टेज 5V - सब कुछ काम करता है! 12 वोल्ट - NFC ने काम करना बंद कर दिया, कार्ड नहीं पढ़ सकता: (
कारण:
पावर सर्किट गंभीर हस्तक्षेप बनाता है जो एनएफसी ऑपरेशन में हस्तक्षेप करता है।

हो सकता है कि यह अनहेल्दी कॉइल्स के बारे में हो?

ठीक है, कॉइल को एक तरफ कर दें ताकि उनकी क्षेत्र रेखाएं एनएफसी एंटीना के लंबवत हो जाएं।
हम जांच करते हैं। 12 वोल्ट - काम करता है, 22V (हम PoE के माध्यम से बिजली की आपूर्ति करते हैं) - काम नहीं करता है। तो आपको ढाल वाले कॉइल लगाने होंगे, हालांकि वे दो बार बड़े होते हैं।
ठीक है, चलो पावर कैपेसिटर में फ़िल्टर कैपेसिटर को सही स्थानों पर जोड़ते हैं।
और अब एनएफसी पूरे इनपुट वोल्टेज रेंज में काम करता है।

चमत्कार ४

हम 0.5 ए के 3.3V और 5V लाइनों पर लोड के तहत ऑपरेशन की जांच करते हैं। एक अवरक्त थर्मामीटर का उपयोग करते हुए, हम तत्वों के तापमान को नियंत्रित करते हैं, बोर्ड थोड़ा गर्म होता है, लेकिन सब कुछ उचित सीमा के भीतर है।
लेकिन 22V में, Schottky डायोड दस सेकंड में जलता है।
डायोड PMEG3010 - 30 वी 1 ए पर। स्टेप डाउन कनवर्टर सर्किट में, वोल्टेज जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक प्रवाह एक ही आउटपुट पावर पर डायोड के माध्यम से प्रवाहित होता है।

ठीक है, अधिक शक्तिशाली एक डायोड डाल दिया।

डेटशीट पढ़ने के फायदों के बारे में

हम परिरक्षित कॉइल के लिए बोर्ड को फिर से जोड़ते हैं, फ़िल्टरिंग कैपेसिटर जोड़ते हैं, और यथासंभव स्पंदित धाराओं के साथ पटरियों को छोटा करते हैं। हम जले हुए स्कूटी डायोड को 2 एम्पीयर में बदलते हैं, इसे बाहर की ओर स्थानांतरित करते हैं और बेहतर शीतलन के लिए इसके लिए बहुभुज बनाते हैं।
हम बोर्ड का परीक्षण करते हैं - डायोड एक ही 10 सेकंड में जलता है: (इन डायोड के लिए डेटशीट को ध्यान से पढ़ने का समय है।

रेखांकन को ध्यान से देखने पर, हम देखते हैं कि शोट्‌की डायोड के माध्यम से रिवर्स करंट तेजी से तापमान और एप्लाइड वोल्टेज दोनों पर निर्भर करता है। और 30V डायोड के लिए 22V के वोल्टेज पर, रिवर्स करंट इतना छोटा नहीं होता है। ब्रेकडाउन मैकेनिज्म लगभग निम्नलिखित है: जबकि डायोड ठंडा है, रिवर्स करंट बहुत छोटा है, और डायोड को केवल डायरेक्ट करंट में ही गर्म किया जाता है। डायोड थोड़ा गर्म हुआ - रिवर्स वर्तमान बढ़ता है और हीटिंग को बढ़ाता है। तापमान बढ़ता है - वर्तमान और भी अधिक है।

और अब - तापमान और अंत में एक हिमस्खलन जैसी वृद्धि।
व्यवहार में, यह इस तरह दिखता है - चालू करें, डायोड ठंडा, गर्म, यहां तक ​​कि गर्म है, बाहर जला दिया गया है।
सामान्य तौर पर, आपको डेटाशीट को बहुत सावधानी से पढ़ना होगा और विश्वास नहीं करना चाहिए कि वे पहले पृष्ठ पर क्या लिखते हैं।

गीतात्मक विषयांतर

इस बिंदु पर, मैं NXP मार्केटिंग इंजीनियरों को उग्र बधाई देना चाहता हूं जो वास्तव में इन डेटशीट को लिखते हैं। यहाँ एक Schottky डायोड PMEG4050 का उदाहरण दिया गया है। घोषित विनिर्देशों: 40V रिवर्स वोल्टेज, 5 ए अधिकतम वर्तमान। यह अच्छा लग रहा है!
हालांकि, यदि आप पढ़ते हैं कि वास्तव में छोटे प्रिंट में क्या लिखा गया है, तो यह पता चला है कि 5 ए को 0 (sic!) के वायु तापमान पर एक सिरेमिक मुद्रित सर्किट बोर्ड में टांके गए डायोड के लिए मापा जाता है। तो सवाल यह है कि विशेषताओं में ईमानदार 3 एम्पीयर लिखना क्यों नहीं था? पहेली।

नतीजतन, हम 40V के वोल्टेज के साथ एक डायोड डालते हैं, सर्किट stably और बिना ओवरहीटिंग के काम करता है। हमें एक व्यावहारिक बिजली योजना मिली, जिसका उपयोग उपकरणों की पहली श्रृंखला में किया जाता है।

योजनाओं

इस तथ्य के बावजूद कि अंत में हमें पूरी रेंज में एक सस्ती और स्थिर बिजली आपूर्ति योजना मिली, हमारे पास पहले से ही इस बारे में कुछ विचार थे कि इसे कैसे सुधारें। सबसे पहले, आप 3.3 स्टेप डाउन डीसी-डीसी कनवर्टर के साथ रैखिक स्टेबलाइजर को बदल सकते हैं। इसके अलावा, आप 5V लाइन के लिए बूस्ट कन्वर्टर को कम मांग और उच्च आवृत्ति चिप में बदल सकते हैं। इस तरह के रूपांतरण से दक्षता बढ़ जाएगी और दूसरे मॉड्यूल के लिए बोर्ड पर जगह खाली हो जाएगी।

निष्कर्ष

विरेन बोर्ड और विकि विथ डॉक्यूमेंटेशन का विस्तृत विवरण यहाँ है ।

55 वीरेन बोर्ड के पहले छोटे बैच को हमने रूस में इकट्ठा किया और उन्हें डेवलपर्स और उपयोगकर्ताओं के बीच वितरित किया। आपकी प्रतिक्रिया की प्रतीक्षा है!

UPD: पहले बैच के उपकरण अभी भी बने हुए हैं, आप उन्हें हमारी वेबसाइट पर खरीद सकते हैं

- विरेन बोर्ड टीम