ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct 29/9 30/9 # Rohde supersquare
6/2-15/5 # Period: start idag om möjligt 6/2—15/5 egen prenannons, över- och  underdeldel

ETNtv

Watch ECF videos

 
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Ziphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
Mar Apr May Jun # Farnell sajt skyskrapa
Mar 1-9/4 # Ansys sajt
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

TECHNICAL ARTICLES

Analogiatekniikoilla enemmän irti akusta

Tietoja
Kirjoittanut Kevin Tretter, Microchip Technologies
Julkaistu: 05.02.2015
  • Suunnittelu & ohjelmointi

Kannettavan laitteen akusta saa eniten irti, kun tuntee akkutekniikat, digitaalisen tehonhallinnan periaatteet sekä matalan tehonkulutuksen mahdollistavat analogiatekniikat.

Artikkelin kirjoittaja Kevin Tretter vastaa Mircochip Technologyllä tuotteiden markkinoinnista. Hän on tehnyt koko vuonna 2004 alkaneen uransa Microchipin palveluksessa. Kevinillä on elektroniikkasuunnittelijan tutkinto Rose-Hulman Institute of Technologystä sekä liiketalouden ja markkinoinnin tutkinto St. Edward´s Universitystä.

Maksimikäyttöiän saaminen akusta edellyttää kolmen avaintekijän ymmärtämistä: akkuteknologiat, digitaalinen tehonhallinta selä matalan tehonkulutuksen analogiatekniikat. Useat suunnittelijat tuntevat erilaisten akkujen kemioiden vahvuudet ja heikkoudet sekä digitaalisen tehonhallinnan perusteet, he eivät ehkä niin hyvin tunne pienitehoisen analogiatekniikan roolia akun käyttöiän pidentämisessä.

Kannettavien laitteisen suunnittelijoiden yksi avainpäätöksiä on akkutekniikan valinta. Neljä yleisintä tekniikka ovat alkali-, nikkelikadmiun- (niCd), nikkelimetallihydridi- (NiMH) ja litiumionialut (Li-Ion). Niillä kaikilla on etunsa ja puutteensa.

Tyypillisesti täyteen ladattu alkaliparisto tuottaa noin 1,5 voltin jännitteen. Tämä jännite pienenee kun aun energiaa käytetään niin, että noin 90 prosentin käytön jälkeen jännite on pudonnut noin 0,9 volttiin. Suhteellisen suuren kapasiteetin ja korkean sisäisen resistanssin takia alkaliparistot ovat varsin tehottomia paljon virtaa syöville sovelluksille, kuten kauko-ohjattaville autoille, kameran salamalle ja sähkötyökaluille.

Näihin sovelluksiin NiCd-akut ovat kestävä ja edullinen vaihtoehto. Niiden 1,2 voltin nimellisjännite putoaa noin 0,9 volttiin akun käyttöiän lähestyessä loppuaan. NiCd-akkujen puutteena on suhteellisen alhainen energiatiheys ja se, että ne sisältävät myrkyllisiä metalleja. Lisäksi niissä tarvitaan säännöllistä varauksen täydellistä purkua, jotta kennon pintoihin ei muodostu suuria kiteitä, jotka vaikuttavan sekä akun elinikään että sen suorituskykyyn.

Sen sijaan NiMH-alut ovat ympäristöystävällisiä ja niiden energiatiheys on noin 40 prosenttia NiCd-akkuja suurempi. Nimellisjännite on noin 1,25 volttia ja se putoaa alle yhteen volttiin akun eliniän lähestyessä loppuaan. NiMH-akkujen huonona puolena on itsepurkautumisen suuri aste ja NiCd-akkuihin verrattuna heikko kestävyys raskaiden kuormien ja äärimmäisten lämpötilojen puristuksessa.

Isolle osalle kulutuselektroniikkaa litiumioniakut ovat hallitseva ratkaisu. Täysin ladatun litiumionikennon jännite on noin 3,6 volttia ja se pienenee noin 2,7 volttiin varauksen loputtua kokonaan. Li-Ion-akkujen etuja ovat keveys, korkeammat kennojännitteet ja - polymeeriversiona - kyky muotoilla akkua. Muihin etuihin kuuluu energiatiheyden jatkuva kasvu - tällä hetkellä noin kaksinkertainen standardiin nikkelikadmumakkuun verrattuna - ja kustannusten aleneminen. Suurin haitta on räjähdysriski ylilatautumisen yhteydessä. Tämä tarkoittaa, että jotkut valmistajat päätyvät nikkelimetallihydridiakkuihin erityisesti sovelluksissa, joissa koko ja paino eivät ole niin keskeisiä ominaisuuksia.

DC/DC-muuntimet

DC/DC-muuntimien arkkitehtuurien ymmärtäminen on keskeistä, kun halutaan optimoida suunnittelun suorituskyky. Tyypillisesti valinta tehdä lineaariregulaattorien, hakkuriregulaattorien ja varauspumppujen välillä.

Vaikka lineaariregulaattoreita on useanlaisia, yleisin akkukäyttöisissä laitteissa käytetty on LDO-regulaattori (low dropout regulator). Näissä käytetään PNP-transistoria halutun lähtöjännitteen säätämiseen.

Sen sijaan hakkuriregulaattori käyttää diodia, induktoria ja kytkintä siirtämään energiaa tulosta ja tuottamaan halutun lähdön, joka on konfiguroitu joko buck-, boost- tai buck/boost-topologiana. Buck-regulaattori tuottaa reguloidun lähtöjännitteen, joka on alhaisempi kyuin tulojännite. Periaate vastaa LDO-regulaattori. Boost-kytkentäregulaattori tuottaa tuloa korkeamman lähtöjännitteen, kun taas buck/boost-regulaattori tuottaa reguloidun lähdön eri tulojännitteillä, jotka ovat korkeampia tai matalampia kuin lähtöjännite.

Kolmas regulaattorityyppi eli varauspumppu (charge pump) hyödyntää kondensaattoria energian tallennukseen. Kondensaattori liitetään tulojännitteeseen kytkimillä. Piiritopologiasta riippuu, voiko varauspumppu kaksinkertaistaa, kompinkertaistaa, kääntää ja jopa luoda sattumanvaraisesti lähtöjännitteen. Lataus- ja purkukondensaattorien käyttö energiansiirtoon tarkoittaa, että varauspumppu tuottaa suhteellisen alhaisia lähtövirtoja, yleensä muutaman sadan milliampeerin tasoisia.

Taulukko 1 kuvaa eri DC/DC-muunnintopologioiden etuja ja haittoja. Parhaan tekniikan valinta riippuu jokaisen sovelluksen parametreistä. Sovelluksissa joissa pitkä akkukesto on ensisijainen vaatinus, tehokas hakkuritehonlähde voi olla paras valinta. Jos sovelluksessa on paljon sähköistä kohinaa, paras ratkaisu olisi tyypillisesti lineaariregulaattori. Jokaisessa sovelluksessa täytyy kuitenkin keskittyä tehonhallinnan piiristöön, jotta järjestelmän suorituskykytavoitteet saavutetaan.

Taulukko 1. DC/DC-topologian valinnan vaihtoehdot.

DC-DC-muunnos tarjoaa joukon tekniikoita, joilla akun toiminta-aikaa voidaan pidentää. Allaolevassa kuvassa näkyy esimerkiksi input- ja output-kondensaattorin sijoittelu suhteessa DC/DC-muuntimeen. Tässä konfiguraatiossa kytkinregulaattori, jota käytetään tulokytkimen avaamiseen ja sulkemiseen voi johtaa virtapiikkiin input-liitännässä, joka voidaan minimoida käyttämällä suurta input-kondensaattoria varauspuskurina. Tämä voi vaikuttaa akun toiminta-aikaan, koska akun kemiasta riippuen sisäinen resistanssi voi kasvaa, mikä voi aiheuttaa tuntuvan jännitepudotuksen koko kennostossa. Akun ja kytkimen väliin sijoitettu suurempi kondensaattori pienentää virtoja ja niistä seuraavaa jännitepudotusta koko akussa. Minimoimalla nämä jännitteenlaskut voidaan akun toiminta-aikaa pidentää ennen kuin kennon jännite tippuu minimiin.

Kuva 2: Input- ja output-kondensaattorien sijoittelu kytkinregulaattorissa.

Pienitehoisissa sovelluksissa, joissa laite on pitkiä aikoja valmius- tai sleep-tilassa, ei ehkä ole tarpeen pitää regulaattoria päällä koko aikaa. Tällöin voi olla paljon energiatehokkaampaa käyttää suurta output-kondensaattoria syöttämään kuorman vaatimaa alhaista virtaa. Regulaattorin kytkeminen päälle ja pois vahvistaa kondensaattorin varausta, kun sitä tarvitaan.

Digitaalinen tehonhallinta

Dynaaminen jännitteensäätö tai -skaalaaminen on sekin yleinen akun toiminta-aikaa maksimoiva tekniikka. Kun operoidaan alhaisella jännitteellä digitaalinen kuorma, kuten esimerkiksi mikro-ohjain, vaatii pienemmän virran ja kuluttaa siksi vähemmän tehoa. Haittapuolena on kuitenkin se, että mikro-ohjaimen ajaminen alhaisella jännitteellä voi rajoittaa sen toimintanopeutta ja suorituskykyä. Dynaamisen jännitteensäädön avulla mikro-ohjain voi yhdistää alhaisen jännitteen ja tehonkulutuken valmius- tai sleep-tilassa, ja kiihdyttää korkeampaan jännitteeseen prosessoidessaan ja siirtäessään informaatiota. Tätä tekniikkaa käytetään tietojenkäsitelyssä laajalti ja monissa muissakin akkukäyttöisissä laitteissa, joissa mikro-ohjain toimii erilaisissa moodeissa.

Toiminta-ajan ja valmius- tai sleep-tilan suhde eri sovelluksissa vaikuttaa tietysti myös akun toiminta-aikaan. Jotkut sovellukset, kuten vaikkapa hiilidioksiditunnistimet, joutuvat toimimaan kaiken aikaa, toiset voivat pysytellä valmius- tai sleep-tilassa pitkään ennen kuin niitä tarvitaan. Esimerkkejä ajoittain toimivista sovelluksista ovat älykkäät vesimittarit, kauksäätimet ja savuvaroittimet.

Analoginen tehonhallinta

Verkossa on valtavat määrät tietoa siitä, miten suunnittelijat voivat ymmärtää ja hallita digitaalista tehoa käyttämällä mikro-ohjainten tarjoamia erilaisia toimintamoodeja ja myös kytkemällä eri oheislaitteita päälle ja pois tarpeen mukaan. Mikro-ohjaimen ajaminen jatkuvasti aktiivitilassa tai sen nukuttaminen ja taas herättäminen toimintaan, on myös hyvin dokumentoitu tekniikka.

Kun halutaan hallita analogiakomponentein tehobudjettia, vaihtoehdot eivät ehkä ole yhtä selvät.

Vaikka on edelleen tärkeää käyttää analogiakomponentteja alhaisimmalla aktiivivirralla järjestelmissä jotka ovat päällä kaiken aikaa, muissa sovelluksissa pitää harkita myös asettumisaikaa suhteessa virrankulutukseen. Voi olla, että suurempivirtainen, nopeampi laite tuottaa paremman energiatehokkuuden pitkällä aikavälillä kuin alhaisemman virran vaihtoehti, jossa vasteaika on hitaampi.

Oikea akkutekniikan valitseminen ja digitaaliset tehonhallinnan tekniikat ovat tuttuja akun toiminta-ajan pidennystä hakeville suunnittelijoille. Matalatehoisten analogiatekniikoiden toteutus ei ole yhtä tuttua, mutta sen rooli voi olla merkittävä akun toiminta-ajan pidentämisessä ja järjestelmän optimaalisen suorituskyvyn varmistamisessa.

back to top
MORE NEWS

Vuoden teknologiajohtajat Wärtsilästä ja kvanttitietokoneyrityksestä

Suomalaisista teknologiavaikuttajista koostuva tuomaristo valitsi vuoden 2023 teknologiajohtajiksi Wärtsilän Juha Kytölän (kuvassa) ja IQM Quantum Computersin Kuan Yen Tanin. Vuoden 2023 innovaatioprofessorin palkinto myönnettiin Tampereen yliopiston Mircea Guinalle.

Tekoäly tulee perustason valvontakameraan

Piilaaksosta ponnistava Arbarella on jo saanut nimeä energiatehokkaista kuvantamispiireistään, joilla voidaan ajaa myös koneoppimismalleja. Yhtiön uusin tulokas on CV72S-järjestelmäpiiri, joka tuo tekoälyn myös perustason valvontakameroihin.

Oskilloskooppitietoa ilmaiseksi

Kuinka käytetään oskilloskoopin mittapäitä? Mikä on paras tapa suunnitella tehoelektroniikan suotimet? Miten virranlaatu vaikuttaa signaalin eheyteen? Mitä työkaluja voidaan käyttää virheenkorjaukseen? Nämä ja paljon muuta selviävät huhtikuussa Rohde & Schwarzin ilmaisissa Oscilloscope Days -virtuaalitapahtumassa.

Silicon Labs kutisti Bluetooth-radion

Teksasilainen Silicon Labs on esitellyt kaksi uutta piiriperhettä, jotka on suunniteltu markkinoiden pienimpien IoT-laitteiden toteutukseen. Uutuudet ovat xG27-radiopiiri ja BB50-mikro-ohjainyksikkö. Sirujen koot vaihtelevat kahdesta neliömillistä viiteen.

CanSat-tölkkisatelliitteja kilometrin korkeuteen

ESERO Finland ja Tiedekeskus Heureka järjestävät nuorille suunnatun CanSat-kilpailun, jossa lähetetään tölkkisatelliitteja pienoiskantoraketin kyydissä ensimmäistä kertaa kilometrin korkeuteen. CanSat on juomatölkkiin koottu täysin toimiva satelliitin pienoismalli, joka yläilmoissa kerää tutkimuksellista havaintotietoa ilmakehän ilmiöistä.

Ohjaa Raspberry Pi -korttia ajatuksen voimalla

Lontoolaisen Imperial Collegen tutkimusassistentti Ildar Rakhmatulin on työstänyt Raspberry Pi -korttiin lisäosan, jonka avulla korttia voidaan käyttää EEG-mittaukseen. Kovimmissa visioissa suosittua Pi-korttia voidaan käyttää laitteiden ohjaamiseen ajatuksen voimalla.

Nämä kiintolevyt pettävät useimmin

Uudessa läppärissä data tallennetaan jo pääosin flash-piireihin perustuville SSD-levyille, mutta esimerkiksi varmuuskopioinnissa tai edullisemmassa lisätallennustilassa perinteinen mekaaninen HDD-levy on edelleen suosittu. Mutta ovatko ne kestäviä? Uusimman selvityksen mukaan levyissä on selviä eroja ja osa pettää selvästi muita useammin.

Yhä tarkempi ohjaus kännykkälataamiseen

Navitas Semiconductor tunnetaan huippunopeiden galliumnitridi-pohjaisten laturipiirien kehittäjänä. Yhtiö on nyt esitellyt APEC 2023 -tapahtumassa uuden ohjainpiiriperheen GaNSense Control -sarjaan. Ne lisäävät latauspiirien suorituskykyä ja nostavat laitteiston integrointiastetta entisestään.

Valmis työkalupaketti RISC-V-kehitykseen

Yksi viime viikon Embedded World -messujen kuumia puheenaiheita oli avoin RISC-V-arkkitehtuuri ja sen kasvava tarjonta sulautetuissa sovelluksissa. Kehitystyökaluja tarjoava Imperas esitteli messuilla paketin, jolla voidaan kehittää RISC-V-pohjainen suunnittelu konseptista piille.

100 wattia useasta portista

Latureista tulee yhä tehokkaampia ja monikäyttöisempiä. Sandiegolainen Silanna Semiconductor on nyt esitellyt laitevalmistajille referenssialustan, jonka avulla voidaan ensimmäistä kertaa suunnitella moniporttisia 100 watin USB-latureita.

 2022  # mobilbox
TMSNet  advertisement
6/2—15/5 # egenannons mobilbox ecf
Mar Apr May Jun # Rohde mobilbox
Mar Apr May Jun  # Farnell  mobilbox f skyskrapa
Mar 1-9/4 # Ansys sajt

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Valitse langaton teknologia oikein - osa 1

Nykyisin on käytössä useita erilaisia langattoman tiedonsiirron standardeja ja protokollia, jolloin saattaa olla vaikea valita oikeanlainen, tiettyyn sovellukseen soveltuva teknologia. Tässä artikkelissa tuodaan esiin eräitä tärkeimpiä kriteerejä, joita on syytä ottaa tarkastelun kohteeksi, kun valittavana on neljä suosittua vaihtoehtoa: Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, valmistajakohtainen RF-tekniikka ja Connectivity Standards Alliancen protokolla Green Power.

Lue lisää...

OPINION

Poliitikot eivät kykene ratkaisemaan autoalan verotusta

Autoalan tiedotuskeskus järjesti tänään Nollasta sataan -paneelikeskustelun, jossa poliitikot keskustelivat sekä liikenteen päästöistä että sen verottamisesta. Paneeli osoitti ennen kaikkea, että poliitikoilla tulee olemaan suuria vaikeuksia laatia kestäviä, tasapuolisia ja järkeviä ratkaisuja ongelmiin.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Vuoden teknologiajohtajat Wärtsilästä ja kvanttitietokoneyrityksestä
  • Tekoäly tulee perustason valvontakameraan
  • Oskilloskooppitietoa ilmaiseksi
  • Silicon Labs kutisti Bluetooth-radion
  • CanSat-tölkkisatelliitteja kilometrin korkeuteen

NEW PRODUCTS

  • Lähes gigatavu sekunnissa muistikorteille
  • 65 watin laturiproto nopeasti
  • Intelin ARC-näytönohjaimen saa nyt Rutronikilta
  • Sovellus lataa sähköauton automaattisesti halvimmalla sähkönhinnalla
  • Farnellilta nyt tekoälyä verkon reunalle
 

NEWSFLASH

twitter
ETN_fi @ETN_fi
ETN_fi RT @joeprkns: Last night I used GPT-4 to write code for 5 micro services for a new product. A (very good) dev quoted £5k and 2 weeks. G…
maalis 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi This is why Nokia lost the game in mobile phones - an insiders view https://t.co/NB5Wndkx5p
joulu 12 • reply • retweet • favorite
ETN_fi @OnePlus_FI lahjoittaa Pelastusarmeijalle 50 puhelinta jouluapuun. Iso- Britanniassa samanlainen lahjoitus tehdään… https://t.co/LKdl2Pywie
joulu 07 • reply • retweet • favorite
ETN_fi Finnish PM Sanna Marin: We need to cut our dependence on China. https://t.co/598gQXKvlj #Slush2022 #China #electronics #semiconductors
marras 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi https://t.co/ugg6A09vln Need cm level accuracy in your positioning device? Now you can explore this with #ublox two… https://t.co/5rQNxsAu5V
loka 07 • reply • retweet • favorite
web design services
 

Section Tapet