Покритикуйте пожалуйста схему коммутации питания.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Основное питание - от 5V_DCDC.
При пропадании 5V_DCDC и подключенном USB - от 5V_USB.

При отсутствии 5V_DCDC и неподключенном USB - от батареи (li-on 4.2В).

Зарядка батареи (li-on 4.2В) возможна от 5V_DCDC, от 5V_USB, от 5V_SOLAR - что доступно.

Также на разъеме XS3 подключен ионистор 1F, с целью корректного выключения устройства при пропаже питания и отсутствии батареи.

Если не стоит вопрос минимизирования стоимости устройства, то я бы предложил использовать готовые микросхемы, например:
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4412fa.pdf
С защитой от неправильной полярности и использованием полевиков вместо диодов для уменьшения потерь.

Спасибо, но стоимость важна. LTC4142 стоит $3-4, дорого.

Почему диоды идеальные? Даже если это лабораторка. Хоть миллион последовательно ставь, а всё равно будет "+5 V". Или это метафора?

Затворы полевых транзисторов, диоды Шоттки и всё остальное — напрямую подключено к в среднем трёхметровым прыгалкам, так что это придушит проходящий в десяти метрах мимо первый попавшийся даже драный кот.

+5V - жто не абсолютное измеренное значение, а просто метка цепи. Конечно там будет не ровно 5В.


Недопонял, про что это. Если про висячие затворы полевиков - так они не висят, все подтянуты к земле через 10K резисторы.

Ну так внутреннее сопротивление драного кота ГОСТ Р 51317.4.2-2010 допускает не более 260 Ом при напряжении на нём не менее 8000 В.

Нормальная схема, сам такую применял. Единственное что логика немного не та, что Вы описали.
1) При наличии USB и DCDC будет работать от USB т.к. VT2 будет закрыт, а падение на D2 меньше чем на паразитном диоде VT2.
2) При наличии заряженного ионистора и аккумулятора будет работать сначала от ионистора пока он не разрядится (на нем может быть от 4,3 до 5,3В), потом от аккумулятора, т.к ионистор будет закрывать VT3, а паразитный диод VT3 будет обратно смещен. Более того напряжение ионистора будет еще идти через цепь R3 -> паразит в VT1 (и открытый VT1 при отсутсвии питания с солнечной батареи) на схему зарядки.

У SS26 высок обратный ток. Скорей всего летом, при температуре устройства 60-70 градусов, транзиторы начнут закрываться. Устройство начнёт само себя подогревать пока не выйдет из строя.

Подогревать потому что ток пойдет через паразитные диоды? А какие диоды посоветуете с током ~2А?

вот на вскидку табличка отфильтрованная
тынц

я бы рекомендовал управлять VT1..VT3 дополнительными N-канальными транзисторами, затвор которых подключен к "своему" питающему входу
через делитель. Так и плюсы схемы с диодами остаются и вредность обратных токов нивелируется делителями.

Спасибо.


Не понял, как именно включить. Буду благодарен, если приведете схему.

Правильнее сказать, VT3 и R5 пустая трата денег, потому что практически всё время (2 часа разряда конденсатора R5 приравнены к бесконечности) закрыт.

Ну и, в пасмурный год аккумулятору светит просто подохнуть от 5V_DCDC минус 1,2 В пары диодов закрытых VT1 и VD2 и минус порядка 0,2 В проходного зарядного.

Какого конденсатора R5?


Тут не понял, можете подробнее? Спасибо.

Как мне кажется, VT3 тут скорей для отключения батареи при подключенном внешнем питании. Ионистор это так сказать бонусная "фича". Здесь мы видим соединение трех источников по "диодное ИЛИ": батареи, 5В DC/USB и ионистора, только диод батареи дополнительно шунтируется открытым транзистором если других источников нет. Но R3 все портит. Почему его нельзя перенести в исток VT3 или на худой конец последовательно с R3 поставить доп.диод?

Замечание про утечку верное, затворные резисторы я бы раз в 10 поубавил, хотя есть Шоттки с малыми утечками, но у них и прямое падение побольше.

Вот схема с учетом утечки диода. Также теперь +4.2V_DCDC имеет явный приоритет над +4.2V_BATTERY. Нет "соревнования" когда напряжения +4.2V_DCDC и +4.2V_BATTERY равны.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

VT1 + R1 можно заменить одним диодом (по сути эта схема работает как диод).
И еще. По-моему тут есть опасность провала питания в момент подключения внешнего источника. Допустим Uаккум=3В, Udc/dc=2В (источник воткнули в разъем устройства и в розетку, но он еще не вышел на режим). В этому случае транзисторы будут уже закрыты, а 2В минус падния на D1 будет не достаточно для работы запытываемой схемы. Если при этом устройство чтото писало на флешку, то она может быть испорчена. К примеру. Ну вы понимаете.
Конкурирующая схема на диодах как раз и спасает от такой опасности, поскольку переход на внешний источник произойдет только тогда, когда его напряжение превысит аккумуляторное (т.е заведомо рабочее).

Да, и еще. VT1 включен по схеме эмитерного повторителя, без VT1/R1 (затворы полевиков напрямую к аноду диода D1) выходит вроде как то же самое. Или нет?


В этой схеме ситуация такова, что +4.2V_DCDC не может быть ниже 4В. Или больше 4В, или вообще нет. А +4.2V_BATTERY - от 3.2В до 4.2В.

Почти. Чуть лучше, чем без транзистора, но все равно от утечки не спасает. Вот например симуляция при температуре 55*С.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
При отключении внешнего источника транзисторы толком не открываются, т.к на затворе у них более 2В. При этом вместо 3,2В на выходе имеем только 2,6.
Также видно провал выходного напряжения в момент отключения внешнего питания. Хотя он и не такой большой и можно сгладить достаточно большой емкостью по питанию.

А вот что будет если внешний источник будет иметь плавно спадающее напряжение (синий график). В этом случае питание (красный график) устройства будет спадать до 2,3В и даже большая емкость по питанию не спасает ситуацию.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Это microcap? Сбросьте пожалуйста модель, поэкспериментирую еще.

Добавил триггер Шмитта для явного переключения полевика при появлении 5V_DCDC. Вроде все проблемы решились. Во вложении модель, может я чего недоглядел, посмотрите пожалуйста, заранее благодарю.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Все хорошо. но провалы остались. И это неизбежно, если мерять только напряжение внешнего питания. Почти. Можно сделать порог закрывания транзисторов строго равный минимальному напряжению батареи, скажем=3.0В, тогда при переключении на внешний источник ниже этого порога не провалимся. Но при полностью разряженном аккумуляторе (2-2,5В) будем иметь кратковременно сквозной ток через него и открытый ключ.
Вот вариант такой схемы:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Но можно пойти дальше, сравнивая напряжения обоих источников, т.е используем честный компаратор. Примерно так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Однако зачем эти мучения, когда есть идеальные диоды типа LTC4413 ?
И еще -зачем Вам второй транзистор?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасибо. Только заметил выпады тока на аккумуляторе в момент переключения, не знаю не опасно ли это и насколько вредно для срока службы аккумулятора.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


С компаратором есть проблема при малой разнице значений (потребление от аккума при наличии DCDC), например когда DCDC 4.5В и BAT 4.2В.
DCDC выше 4.5В поднимать нельзя, на выходе надо получить не более ~4.2В.


LTC4413 и компания не подходит по стоимости.


Чтобы при малой разнице DCDC и BAT диод паразитный не начинал проводить и таким образом потреблять от аккума при наличии DCDC.

1) Попробуйте уменьшить емкость С1. Если выбросы уменьшаются значит это просто броски при перезарядке С1, ничего страшного. Если не уменьшаются, значит надо слегка опустить порог выключения Х2 -для этого уменьшаем R3.
2) Какаято странная проблема, если устройство работает от 4,2 то оно должно работать и от 4,5. Но Вам виднее конечно. Однако если перекинуть вход компаратора с катода на анод D1, то все нормально даже при DC-DC=4,21
3) Тоже какаято надуманная проблема. DCDC либо выдает положенное ему напряжение, либо нет. В последнем случае это значит, что оно не исправно.

Без С1 выбросов вообще нет. С С1 и R3 800R только положительные выбросы (потребление от аккума), это вроде не вредно для аккума.


Тут может тоже посоветуете, у меня 3.3-х вольтовый STM32 работает по SPI с 5-ти вольтовым STM8S. И 4.2В питание, а не 5В - для того чтобы обеспечить надежный минимальный уровень лог. единицы для STM8S. При 4.2В уровень лог. единицы для STM8S 4.2 * 0.7 = 2.94В, вроде нормальный зазор с 3.3В единицей от STM32. При 4.5В * 0.7 = 3.15В, уже близко к 3.3В, или 0.15В надежный зазор?



Да, DCDC выдает 4.5В в рамках своей погрешности стабилизации.

---


Что-то не влияет номинал С1 на выбросы, одинаковы как с 0.1u, так и с 10u:

0.1u
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

10u
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

1) Ну видно же, что выбросы изза позднего запирания ключа. Имеем порог отпирания Q3 (и запирания Х2) U= 2.5*(2.2k+1k)/2.2k =3,6В, где 2.5 -пороговое напряжение TL431. А батарейка у Вас 3,3В. Вот пока напряжение DC-DC растет от 3,3 до 3,6 ключ открыт и ток DC-DC сквозняком проходит через батарейку.
2) А SPI с подтяжкой к 5В работать не будет? Скорость большая? Тогда ставите 2-3 буферных элемента для перехода от 3 к 5 и обратно.
Вообще не понятно такое стремление питать контроллеры от разных источников. Если STM8 работает от 3,3 то почему бы его и не питать также от 3,3? Да и потом аккумулятор ведь просядет до 3,2В как Вы сами говорили. Или у Вас STM8 работает только при подключенном Dc-DC?

8 Мбит, боюсь подтяжка завалит фронты.


Тут дело в том, что слейвы (STM8S) маленькие, места мало. И они должны быть максимально дешевые.


На слейвы (STM8S) поступает "универсальное" напряжение питания с DCDC или батареи, 3,2-4.2В. На слейвах от этого напряжения питается не только STM8S, но и другая периферия. Ток от 4.2В может быть до 1-2А. Чтобы питать слейвы от 3.3, это надо на каждом слейве LDO ставить, тоже удорожает и места мало на слейвах.


Да, будет 3.2В. Но их не надо пропускать через LDO для какждого слейва.

---


А чем чревато то, что в течении этих 20-50 мсек на батарейку будет подано 3.3-3.6В от DCDC? Для li-on это безопасно?

Этот источник с плавным нарастанием я привел лишь для примера, чтобы показать недостаток схемы. В реальном DC-DC может быть все совсем не так. Там нарастание может быть за пару мс.
Ограничение тока в источнике с одной стороны вроде бы и плюс, а с другой может сыграть злую шутку. Если аккум будет сильно разряжен и в момент включения внешний источник войдет в ограничение, то он может подзадержаться на этом этапе пока не подзарядит аккум до порогового напряжения Такая экстремально-быстрая зарядка для сильно-разряженных аккумуляторов очень нежелательна. С другой стороны если источник сдюжит, то он быстро проскочит опасный участок не успев навредить нашей батареи. Ведь для аккума важнее не макс.ток, а общий заряд, который успеет через него протечь.
Кстати по поводу источника. Вы какой собираетесь использовать? Если готовый например 5-вольтовый для USB зарядок, то это может быть дешевле чем городить какойто свой, особенный. Его же удобно использовать и для зарядки аккума.
Тогда я бы перестроил схему. Из 5В(+/-10%) простейшим стабилизатором на той же TL431 и транзисторе делаем нужное Вам 4В. А вход в режим стабилизации использовать как сигнал для закрывания Х2.
Не, так ерунда выходит. Нужно ставить второй TL431 который сработает ранее, при скажем 3,2В. Но тогда нужно гарантировать что наш стабилизатор обеспечит минимум 3,2В на своем выходе при полностью разряженном аккумуляторе. Вообщем я снова склоняюсь к варианту с компаратором.

Сетевой адаптер 12В, там еще и реле будут 12-ти вольтовые, потому надо 12В. Плюс возможность питания от гелевого аккума (на морозе li-on не работает).

Опробовал еще один вариант с подавлением обратного тока, как предлагал smalcom

И вроде все работает как надо, может чего недосмотрел, гляньте пожалуйста.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Да это все тот же вариант, что вы предлагали в самом начале. Тот же повторитель, только в профиль. Попробуйте заменить Ваш Х4 двумя диодами и найти 7 отличий
Что мне особенно не нравится в этих схемах -у Вас пороговое полевиков постоянно? А на деле оно может меняться от 0,6 до 1,2 у первого и от 0,4 до 0,95 у второго.
И обратный ток по-моему не проблема: по цепи DC-DC шунтируете резистором на землю и вместо шоттки ставите обычный диод.
А почему литий не работает на холоде? У нас нормально работает (от -50).

Так я Вас спрашиваю откуда у Вас 4,2 DC-DC появляется. И опятьже есть 12/5В конверторы спецом для авто-приложений

Сэкономьте на опте — купите мешок PMOS и делайте всё на двунаправленных ключах безо всяких диодов.


Надёжного здесь абсолютно ничего, Вы нарушаете все мыслимые требования производителей компонентов. Что может быть плохого от "нелогичных" уровней на входах, т.е. от сквозного тока КМОП-пары? Она просто выгорит в любой момент.

Что есть PMOS? В смысле, какие компоненты есть на этом принципе?



Так нелогичных нет. Все в рамках даташитов. В чем нарушение?
Вопрос только какой должен быть минимальный зазор для надежности:


---


Биполярный начинает работать от микротоков, в итоге воспринимает ток утечки. А тут с полевиком получается надо достаточно большой ток, чтобы создать падение на резисторе и открыть полевик. Вообщем с биполярным не работало нормально (в microcap).

Может и ересь, я в схемотехнике новичок.


Как бы это дело промоделировать в microcup, непонятно как это задать в "Stepping".


Это да, 1К на затворе уже достаточно шунтирует обратный ток диода. Правда провалы поболее, чем в схеме с дополнительным полевиком (при переключении с батареи на DCDC).


Да? Практически не сталкивался, просто везде писано что при отрицательных температурах заряжать нельзя и еще емкость падает сильно при ниже нуля.


Да, но 12В нужны по любому.

Странно, такие схемы сложные рисуете, шутя играетесь параметрами в Микрокап и говорите что не знаете как биполяр работает. Нормально все с биполяром работает, не так красиво конечно как с полевиком в плане температуры, но если биполяр можно компенсировать по температуре, то разброс Vgs у отдельных полевиков можно компенсировать только персональной подстройкой.
Повторюсь провалы определяются только заданным порогом срабатывания ключа. Вот например в схеме переключаем с полевика на диоды и видим одну и ту же картину. А потому что падение на полевике и диодах одинаковое. Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Требования к температуре при заряде более строгие, чем при разряде, но тем не менее -20 допускает. Вот например

И опять же о способе получения 4,2 ни слова не сказано...

Я правильно понимаю, что биполярнику для открытия достаточно микротоков? Например для BC817 приведен параметр "emitter-base cut-off current" - 100 nA. И биполяр в этой схеме как простая перемычка, что вы несколько постов назад и приводили.


Немного разные, в схеме с полевиком видно что потребление от аккума нет при наличии DC:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А в схеме с диодами потребление от аккума есть при наличии DC:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Спасибо. Не знал.


Из 12В ST1S10 делает 4.6В. Эти 4.6В идут на зарядник li-on, и через диод на всю остальное идет уже ~4.2В.

А Вы R1 увеличьте до 10к.

http://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET


Вы вроде как батарейный прибор делаете, а любой цифровой вход, находящийся под воздействием нелогичного уровня, помимо шанса выгореть в любой момент, добавляет к току потребления микросхемы несколько миллиампер своего сквозного тока.

Ваша арихметика, навроде "4,6 В – «типичное напряжение Шоттки» = ~4,2 В",— так делаются разве что одноразовые комнатные растения, а надёжные схемы на продажу делаются по всем законам и правилам — элементарно разоритесь на рекламациях.

Да, помогло, спасибо. Действиьельно нет разницы относительно схемы с доп. полевиком.


С этим знаком, спасибо.


Но вот тут не понял мысли, можете подробнее?


Что находится под нелогичным уровнем?


Так входное напряжение расчитано так, что 4.2В это будет максимум, при минимальном токе и макс. температуре. Т.е. при минимальном падении на диоде шотки на выходе будет 4.2В.

В чем тут вы видите проблемы?

Изначально вопрос был в том, какой должен быть минимальный зазор (исходя из практики) между верхним уровнем единицы 3.3-х вольтового устройства и нижним уровнем единицы 4.2-х вольтового устройства.

На четырёх транзисторах реализуете аналоговый переключатель, единым сигналом на который сможете переключать источники вне зависимости от разности их напряжений и её знака.


С Ваших слов, ведомые STM8S питаются от голого аккумулятора высоким напряжением, а ведущий STM32 — от него же, но пониженного до 3,3 В. Так вот, каждый из этих десятков-сотен STM8S от такого "согласования уровней" будет потреблять на 1...10 мА больше, чем Вы мечтаете. В принципе, ничего страшного не произойдёт — просто они будут каждый раз быстренько высасывать свежезаряженный аккумулятор до напряжения, обеспечивающего малопотребляющий "зазор" уровней.

А, тоже вариант, но тогда еще и компаратор или схему переключения надо.


Тут не понимаю, почему STM8S будет больше потреблять от питания 4.2В при работе с 3.3-вольтовым устройством. Расскажите пожалуйста подробнее.

Стандартный супервизор тоже сгодится, и всё равно это дешевле переключателей на идеальных диодах.


Я уже неоднократно объяснял. Тогда уж просто проведите эксперимент — настройте вход как цифровой, подавайте на него аналоговые уровни и измеряйте потребляемый микроконтроллером ток.

Я так и не понял, отчего возникнет сквозной ток, расскажите пожалуйста подробнее.

При подаче на вход КМОП-пары, питающейся от 4,2 В, напряжения 3,3 В, на затворе PMOS окажется 4,2 В – 3,3 В = 0,9 В, тогда как пороговое напряжение транзисторов у такого представителя 3-вольтовой логики, как STM8S, может быть порядка 0,5 В. Итого, PMOS откроется, причём, заметно, а на затворе NMOS те же 3,3 В, так что он давно уже открыт на полную, и вот он — тот самый сквозной ток.

Особенность любой КМОП структуры. Есть запрещенный диапазон входных уровней при котором оба транзистора частично открыты. Эффект нивелируется резкими фронтами. Именно для этого на входах контроллеров часто можно уведеть триггеры Шмитта. У КМОП логики можно найти такой параметр как максимальная длительность фронта входного сигнала, в старых КМОП сериях медленно меняющиеся сигналы на входе приводили к "защелкиванию" структуры и выгоранию микросхемы.
Поищите зависимость тока стока от напряжения входа для КМОП и увидите такой "зубец", вот на него попадать не желательно.