Часть четвертая. Питание для планшета.

mazay66

23 июня 2019

Часть четвертая. Питание для планшета.
На первый взгляд, вариантов питания планшета множество. В самом деле, заходим на известный сайт покупки китайских товаров, вводим в поисковую строчку фразу «dc-dc понижающий модуль» и дело в шляпе. Более 15000 предложений. Но подождите радоваться.
Во-первых, для корректной работы с нашей нагрузкой (в виде планшета), не все модули подходят.
Главный параметр выбора – по рабочему току. И тут наши друзья с поднебесной, часто приписывают своим модулям не существующие характеристики. Поэтому имеет смысл подбирать модуль с 1,5-2х кратным превышением по току. Поясню.
Например, Нексус 7, который мы разбирали в предыдущем отчете, в рабочем состоянии потребляет около 1А. Однако, при загрузке планшета, при увеличении яркости экрана, при работе большого количества фоновых служб/приложений и т.д, потребление планшета может подниматься до 1,5-1,7А. Исходя из этого, для Нексус 7 необходимо подбирать модуль с заявленными параметрами не менее 3А.
Также обращаем внимание на амплитуду пульсаций выходного напряжения и частоту работы DC-DC преобразователя. Очевидно, что для стабильной работы планшета нам нужен модуль с меньшей амплитудой пульсаций и более высокой частотой.
Во-вторых, чтобы обеспечить автоматизацию процессов, необходим четкий алгоритм последовательности включения/выключения различных управляющих сигналов. И модуля питания для этого недостаточно. Нужны управляющие команды, в виде логического нуля или единицы. Сбой в работе этой последовательности приводит к «зависанию», перезагрузкам и прочим неприятным моментам в работе планшета. Поговорим об этом подробнее. В самом примитивном виде формировать управляющие команды может простое реле. Оно коммутируют различные цепи и подают необходимые сигналы на планшет. Но использование электромеханических реле имеет массу негативных последствий. Габариты устройства резко увеличиваются. Зимой, контакты могут подмерзать и не всегда срабатывать. Кроме того, имеется «дребезг» на переходных процессах. Этих причин достаточно, что бы исключить реле из управления планшетом. Будем делать управление, собранное исключительно на транзисторах и смарт-ключах.
Тут хочу сделать лирическое отступление – у меня нет радиотехнического образования. Поэтому, с точки зрения инженера — радиоэлектронщика, схема может оказаться далеко не идеальной. Всё, чем делюсь – мое хобби, а результаты работы проверены на практике во многих изделиях.
Кто читал предыдущую часть, знает, что нам требуется управлять:
Режимом включения/выключения OTG, Режимом засыпания/просыпания планшета, Кнопкой аварийного включения/выключения устройства. А ещё требуется дополнительный источник питания, чтобы «обмануть» планшет. Он должен понимать, что находится на зарядке.
Управление зарядкой, режимом отг и пробуждением планшета должны выполняться в определенной последовательности, с необходимыми задержками. Для выполнения этих задач, некоторыми участниками форума были придуманы так называемые «умные блоки питания», внутри которых встроены контроллеры ATMEGA328 из arduino Pro Mini. Поразмыслив немного, пришел к выводу, что реализовать необходимый алгоритм задержек управляющих команд можно и без использования контроллера. Схема упроститься, а значит, уменьшатся размеры и собственное потребление БП. Моя схема БП собрана да двух DC-DC модулях с микросхемой МР1584 и работает не один год:

Внимание! На схеме +5В подается на 1-й контакт разъёма микро юсб в планшете. Перед подключением необходимо трижды убедиться в том, что на вашем планшете установлено ядро Elemental и включен режим работы"зарядка+юсб"

Кратко о функционале схемы. Понижающими преобразователями являются два модуля, собранные на MP1584. Подстрочные резисторы с модулей убраны. Вместо них установлены постоянные R4 и R8. При таких значениях, на выходе модулей имеем 4,4 и 5,4В соответственно. На второй контакт микросхемы (Enable) через сопротивление R2-R3, подается сигнал контрольного напряжения. При просадке АКБ автомобиля ниже 11,8В, микросхема отключает питание нагрузки. Порог выключения подбирается с помощью R2 и R3. Конденсатор С2 обеспечивает требуемую задержку включения модуля и исключает ошибки в работе алгоритма при просадке напряжения во время «кручения стартером». Требуемая задержка на выключение второго модуля обеспечивается конденсатором С1. Управление датчиком Холла осуществляется через VD2. R5 и R6 – делитель напряжения. В схеме ещё стабилитрон на 12В и конденсатор С3. Его задача обеспечить задержку выключения экрана при кратковременной пропаже ACC. Например, когда двигатель а/м заглох и вы снова его запустили. Таймер задержки на двух транзисторах управляет включением/выключением режима ОТГ. Смарт-ключ, BTS441 управляет включением/выключением изикап по входному напряжению 12В от лампы заднего хода.
Все вместе работает по следующему алгоритму:
При подключении схемы к бортовой сети автомобиля, с небольшой задержкой (R2C2), появляется напряжение 4,4В на контроллере батареи планшета. Планшет запитан и находится в выключенном состоянии. После включения зажигания или ACC, появится напряжение 5,4В на выход второго модуля. Поступит питание на хаб и на вход планшета (1-й контакт разъема микро юсб). По этому событию, сработает патч автовключения. Начнется загрузка планшета. В это время, на делителе R5R6 присутствует потенциал около 2,2-2,5В. Поэтому экран планшета активен. Через 6-8 сек после начала включения планшета, появится «земля» на управляющем проводе ОТГ. Задержка определяется параметрами C6R9. Активируется режим ОТГ. Если задержку не делать (или делать менее 6 сек), то режим отг, после включения планшета не активируется. По окончании загрузки, планшет готов к работе.
После остановки двигателя и выключения зажигания/АСС, модуль на 5,4В отключается, хаб обесточивается, режим ОТГ деактивируется. На делителе R5R6 (с небольшой задержкой С3), потенциал опустится до нуля. Через R6, масса подтягивается на управляющий провод датчика холла. Экран погаснет, планшет переходит в режим «сон». При выходе из режима «сон» не требуется 6-и секундной задержки на включение режима отг. Если вы снова заведете двигатель, например, после заправки, через 10 мин, то емкость C6 не успевает разрядиться и активация режима отг происходит быстрее. При включении зажигания/АСС, на делителе R5R6 появляется потенциал. Планшет просыпается, и сразу готов к работе. Полное выключение планшета происходит из режима «сон» с помощью приложения Таскер. В нем можно указать индивидуальные настройки пользователь на задержку полного отключения планшета (от 1 сек до нескольких месяцев). После полного отключения алгоритм процесса включения повторится.