Duda con fuente de alimentación

[Moyano Jonathan]

Hola a todos.

Estoy en proceso de diseño de una placa de desarrollo multipropósito para conectividad, utilizando microcontroladores de la marca ATMEL y microchip que dispone de los siguiente:

- USB, RS232

- RF (Xbee) 

- CAN

- ETHERNET

- Bluetooth

- GSM/GPRS (SIM900)

- LCD

- E/S configurable con acceso a interrupciones.

- RTC/eeprom, etc.

Mi duda radica en la fuente de alimentación, nunca he trabajado con tantos dispositivos simultáneos y quería saber si me pueden dar una opinión acerca del diseño de la fuente:

[Jaime Andrés Aranguren Cardona]

Hola,

 

Opiniones, muchas. Mas productivo sería si indicas dudas especificas, para orientar de manera mas acertada tus inquietudes.

 

De todas maneras, en principio, recomendaría hacer un Power Budget: qué voltajes se necesitan, con qué corrientes, en qué secuencia, cuáles son los Power Domains (solo digital, analogico, alta corriente, alta sensibilidad a ruido, etc...). De ahí, proceder a hacer un diagrama de la arquitectura de tu sistema de alimentación, y sobre ese diagrama, discutir.

 

Es muy posible -de hecho, deseable- que haciendo el ejercicio te vas a topar con dudas puntuales, que en el foro con gusto podremos entrar a discutir. Y claro, luego de la discusion, escoger componentes, y continuar con el resto...

 

Saludos.

[Moyano Jonathan]

Muchas gracias por responder jaime.

Antes que nada, pido disculpas por no ser más específico con mis consultas. Las dudas las enumero a continuación:

- En sistemas embebidos, es mejor utilizar fuentes de alimentación lineales o conmutadas ? Mi diseño lo basé en base a los requerimientos de corriente y voltaje

  (5v / 1A - 1.5A máx para los diferentes módulos de conectividad, salvo el módulo GSM que tiene alimentación propia y E/S general) y (4v - 2A para el SIM900).

- Uno de los problemas que tengo es que no se exactamente que corriente consume cada módulo de mi sistema, he realizado una estimación aproximada en base 

  a los elementos que más consumen dentro del diseño, como por ejemplo el backlight del módulo LCD (200mA).

- El transistor para encender el regulador lo puse para poder encender el módulo GSM, una vez que se estabilice la alimentación principal. Eso es válido o no es necesario para alimentar al SIM900.

- El fusible reseteable que vida tiene, es conveniente su uso, o es mejor utilizar un fusible convencional ?

- La corriente que puede entregar el regulador, depende exclusivamente del inductor usado ?

Con respecto a lo que vos escribiste:

De todas maneras, en principio, recomendaría hacer un Power Budget: qué voltajes se necesitan, con qué corrientes, en qué secuencia, cuáles son los Power Domains (solo digital, analogico, alta corriente, alta sensibilidad a ruido, etc...). De ahí, proceder a hacer un diagrama de la arquitectura de tu sistema de alimentación, y sobre ese diagrama, discutir. 

Como se realiza el diagrama de arquitectura de la alimentación, o a que te referís con ello ? Qué es el  Power Budget ?

Esas serían mis consultas básicas. Disculpá la cantidad de preguntas, no tengo un conocimiento muy amplio sobre diseño de fuentes.

Saluda atte.

Moyano Jonathan

[Jaime Andrés Aranguren Cardona]

Hola,

Am Sonntag, 9. Februar 2014 03:52:28 UTC+1 schrieb Moyano Jonathan:

Muchas gracias por responder jaime.

Antes que nada, pido disculpas por no ser más específico con mis consultas. Las dudas las enumero a continuación:

 

 

No problem. Suele suceder :-)

 

 

- En sistemas embebidos, es mejor utilizar fuentes de alimentación lineales o conmutadas ? Mi diseño lo basé en base a los requerimientos de corriente y voltaje

  (5v / 1A - 1.5A máx para los diferentes módulos de conectividad, salvo el módulo GSM que tiene alimentación propia y E/S general) y (4v - 2A para el SIM900).

 

En general las fuentes conmutadas son más efficientes, es decir, mayor porcentaje (la eficiencia de la fuente como tal) de la energía que se requiere a la entrada de la fuente es convertida en energía usable por la circuitería que se alimenta de la misma, con pérdidas en la fuente cmparativamente bajas, en relacion con una fuente lineal. Ejm. Tienes un circuito que alimentar a 3V3/2A (6.6W), con entrada de 12V. Con una fuente lineal, los mismos 2A se consumen a la entrada, la cual está a 12V, es decir, tu sistema "gasta" 24W. Los 24-6.6 = 17.4W restantes se convierten en calor en tu fuente, y es energía perdida. La eficiencia de una fuente así es 6.6/24 x 100% = 27.5%. Si lo haces con una fuente conmutada, incluso de baja eficiencia -digamos 70%-, consimirías 8.8W para entregar 6.6W a tu circuitería.

 

Como ves, si la eficiencia de la transferencia de energía es un factor importante -y usualmente lo es, en particular en aplicaciones que se alimentan por baterías-, lo recomendado es utilizar fuentes conmutadas. Éstas sin embargo, tienen un "pecado": generan ruido por la conmutación misma. Así que si tienes circuitería que es altamente sensible al ruido, puede ser de considerar la utlización de fuentes lineales. Una manera de hacer esto sin generar demasiadas pérdidas es hacer que el voltaje de entrada a la fuente lineal sea lo mas cercano posible al voltaje que se debe generar a la salida, y utilizar reguladores tipo LDO (Low DropOut).

 

- Uno de los problemas que tengo es que no se exactamente que corriente consume cada módulo de mi sistema, he realizado una estimación aproximada en base 

  a los elementos que más consumen dentro del diseño, como por ejemplo el backlight del módulo LCD (200mA).

- El transistor para encender el regulador lo puse para poder encender el módulo GSM, una vez que se estabilice la alimentación principal. Eso es válido o no es necesario para alimentar al SIM900.

 

 

No sabría decirte, no se nada de SIM900. Sin embargo, te entiendo que simplemente se trata de poder controlar cuando alimentar el tal SIM900. Si simplemente depende de encenderlo cuando otros voltajes estén estables, se pueden utilizar supervisores -lo mismo que tu transistor, pero con la "inteligencia" ya incorporada-. Sin embargo, viendo que el tal SIM900 es comelón, es buena idea poder controlar cuando se aplica voltage a éste o no. Una manera puede ser con el transistor que mencionas, o utilizando reguladores con "enable" externo. El punto es si al quitar la alimentación al SIM900 se pierden parámetros de configuración, que tocaría nuevamente descargarle para poder utilizarlo al re-energizarlo, lo cual puede tardar algún tiempo. Si es así, quizás sea mejor revisar si el SIM900 puede ser puesto en modo standby, para minimizar el consumo de energía cuando no se necesita que opere, y que retorne a operación normal prontamente sin tener que re-configurar.

 

 

- El fusible reseteable que vida tiene, es conveniente su uso, o es mejor utilizar un fusible convencional ?

 

 

Si es convencional toca cambiarlo a mano cuando se abre; no es el caso en uno reseteable. Tu decision. La vida: mirar si dice algo en hojas de datos.

 

 

- La corriente que puede entregar el regulador, depende exclusivamente del inductor usado ?

 

 

No solamente. Depende tambien de las especificaciones de los elementos de conmutacion (transistores, diodos si eventualmente se usan).

 

 

Con respecto a lo que vos escribiste:

De todas maneras, en principio, recomendaría hacer un Power Budget: qué voltajes se necesitan, con qué corrientes, en qué secuencia, cuáles son los Power Domains (solo digital, analogico, alta corriente, alta sensibilidad a ruido, etc...). De ahí, proceder a hacer un diagrama de la arquitectura de tu sistema de alimentación, y sobre ese diagrama, discutir. 

Como se realiza el diagrama de arquitectura de la alimentación, o a que te referís con ello ? Qué es el  Power Budget ?

 

 

Me refiero con esto a dibujar un "arbol" en un papel (o mental, o en Visio, o en lo que sea), de cuales rieles llevan que voltajes, con que corrientes, para que susbsistemas de tu sistema global, y así hacer evidentes las características de la circuitería que necesias, y hacer el análisis con base en ese diagrama, antes de arrancar a buscar compoentes. Power Budget es básicamente hacer lo que ya hiciste, y parcialmente pudiste completar: un listado -en papel, Excel, en la mente, etc...- de los consumos de corriente y las necesidades de voltaje de los componentes activos, al menos los más relevantes, para poder saber cuales son las necesidades de tu sistema.

 

 

Esas serían mis consultas básicas. Disculpá la cantidad de preguntas, no tengo un conocimiento muy amplio sobre diseño de fuentes.

 

 

Varios de los fabricantes de ICs para este tipo de aplicaciones tienen herramientas que son bastante útiles para este proposito:

 

• TI Webench (heredado de National Semiconductor): Abre apenas entras a http://www.ti.com/
• Analog Devices ADI Sim Power: http://designtools.analog.com/dtPowerWeb/dtPowerMain.aspx
• Linear Technology LTSpice IV: http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice
• Linear Technology LTPowerCAD II: http://www.linear.com/designtools/software/#LTPower

Éxitos!!!

[Moyano Jonathan]

Gracias por las respuestas jaime !

[Guillermo Reisch]

Batería o sin batería?

 

batería:

el sim900 esta pensado para alimentarlo directamente de batería (lipo 1 celda)

fuente conmutada para subir el voltaje a 5v (dx.com esta lleno [USB DC 0.9~5V to DC 5V Voltage Step Up Boost Module] por ejemplo..) + filtros si fuera necesario.

 

Sin batería:

ponle una fuente de computadora y listo. Te da 3.3v a mas de 10A y 5v mas de 5A ; no hay forma que no te alcance.

 

Siempre tienes la opción de diseño propio (más divertida ; peor Time-to-market) Para evitar frustración basarse en algo existente

 

Saluds

> >> <https://lh6.googleusercontent.com/-3dDpZtZP4e4/UvaK-I-ndmI/AAAAAAAAADA/s

> >> kAAOfjzWBg/s1600/FUENTE.png>