保险设计的风险
我承认这篇文章,在某种程度上,反应过度设计一切的坏习惯。工程并不是寻找最高的性能,最复杂,最防弹解决每一个问题。工程师预计将平衡技术规格与预算和时间表的限制,这样最终系统对所有相关设计因素进行了优化。
此外,保险设计有时懒惰的症状。我可以更容易地找到一个现成的比设计一个定制的集成电路电路,和这种方法变得更容易,当我可以兜售IC的“优越”的性能规格和安抚自己,我使系统更健壮。但如果IC成本定制电路的两倍足够的,即,能够满足系统需求?这是良好的工程吗?
二极管的电压调节器
我想象的用例是一个3.3 V单片机PCB上已经有了一个5 V铁路。也许产品的主要供应(例如,从墙变压器)是5 V,或者切换为其他组件在黑板上生成5 V。在任何情况下,你有5 V,你需要小的3.3 V,低功耗单片机始终执行基本的监视、控制和通信任务。
假设我们在消费电子产品领域- - - - -不需要忍受极端的温度变化,没有人的人生是根据它,尽量减少成本是一个中央设计目标。
像我这样的保险设计会本能地伸手去拿一个线性调节器IC,可能比我需要更多的电流容量5倍和非凡的规范的集合,无关我的应用程序- 2% V出精度在整个温度范围内,输入电压20 V, 0.001% / V线监管等。
你可能会认为我走向Zener-diode-based监管机构,但我想到的是甚至比这更基本的:它只是一个串联三个普通的二极管。
确保你读下面的“电流的单片机处理国家”一节!你可能需要包括一个电阻,确保电路安全微控制器。
所有我们在这里所做的是使用二极管电压降5 V铁路进入单片机的可接受的电源电压范围。这实际上会奏效吗?首先,让我们看一下基本的电压和电流的考虑。
电源电压和二极管下降
我最熟悉的处理器由硅实验室,所以我将使用他们的规格代表例子。老的3.3 V设备在他们的阵容DD2.7 V至3.6 V,和新的容忍2.2 V至3.6 V。我们观察到,
- 三个二极管下降600 mV一块会让我们在3.2 V;
- 我们将保持在2.7 - -3.6 V范围内即使所有三个低470 mV或高达750 mV;和
- 2.2 - -3.6 V范围的新型单片机,二极管正向电压可以从任何地方470 mV来930 mV。
单片机电流消耗
three-diode电压“调节器”很容易实现,如果我们可以依靠constant-voltage-drop模型。但在这样的一个应用程序,我们需要一个更精确的分析方法。
精确的电压下降了二极管是一种平稳变化电流的函数。因此,三个二极管后剩下的电源电压下降会显著改变取决于当前单片机是消耗在任何给定的时刻。
我们需要做的就是仔细估计单片机的当前消费,然后情节二极管的正向电流与正向电压的数据表帮助我们确定二极管下降将在可接受的范围之内的。
这里有一个例子:
情节BAS16GW二极管的正向电流正向电压的函数。图像使用的Nexperia
假设我们想要保持在2.7 V - 3.6 V电源电压范围。如果我们操作在室温和单片机需要1马,我们会有二极管滴在600 mV。这让我们靠近中间的VDD的范围内。
和上限二极管电压越低,正如上面提到的,470 mV和750 mV,这些对应的当前消费范围80年μA来10马(80年μA是一个近似因为情节不扩展到如此低的电流)。
为应用程序就像我们考虑在这篇文章中,10马是相当高的,除非单片机必须提供当前严重的I / O驱动发光二极管或一些这样的。的EFM8蜜蜂例如,只有4.5马当操作在24.5 MHz。当前的消费下降0.9 mA在1.53 MHz。
当你看到这些数字,three-diode监管机构似乎是一个可行的选项,可能在相当多的应用程序提供足够的性能。然而,在我们进入成本分析之前,我们需要讨论一个重要的限制。
处理电流的单片机
单片机的当前消费减少,二极管下降也会降低,这将导致更高的电压传递到设备的VDD销。如果VDD电压过高,单片机可能受损。这将发生在设备进入低功耗睡眠或待机模式。
然而,另一个可能性是一个正常的重启将导致暂时电流消耗。这将是一个瞬态事件,因此,旁路电容器可能保护单片机,但我从来没有使用three-diode调节器在实际电路中,所以我不确定。
解决这些问题是包括其他电路,防止当前成为危险的低。这可能是自动完成的如果你有其他组件电流通过二极管。否则,您可以包括一个电阻大小根据最小可接受的二极管电流:
这是否真的降低成本吗?
我发现最便宜的线性稳压器IC Digi-Key成本4.3美分(所有的在这一节中提到的价格参考大量订单,意味着成千上万的单位)。
如果单片机的绕过帽不充分稳定调节器,您还需要一个输出电容器。(我总是单独的电容器的监管机构和单片机,但如果你认为他们可以共享一个帽,在评论中让我们知道。)1μF陶瓷帽BOM成本将增加0.3 - -0.4美分。
我看见一个three-diode数组(即。,三个独立的二极管表面装配包)售价为2美分。个人表面装配二极管低至1.2美分,总成本为3.6美分。电阻将比电容便宜一点,也许0.2美分。
这些数据表明,适度降低成本是可能的。然而,这是一个简单的分析,我的直觉告诉我,当所有采购因素被认为是,three-diode解决方案会更好的从经济的角度看。
结论
我为提出一种原始疯狂供电电路,拯救我几美分而提供平庸的性能和复杂的设计任务?还是这样的创新之举,是电气工程的一个重要方面?
你曾经用这样的电路,而不是一个线性调节器吗?请在评论部分分享你的想法和经验。
我认为你的假设是,单片机部分将作为一个常数负载,并非如此。任何活跃的设备如单片机将导致输出电压不稳定。