Dej tam PAC. Napájení nesmí na vycházku

Měření výkonu v jednom konkrétním okamžiku nebo spíše energetická bilance celého systému? Moderní elektronika si žádá víc. Jako vývojáři proto potřebujeme pochopit její chování a vše tomu následně i přizpůsobit. Časový horizont? V ideálním případě celý životní cyklus.

S rezervou a chytře

Součástkovou základnu zde každopádně máme a stále se nám rozrůstá. Vezměme si třeba nové integrované obvody PAC1761 a také PAC1861, celým názvem „Single-Channel Power Monitor with Accumulator“, které ve společnosti Microchip Technology představili koncem září [1]; na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme rovněž informovali v [2]. S těmito nástroji lze již navrhnout výkonnější a ještě spolehlivější 48V systémy, které změří nejen okamžité úrovně, ale budou také vnímat spotřebu energie, včetně její dostupnosti v proudu času. Systému tím nepřitíží, stejně jako jeho tvůrcům. Výrobce při monotorování slibuje flexibilní přístup, vývodově kompatibilní zapouzdření a ještě méně rizik či nejistot, spojovaných se samotným návrhem.

Přechod na 48V architektury vyžaduje, aby číslicově dozorované napájení vykazovalo dodatečnou provozní rezervu. Výrobce tak pro měření definuje napěťovou úroveň až 65 V, resp. ochranu proti špičkám ještě do 75 V, takže lze s přehledem zajistit odolnost vůči přechodovým jevům. K tomu si u nových prvků PAC rovněž přičtěte určitou „inteligenci“, která jim na základě akumulovaných dat z měření výkonu umožňuje v reálném čase chápat dynamiku spotřeby energie a také na ni vhodně reagovat. Pole působnosti máme opravdu široké a vedle automobilové techniky zahrnuje též i datová centra, telekomunikace či průmyslové systémy, internet věcí a chytré domovy nebo dokonce celá města.

Integruje klidně rok

Integrované obvody od společnosti Microchip, navržené k číslicovému sledování napájení, pamatují samozřejmě na programovatelná výstražná hlášení pro případy překročení napětí, proudu i výkonu. Rozpoznají náhlé změny zátěže a konfigurovat lze také prahové hodnoty akumulované energie. To vše s dostatečným předstihem, proaktivně a na základě jak okamžitého, tak i dlouhodobého chování. Obě měřicí novinky s jedním kanálem a přesahem až do automobilového průmyslu bude pokaždé chránit některé z pouzder typu VDFN-8, VDFN-10 či MSOP-10 o shodné velikosti 3 × 3 mm. Vývojáři si tak mohou vybírat z vývodově kompatibilních verzí a flexibilně reagovat na měnící se požadavky. Stačí jen zohlednit zastoupení vývodu VBUS+, pokud jde o monitorování na nižší straně napájení, funkci „Power-down“ či samostatný pin ALERT s negací.

Hlavní rozdíl mezi řadami PAC1761 a PAC1861 však spočívá v přesnosti, resp. rozlišení integrovaného analogově – číslicového převodníku ADC, čemuž také odpovídá vlastní odběr proudu. V případě dvanáctibitového senzoru PAC1761 proto při rychlosti 1024 vzorků za vteřinu počítejte s typickou spotřebou 90 μA, která se pro 16bitový systém PAC1861 změní v základním náhledu na 145 μA. Rychlostem 8192 sps dále odpovídá vlastní odběr 200, resp. 300 μA, zatímco na opačném konci s osmi vzorky za vteřinu startujeme na šesti či sedmi mikroampérech. Čip najde pokaždé své místo jak na vyšší, tak i nižší straně napájení, kde také může integrovat po dobu jednoho roku, nebo ještě déle. K nastavení výstražného systému, ale i dalších vlastností (vzorkovací frekvence, perioda integrace, jednorázové měření „single-shot“ apod.) slouží sběrnice SMBus nebo I²C. Oba nové obvody si také zakládají na automatické kalibraci v reálném čase, sloužící k minimalizaci chyby offsetu, pokud jde o napětí či proudy, zatímco nejsou vyžadovány žádné vstupní filtry. S nastavitelnou funkcí průměrování poté docílíme čistého výstupu s velmi nízkým šumem.

Výrobce pro vývojáře nachystal také desku EV12R33A v hodnotě 49 dolarů, včetně dalších užitečných nástrojů. Za nové monitorovací prvky PAC1761 a PAC1861 pak při odběru 10 000 kusů zaplatíme již od 56 centů. Tím ale výčet integrovaných obvodů skupiny „Current/Voltage/Power Monitor“ od firmy Microchip Technology [3] zdaleka nekončí. 42V zástupce v podobě PAC1711 s rozlišením 12 bitů, resp. 16bitové obvody PAC1811, jsme před rokem na webu DPS představili v [4], vícekanálové možnosti s prvky PAC1954 poté rozebírá [5]. Zmíněné řešení použije ke stanovení úbytků napětí V_SENSE jediný A/D převodník multiplexovaný tak, aby změřil a dále reportoval napětí ze čtyř snímacích rezistorů. Architektura bude proto vykazovat menší proudovou spotřebu než v případě čtveřice samostatných prvků.

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://www.microchip.com/en-us/about/news-releases/products/build-smarter-more-resilient-48v-power-systems-with-energy-aware-digital-power-monitoring

[2] Energie pod kontrolou. V reálném čase i pro 48V systémy, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:105802/energie-pod-kontrolou-v-realnem-case-i-pro-48v-systemy

[3] IO pro monitorování proudu, napětí či výkonu, https://www.microchip.com/en-us/products/amplifiers-and-linear-ics/current-voltage-power-monitor-ics

[4] Sledujeme spotřebu s osmi vývody. A polovinou spotřeby vlastní, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:104377/sledujeme-spotrebu-s-osmi-vyvody-a-polovinou-spotreby-vlastni

[5] Ve sledování většího počtu proudových úrovní si udělejte jasno, https://www.dps-az.cz/clanky/id:91830/ve-sledovani-vetsiho-poctu-proudovych-urovni-si-udelejte-jasno

robenek@dps-az.cz