Power Supply Circuit/es

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En esta sección hablaremos sobre el circuito de alimentación de Nano. Inicialmente se realizará una descripción de los circuitos necesarios para alimentar el procesador y las memorias y el LCD.


Contents

[edit] Cargador de Batería

La siguiente figura muestra el circuito encargado de cargar la batería, el IC SE9016 es capaz de cargar una batería de lithium-ion de una celda, cuando el Nano es conectado al puerto USB del computador. Power.png

[edit] Batería en proceso de Carga

Cuando se conecta el Nano al puerto serie del computador, este funciona como una fuente de 5V, y suministra la corriente requerida por el SE9016. En la siguiente Figura podemos observar el circuito equivalente cuando la batería se está cargando. Power charging.png

Analicemos el estado del transitor Q1, para poder reemplazarlo ya sea con un circuito abierto (Transistor en corte) o un circuito cerrado (Transistor en saturación: Q1 es un transitor MOSFET de canal P, por lo que necesitamos un voltage Gate-Source negativo mayor al voltaje de Umbral (-1.3V) para que entre en estado de conducción. Como podemos observar en la Figura anterior, VGATE(Q1) es de 5V y VSOURCE(Q1) = VBAT el cual puede tener un valor entre 0V y 4.2V, por lo que VGS(Q1) estará entre 0.8V y 5V, por lo que Q1 se encuentra en estado de corte, el circuito resultante se muestra en la siguiente Figura:

Power charging2.png

Los circuitos del Nano toman la alimentación de la señal VBATO, por lo que se requiere que esta pueda suministrar el voltaje requerido cuando la batería se esta cargando. La función del diodo D2 es permitir el flujo de corriente desde la fuente (puerto USB device), por lo que el voltage VBATO es igual al voltaje del puerto USB menos la caida de potencial requerida para que el diodo D2 entre en conducción (0.5V). Por otro lado, U5 suministra la corriente requerida para la carga de la batería (I_CHG), esta corriente puede ser programada fijando el valor de la resistencia que está conectada entre el pin 4 de U5 y tierra.

Como podemos observar, una combinación de resistencias (R14 y R15) permite seleccionar el valor de la corriente de carga; si Q3 se encuentra en corte (PW_ON_N = Estado lógico bajo) únicamente la resistencia R15 se encuentra conectada, con lo que la corriente de carga es 110mA, pero si Q3 está en estado de saturación (PW_ON_N = Estado lógico alto) la resistencia en el pin4 es el resultado del paralelo de R14 y R15, es decir 2K ohm, con lo que la corriente de carga es de 550mA

[edit] Operación normal con Batería

En condiciones normales de operación, la batería debe suministrar la corriente necesaria para la operación del Nano. La siguiente figura muestra el circuito equivalente en este modo de operación:

Power battery.png Analizando el estado de Q1 y D2 observamos que VGS(Q2) = -VBAT, con lo que este transistor conducirá siempre que el voltaje de la batería sea mayor o igual a 1.3V, mientras que V_D2 = -VBATO lo que hace que D2 este en estado de no conducción, el circuito resultante se muestra en la siguiente Figura:

Power battery2.png

De la anterior Figura podemos ver que el voltaje VBATO es igual al voltage de la batería, y permanecerá así mientras el voltaje de la misma sea mayor o igual a 1.3V.

[edit] Reguladores

Nano utiliza dos convertidores Step-Down basados en el IC EUP3406 (U2, U3); como puede verse en la siguiente figura estos conversores toman el voltaje de la batería y suministran a la salida un voltaje constante de 1.8V y 3.3V. Los conversores Step-Down son ideales para apliaciones portátiles, ya que trabajan en un aplio rango de voltajes, en nuestro caso el EUP3406 puede entregar su voltaje de salida aún cuando el voltaje de la batería disminuya a 2.5V, lo cual no se podría lograr con un regulador lineal

Power2.png


El EUP3406 permite un amplio rango de voltaje de salida, el cual puede ser fijado variando el valor de las resistencias R3,R6 y R10,R11 para obtener 3.3V y 1.8V respectivamente. La alimentación de estos conversores, y del regulador lineal BL8555 es VBATO, que como vimos anteriormente, puede provenir directamente de la batería o del voltaje suministrado al puerto USB. Adicionalmente, el EUP3406 permite deshabilitar la salida de voltaje, si el pin 1 (EN) se encuentra en un valor lógico alto, el circuito proporcionará a su salida el voltaje deseado (operación normal del dispositivo); si este pin tiene un valor lógico bajo la salida de los conversores será 0V, lo que asegura que los circuitos internos del Nano no podrán funcionar y por lo tanto no se cosumirá energía, y la carga de la batería se mantedrá (ahorro de energía). PWEN, es el negado de la señal PW_ON_N (Ver Q2), la que a su vez es una salida del procesador, utilizada para controlar el voltaje de alimentación principal: Una salida en estado lógico bajo indica ON y una alta impedancia a la salida (high-Z) OFF.

[edit] Circuito de alimentación de la memoria SD

Nano permite controlar el voltaje aplicado a la memoria SD, utilizando el circuito de la siguiente Figura y el pin de propósito general GPD2, se puede permitir el paso de corriente hacia la SD (GPD2 en estado lógico bajo) o impedir el paso (GPD2 en estado lógico alto).

Power sd.png

La definición de las funciones que manejan de GPD2 (GPIO_SD_VCC_EN_N) se encuentran en el archivo arch/mips/include/asm/mach-jz4740/board-qi_lb60.h:

#define GPIO_SD_VCC_EN_N        JZ_GPIO_PORTD(2)
...
#define __msc_init_io()				\
do {						\
	__gpio_as_output(GPIO_SD_VCC_EN_N);	\
	__gpio_as_input(GPIO_SD_CD_N);		\
} while (0)
...
#define __msc_enable_power()			\
do {						\
	__gpio_clear_pin(GPIO_SD_VCC_EN_N);	\
} while (0)
...
#define __msc_disable_power()			\
do {						\
	__gpio_set_pin(GPIO_SD_VCC_EN_N);	\
} while (0)

[edit] Circuito de alimentación del puerto USB host (Sólo en la versión de desarrollo del Nano)

http://en.wikipedia.org/wiki/Decoupling_capacitor http://www.williamson-labs.com/480_dec.htm http://www.williamson-labs.com/ltoc/480_byp-lt.htm

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