Модуль питания для микроконтроллерных устройств с резервным аккумулятором (μCUPS)

Автор: viiv, viiv@yandex.ru
Опубликовано 18.10.2019
Создано при помощи КотоРед.

Введение

В некоторых случаях электронные устройства должны продолжать функционировать и в случае отключения питающего напряжения. Чтобы это обеспечить, используют резервный источник, от которого питается устройство во время отсутствия основного.

Дешевые и очень распространенные модули заряда на микросхеме TP4056 иногда используются для питания устройств на микроконтроллерах. В моем случае, мне хотелось такой же, только с "перламутровыми пуговицами". А именно:

• держатель аккумулятора типоразмера 18650 на плате модуля;
• синхронный понижающий преобразователь с выходным напряжением 3.3V с опцией эффективной работы при малых токах нагрузки и максимальной скважностью 100% (для питания микроконтроллера и других компонентов устройства)
• опционально повышающий преобразователь с выходом 5..12V (для питания исполнительных устройств, …).

Вот именно такой модуль, с перечисленными выше изменениями и был сделан.

Схема модуля

Схема модуля представлена на рисунке:

 Схема не отличается оригинальностью, «обвязка» микросхем по рекомендациям из документации. Однако, все же некоторые пояснения.

«Системное» напряжение (Vsys)

Диоды D1 и D4 служат для «объединения» входного напряжения (Vin) и напряжения резервной батареи (Vbat). P-канальный полевой транзистор Q1 шунтирует D4 при отсутствии входного напряжения, чтобы уменьшить потери на D4 при питании устройства от аккумулятора.

Перемычки R17 и R20

Если в конкретном применении не нужен повышающий преобразователь (boost converter), то соответствующие компоненты не запаиваются на печатную плату. Чтобы подключить Vsys к выводу питания Vout необходимо замкнуть R17.

Аналогично, если не нужен понижающий преобразователь (buck converter), не запаиваются соответствующие компоненты и замыкается R20 (в этом случае на выводе Vсс будет "системное" напряжение Vsys).

Установка выходных напряжений

Выходное напряжение понижающего преобразователя определяется номиналами резисторов делителей обратной связи: R2, R7 – для понижающего преобразователя; R18, R19 — для повышающего. Что бы не смотреть даташиты, значения этих резисторов для типовых выходных напряжений приведены на рисунке ниже.

Разъемы для подключения

На схеме входные и выходные сигналы показаны в виде "тестовых" точек. На печатной плате они расположены так, что могут быть запаяны разъемы с шагом 2.54 мм (например, серии PLD).

Разъем входного питания - тут все понятно, подключение к источнику питания +4.5..5.5V (Vin, GND).

Разъем для подключения устройства:

Печатная плата

Печатная плата имеет размеры 104.2 x 20.4 мм. Все компоненты, кроме держателя элемента 18650 и терморезистора TH1, монтируются с одной стороны.

Расположение компонентов на печатной плате:

Фото модулей

Модули питания uCUPS c держателем элемента 18650 и без:

Модуль uCUPS установленным аккумулятором типоразмера 18650:

Переполюсовка аккумулятора

Внимание! Держатель аккумулятора типоразмера 18650 в данном модуле не имеет механической защиты от неправильной установки элемента питания. Перед установкой элемента 18650 убедитесь в правильной полярности. Так же следует быть внимательным и соблюдать полярность при подключении питания и аккумулятора к модулю без держателя.

Полезные ссылки

• Неплохое описание модулей заряда на микросхеме TP4056
• TP4056, даташит с сайта производителя (на китайском языке :-)
• TP4056, даташит на английском языке (три страницы)
• TD6817 на сайте производителя и TD6817 даташит
• MT3608 даташит

Файлы:
Статья в pdf формате

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Преобразователь питания мультитестера