La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 2, Balance - Trabajar a través de todas las opciones

Nota de aplicación 5570

La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 2, Balance - Trabajar a través de todas las opciones

Por:
Bill Laumeister, Ingeniero de aplicaciones estratégicas

08 de marzo 2013

Resumen: La eficiencia energética es un elemento fundamental de cualquier diseño. La administración de energía se ha vuelto más complejo, con cada conteo microamperios en la búsqueda para prolongar la duración de la batería o reducir al mínimo el calor. Esta nota de aplicación estudia ingeniería paradójico compensaciones, tales como la reducción de onda en fuentes de alimentación conmutadas y el poder de gestión en los modos de espera y el sueño, para lograr una mayor eficiencia de energía.

Una versión similar de este artículo apareció en electronica , 15 de febrero de 2013.

Introducción

Eficiencia de energía que han tenido que lidiar con eso en nuestros diseños. Siempre es un elemento fundamental de cualquier diseño, la gestión actual de energía es un tema particularmente complejo y difícil porque hay que contar cada microamperios para prolongar la duración de la batería o reducir al mínimo el calor. A veces ser un ingeniero de diseño se siente como caminar en la cuerda floja. Se resuelve por iteración, revisar los diferentes modos de funcionamiento, vuelva a definir las condiciones y el balance de ventajas y desventajas con las necesidades de la aplicación.

Esta nota de aplicación es el segundo de una serie sobre la eficiencia energética. La primera nota, aplicación 5569, " La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 1, Harmony - Design como un director de orquesta ", trata sobre cómo un ingeniero de diseño debe identificar las deficiencias aún pequeños en la estructura de poder que podrían afectar negativamente la eficiencia energética. Como un conductor musical, los ingenieros de control de los parámetros de energía que resultan en un sistema armónico, eficiente ... o por el contrario, algo menos que ideal. En esta nota de aplicación, continuamos explorando muchos de la ingeniería contradictoria, incongruente y paradójico compensaciones a nuestra disposición. Si nos fijamos bien, de hecho, llevamos a cabo un acto de equilibrio con cada decisión de diseño.

Impacto duradero de cambios aparentemente menores

El reto universal (o, a veces una maldición) del diseño de circuitos es reducir el ruido y la onda expansiva en las fuentes de alimentación con un mínimo de componentes. Esto está en el corazón de la eficiencia de suministro de energía. Puede ser un objetivo difícil de alcanzar, e incluso aparecen sin sentido a la experiencia. Sin embargo, cada cambio aparentemente pequeño tiene un impacto. ¹

Un diseñador inteligente de energía se mueve de un inductor de un octavo de pulgada y lo gira 90 grados en una placa.Como resultado, la eficiencia de potencia aumenta 20%. Aquí es donde los condensadores de potencia de desacoplo y la fuente de entrada de impedancia o resistencia son críticos. ² Un diseñador inexperto intenta salvar peniques y pierde energía en forma de calor cuando condensadores inferior con una mayor resistencia en serie equivalente (ESR) se utilizan.Por el contrario, la eficacia de un condensador de desacoplamiento de fuente de alimentación se puede aumentar mediante la adición de inductores, resistencias de la serie, y los granos de ferrita para hacerlos en filtros de paso bajo.Esta técnica ayuda cuando la aplicación tiene un conocido sensible ancho de banda requisito. Podemos optimizar el rechazo del ruido y reducir la disociación capacitancia tamaño entendiendo el ancho de banda de las necesidades de la aplicación. ³ Echemos un vistazo más de cerca a algunos de los problemas de diseño y compensaciones disponible para nosotros, y cómo podemos negociar a través de la compensación de cada uno. ⁴

La reducción de la ondulación

Cambio de fuentes de alimentación tienen rizado de salida. Un enfoque consiste en utilizar el filtrado para reducir esta ondulación. Otro enfoque es crear menos ondulación mediante el uso de conmutadores múltiples que son el tiempo de entrelazado. El enfoque más común emplea dos o tres dispositivos de fase. El hecho de que dos o tres trenes ondulación síncronos se combinan reduce el rizado. Bueno, sí, pero hay un trade-off con el número de componentes: por lo general dos o tres pequeños inductores son necesarios (uno por cada fase). ⁵

Otra consideración importante es la ondulación de la tensión permitida. En el caso de una red GSM ^® teléfono celular, los impulsos de energía se producen en 217Hz y sus armónicos. Cambios internos de la batería impedancia con la corriente consumida, lo que hace un condensador de desacoplamiento través de la batería importante. ¿Cuánta capacidad se necesita? No hay una respuesta simple. Se convierte en un proceso iterativo para optimizar desacoplamiento de energía.Junta de diseño, el tamaño del condensador, y dieléctricos tener grandes efectos sobre la complejidad del sistema. Por otra parte, haciendo que la energía tan limpia como sea posible sin más limpieza fácilmente podría requerir energía adicional condensadores de desacoplamiento o capacitancia.

Maximización de uso corriente para circuitos múltiples

Vamos a hablar acerca de los circuitos apilados. Supongamos que tenemos dos conjuntos de circuitos digitales que atraen a una cantidad similar de corriente. Los circuitos tienen pocas entradas y salidas y puede ejecutarse en aproximadamente 2,5 V, pero la tensión de alimentación es de 5V. Podemos utilizar una fuente de dinero y hacer cambio de 2,5 V con una pérdida de poco calor. ¿Cómo sobre el apilamiento de circuitos en la parte superior de la otra? Por ejemplo, el circuito 1 funciona desde el suelo hasta 2,5 V y el circuito 2 funciona entre 2,5 V y 5V. En efecto, estamos usando el doble de la corriente. La potencia disipada en los circuitos 1 y 2 sigue siendo la misma y sin calor adicional es producida por un convertidor reductor. Hay, sin embargo, un inconveniente porque los voltajes que entran y salen de los circuitos deben ser traducidos arriba y hacia abajo. En comparación con el convertidor reductor, traduciendo algunas señales es menos complejo, consume menos energía y produce menos calor.

Suministros de conmutación

Giradores transformar la capacitancia en la inductancia. Mientras giradores no puede almacenar energía como una bobina real en una fuente de alimentación de conmutación, que son muy útiles para usar como filtros de paso bajo de energía.Suministros de conmutación pueden utilizar inductores roscados, autotransformadores y transformadores reales con múltiples devanados para el aislamiento. Las fuentes más eficaces son los que se adaptan a sus cargas. Conocer la aplicación del sistema permite regular la cantidad de maestro y permitir subproveedores para operar bucle abierto. ⁶

Disipadora de energía y reducción de voltaje

Los circuitos lógicos para complementarios de óxido de metal (CMOS semiconductores) ( Figura 1 ) se disipan potencia de dos maneras: a través de las fugas y a través de la carga y descarga de capacitancia cuando se cambia. Fuga tiende a ser IC-proceso dependiente. Como los transistores se reduce de tamaño, la tensión de alimentación se reduce y las capas de aislamiento se hacen más delgados. Corriente de fuga, ya sea en polarización inversa unión o subumbral actual, generalmente se pierde el poder, ya que no contribuye a la tarea en cuestión. Operativo o de potencia dinámica es típicamente órdenes de magnitud mayor que la corriente de fuga. Ver la Figura 2 .

Figura 1. Un típico CMOS circuito de entrada.

Figura 2. El voltaje en un pin de entrada CMOS vs corriente de alimentación. Los datos corresponden al MAX5391 potenciómetro digital.

No hay más que decir acerca de conmutación: cuanto mayor es la frecuencia de conmutación, mayor es la pérdida de potencia. El ahorro de energía más grandes con conmutación viene de la reducción de la tensión de servicio. Dividiendo la tensión por dos, mientras que el mantenimiento de la capacitancia y la frecuencia, reduce el consumo de potencia por un factor de cuatro. Esto se explica por la fórmula P = CV ² f, donde los términos son de potencia, capacitancia, voltaje y frecuencia. Todos los términos son lineales excepto tensión, que es cuadrática. Esto explica por qué tensión tiene un efecto tan grande.

La reducción de voltaje trae otras compensaciones. Una oscilación de voltaje más bajo hace inmunidad al ruido problemático. Si se opta por medio voltaje relojes, uno debe traducir el voltaje arriba y hacia abajo. El óxido de metal-semiconductor (MOS) transistores ser más lento debido a que las tensiones de umbral no se puede escalar con la tensión. Esto puede ser un problema importante si usted necesita para evitar la corriente de fuga desproporcionada.

La reducción de la capacitancia

La reducción de capacidad en un diseño siempre ha sido una buena manera de mejorar el rendimiento y menor consumo de energía. Hay dos categorías de capacitancia:. Parasitarias e inevitable ^{7, 8} Puesto que es el producto de la capacitancia y la frecuencia que cuenta, que puede compensar una por la otra. Siempre reducir la capacitancia parásita medida de lo posible, para la capacitancia inevitable, tratar de reducir la frecuencia. ⁹ Un método eficaz de reducir la frecuencia de conmutación es detener el reloj con sincronización de reloj. Esto elimina cualquier conmutación y cortar la alimentación de circuitos que no son necesarios para la función actual. Algunos procesadores de dormir con frecuencias de reloj muy reducidos. En lugar de megahertz velocidades de reloj, se puede utilizar un reloj 32kHz. Un cristal de 32 kHz es una frecuencia de reloj común. De esta manera, el procesador puede realizar un seguimiento preciso del tiempo y se despierta a intervalos precisos.

Administración de energía en los modos de espera y de sueño

Comprender la relación entre la aplicación de la operación de los modos de espera o el sueño es esencial para optimizar el consumo de energía. El proceso de fabricación IC afecta en gran medida el consumo de energía en algunos aspectos sutiles como veremos más adelante. Los ingenieros comenzaron a pensar en esto hace unos años cuando funcionan con baterías dispositivos debían durar 10 años entre cambios de batería. Estos dispositivos incluyen el gas natural y residencial contadores de agua, y el humo y monóxido de carbono (CO) alarmas. Otro ejemplo llamativo es un horno de microondas con un reloj. El reloj funciona 24/7 y el horno de microondas se usa unos minutos al día, por lo que el costo de la energía más de un año puede ser igual que el horno y el reloj. "Poder Vampire" es lo que llamamos el poder invisible utilizado durante el sueño o cuando la operación está aparentemente cerrado .

Podemos usar un ejemplo hipotético para ilustrar el tema. Tenemos dos procesos de IC. Escenario A se basa 15mA durante la operación y 50nA en modo de suspensión. Dejamos a la corriente de operación para el escenario B a 6 mA, pero la fuga llega hasta 250nA. Esta fuga en el escenario B afecta gravemente a la aplicación de baterías donde el dispositivo debe dormir más del 99,99% de las veces para que la batería tiene una duración de años. Un dispositivo que está despierto un segundo por día es una parte en 86.400. En el escenario A, la corriente total usada es 0,01932 segundos amplificador al día (es decir, 0,015 segundos durante el funcionamiento del amplificador, amplificador 0,00432 segundos en el modo de reposo). En el escenario B, el total es de 0,02760 segundos amplificador (es decir, 0,006 segundos durante el funcionamiento de amplificador y amplificador de 0,0216 segundos en modo de reposo). Surprise.Escenario B con el "mejorado", nueva corriente de funcionamiento más baja en realidad realiza peor! A riesgo de predicar demasiado, este ejemplo pone de relieve la necesidad de entender la aplicación y la interacción de los procesos de fabricación IC muy bien.

¿Cómo podemos reducir la energía de reserva en un aparato de consumo que necesita el control remoto? Existen numerosas posibles respuestas. Si el indicador de alimentación es necesaria para la confianza de los clientes, podemos hacer que el parpadeo del LED para unos pocos microsegundos, lo que es más corto que un parpadeo humano y por lo tanto es fácilmente visible a la gente.

Otra opción para reducir la energía de reserva es hacer que el infrarrojo radiación (IR) receptor dormir la mayor parte del tiempo. Para ello, el control remoto debe ser durante dos segundos cuando el "ON", se presiona el botón, el "ON" código IR se modula con repetidos "ON" códigos que son únicos para ese tipo de dispositivo. El aparato, incluyendo el microprocesador para reconocer el código de IR, está fuera tanto como sea posible. Cuando el receptor de infrarrojos está despierto, tiene un filtro de paso de banda que permite la modulación IR pasar y rectificar su salida. Esto hace que el receptor ignore la luz solar y remotos IR a otras frecuencias. Cuando IR modulación se detecta, el microprocesador se enciende para ver si el código coincide con el código de IR para este aparato. Se puede utilizar el resto de los dos segundos "ON" comando para hacer esto. Si el código coincide, el dispositivo despierta. Si el código no coincide, el aparato se vuelve a dormir. Este enfoque reduce la potencia del circuito de funcionamiento en modo de espera y utiliza el bandpassed, rectificado señal "ON" para minimizar la posibilidad de falsas llamadas despertador.

Hay otra situación importante a considerar aquí. ¿Qué pasa si la potencia de entrada de CA está perdido? ¿El dispositivo permanezca apagado hasta que la gente usa el control remoto para encenderlo? Aquí debemos tener en cuenta la seguridad del aparato y tal vez el entorno operativo también. Por ejemplo, no queremos un horno, secador de pelo, o aparato de calefacción a encender sin previo aviso e iniciar un incendio.

Modos de Gestión para prolongar la duración de batería

Conocer el comportamiento exacto de la carga de la fuente de alimentación nos permite personalizar los cambios de modo que coincida con las condiciones de la batería. Los circuitos pueden ser clasificados de acuerdo a su capacidad para aceptar cambios en la tolerancia de tensión o regulación. ¹⁰

• Circuitos analógicos con los estrictos requisitos de la regulación de tolerancia: ADCs, DACs, amplificadores de potencia de RF
• Circuitos analógicos con tolerancia regulación más amplia: Amplificadores operacionales y circuitos con buenas relaciones de rechazo de fuente de alimentación (PSRRs)
• Circuitos digitales con estrechas tolerancias de tensión: entradas y salidas (E / S) y las interfaces externas
• Circuitos digitales con tolerancias estrictas de media tensión: CPUs y memoria
• Circuitos digitales con tolerancias de tensión sueltos: la lógica al azar y máquinas de estado

Un teléfono celular es un ejemplo de cómo los cambios de modo se puede prolongar la vida útil de la batería. Cuando la batería está casi completamente cargada, un interruptor puede suministrar el voltaje de la batería directamente a algunos circuitos y el uso de un convertidor reductor para otros circuitos. Como las caídas de tensión de la batería, la potencia desde el convertidor buck se puede cambiar a recibir directamente energía de la batería. Además, como la tensión de la batería sigue bajando, la tensión puede ser necesario un convertidor de refuerzo para maximizar la vida de la batería. A partir de este ejemplo, se puede apreciar cómo la comprensión de la carga de alimentación y su sensibilidad puede ser una ventaja para extender la vida de la batería.

Un smartphone moderno puede funcionar en modos diferentes, cada una de las cuales tiene sus propios problemas de energía. He aquí la clave de la eficiencia energética éxito es la comprensión de la aplicación también. En virtud de alta potencia que puede operar como un teléfono en full-duplex modo, transmitir y recibir simultáneamente. La transmisión probablemente parece continua al usuario. Un ingeniero, sin embargo, podría ver cualquiera de potencia pulsante como el sistema transmite en una ranura de tiempo (tiempo de acceso múltiple por división, o TDMA , un Sistema Global para Móviles temprano ( GSM ) de comunicación) o el consumo de energía más continua en una secuencia directa de amplio sistema de espectro (código de acceso múltiple por división, o CDMA). ¹¹

Modos de operación también cambian para adaptarse a las configuraciones específicas de operación. Uso del teléfono inteligente de nuevo como ejemplo, puede tener una docena o más de los modos de funcionamiento, como el modo avión (no hay transmisión de radio), Wi-Fi ^® de sólo transmisión, reproductor de MP3, paso a paso las direcciones con display encendido, apagado , o tenue, el modo de juego, sólo texto, cámara, Skype ^® , lector de libros electrónicos, y miles de aplicaciones. En estos modos se encuentran las oportunidades para extender la vida de la batería al desactivar circuitos que no sean necesarios.

Conclusión

El conocimiento es poder. El conocimiento detallado de la aplicación es la herramienta más poderosa de que dispone el diseñador. Se dicta los límites de la cuestión, pero todavía permite que el ingeniero inteligente para pensar creativamente, reducir el tamaño y el costo, aumentar la vida útil de la batería, y en última instancia proporcionar un entorno operativo agradable para el usuario.

Todo esto puede parecer obvio para la mayoría de los ingenieros y los lectores. Sin embargo, la tarea y el esfuerzo para optimizar la eficiencia de energía no son tan sencillas como parecen. Con cada desafío, y sin duda con cada decisión, el diseñador debe poder equilibrar el comercio-offs como si caminar sobre una cuerda floja. La interacción de incluso pequeños cambios en otros circuitos aparentemente sin relación requiere una vigilancia constante. Así pues, nuestro proceso de diseño debe ser iterativo, cambiando pequeñas cosas para optimizar el consumo de energía del sistema en general. Esta es la razón por la que un buen diseñador experimentado puede poder hacer magia para extender su vida útil.

Referencias

1. Tutorial 660: " regulador Topologías para sistemas alimentados por baterías . "
2. Nota de aplicación 3166, " Resistencia Fuente: The Killer Eficiencia en DC-DC Converter Circuitos ".
3. Tutorial 986, " Explicación de entrada y de salida de ruido en Convertidores Buck ".
4. Tutorial 2031, " DC-DC convertidor Tutorial ".
5. Nota de aplicación 4596, " Mejorar el rendimiento de dos fases Convertidor Buck con una topología Coupled-Choke ".
6. Tutorial 716, " Disposición adecuada y la selección de componentes Controles de EMI . "
7. Nota de aplicación 842, " Mathcad Calcula condensador de entrada para Step-Down Regulador Buck ".
8. Para un análisis de las pérdidas del inductor y el condensador, ver nota de aplicación 4266, " Un manual para la Eficiencia Switch-Mode, DC-DC Power Supplies Converter ".
9. Para una discusión de buenos fundamentos, ver el tutorial de 1897, " La construcción de una fuente de alimentación DC-DC que trabaja ".
10. Nota de aplicación 3174, " Selección de administración de energía del teléfono celular ".
11. Nota de aplicación 3434, " Reducción de potencia de RF para CDMA / WCDMA Teléfonos celulares ".

GSM es una marca registrada y marca de servicio registrada de GSMA. Skype es una marca comercial registrada de Skype Corporation Limited. Wi-Fi es una marca registrada de certificación de la Wi-Fi Alliance Corporation.

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La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 1, Harmony - Diseño como un director de orquesta Por:

Nota de aplicación 5569

La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 1, Harmony - Diseño como un director de orquesta

Por:
Bill Laumeister, Ingeniero de aplicaciones estratégicas

08 de marzo 2013

Resumen: En la búsqueda de dispositivos más pequeños, más delgados y más potentes, los diseñadores necesitan para reducir el tamaño de los pasivos de energía, inductores y capacitores. Esta nota de aplicación estudia ingeniería paradójico concesiones, centrándose en la gestión de energía y suministros de conmutación. Después de un debate de la conmutación y filtrado de las pérdidas, el cambio de fallas, tiempo muerto, y disparar a través, discusión se centra en los trucos del oficio en el uso de circuitos integrados integrados para resolver los problemas en ahorro de energía.

Una versión similar de este artículo apareció en electronica , 7 de enero de 2013.

Introducción

Pasivos de energía, inductores y capacitores son grandes en productos de consumo actuales. Eso es grande en tamaño físico como en comparación con los teléfonos delgados y comprimidos pequeños que aparecen en todas partes hoy en día. ¿Qué es un ingeniero que haga? Tenemos que ser inteligentes y aplicar métodos científicos. Parece que oigo esto cada semana. "Vamos a reducir la potencia de conmutación de alimentación tamaño y aumentar la eficiencia", que por lo general significa agregar más tiempo de funcionamiento de la batería. Claro, buena idea, pero todavía tenemos que reducir el espacio físico. Un enfoque prometedor para el dilema es atacar a los pasivos de energía debido a su tamaño relativamente grande.

Comenzamos esta serie de dos partes mediante la exploración de ingeniería muchos contradictorio, incongruente y paradójico trade-offs. Parte 1 se centra en la amplia gama de conocimientos, como un director de orquesta, que un buen diseñador debe tener para garantizar una bien integrada, eficiente energéticamente solución. El director de orquesta sinfónica debe conocer el sonido y la capacidad de cada instrumento y cada músico para dirigir una producción armónica.Su hábil entrelazamiento de la música añade al deleite de la audiencia y crea clientes de vuelta. Sí, es un buen ejemplo para nosotros.

¿Por qué concentrarse en conmutadas?

La tendencia en los aparatos es hacia los pequeños ahorros, ligero, delgado y con mucha energía "cool" características.Esto es cierto para los dispositivos de consumo portátiles, ultra-delgados televisores de pantalla grande, e incluso para productos de línea blanca como plato y lavadoras de ropa y secadoras de ropa. Los consumidores están exigiendo más baterías que duran funcionamiento y la carga más rápido. Las cuestiones que realmente se cristalizan en la administración de energía y las baterías. Tecnología de batería ha prometido avances importantes, pero éstos han tardado en materializarse porque los problemas de la química son difíciles de resolver con rapidez. Como resultado de ello, hay que centrarse en abordar la cuestión de la gestión. lineales analógicos regulador de las fuentes de alimentación debe girar exceso de voltaje en calor donde conmutadas puede transformar la tensión con una pérdida mínima.

La idea inicial es para ahorrar energía. En primer lugar, hay que apuntar a nanoamperios por lo que no necesita energía tanto. Mientras que hay muchas técnicas para ahorrar energía en componentes discretos, hay muchos más que se puede utilizar en el interior de los circuitos integrados (ICs). En segundo lugar, hay que situar los pasivos dentro de un paquete híbrido IC. Se podría salirse con la colocación de uno o dos componentes discretos dentro, pero seguramente no el 10.Vamos a intentarlo. En tercer lugar, debemos preguntarnos cómo podemos obtener pequeñas, que es lógicamente lo mismo que preguntar qué tan alto podemos ir en frecuencia sin sacrificar la eficiencia. ¿Podemos llegar lo suficientemente alto en la frecuencia de lo que realmente podría usar un cable de unión o un condensador on-chip?

Hay muchos tipos de conmutación suministros, pero en esta nota de aplicación, nos concentramos en el suministro de dinero. Esto lleva a un mayor voltaje y la reduce a un voltaje menor. Nuestra atención se centra en pequeños suministros, a menos de unos pocos amperios, y con tensiones menores de 10V. Pequeñas, alumbrado, energía eficientes son el sello distintivo de los encontrados en los consumidores y los dispositivos portátiles de la batería. ^{1, 2}

Comience por pérdidas Comprensión de alimentación de conmutación

Las pérdidas de energía (principalmente calor) se producen en dos áreas: la conmutación y filtrado de las pérdidas. Las pérdidas de conmutación son en la conducción y en la hora de cambio real; pérdidas de filtro suceder cuando se reduce onda a un nivel aceptable.

Pérdida de conducción es la pérdida de potencia en los transistores porque tienen una pequeña resistencia en la condición de sobre-. Recuerde que tener un cortocircuito sin resistencia no es posible, porque incluso un interruptor mecánico tiene alguna resistencia. Unión bipolar ( BJT ) y de óxido de metal- semiconductor (MOS transistores) podría ser utilizado en diferentes aplicaciones. En esta nota de aplicación, nos concentramos en complementarios MOS (CMOS) de transistores, ya que son los componentes más integrados. Una desventaja es que un CMOS con la mínima fuga de fuentede resistencia (R _DSON ) tiende a ser físicamente más grande y cambiar lentamente. Small-patrón transistores CMOS son rápidos pero tienen una mayor R _DSON . Dentro de un IC podemos paralelo muchos pequeños transistores CMOS para bajar R _DSON pero, por supuesto, nunca tenemos algo por nada. Pronto la capacitancia , resistencia, inductancia y de los dispositivos paralelos empezar a frenar la velocidad de conmutación.

Pérdidas de conmutación están asociados con el tiempo que se tarda en cambiar los transistores de encendido y apagado, y las pérdidas pueden ser considerables. Obviamente, tenemos que cambiar más rápido, pero ¿cómo? Hay límites, ya que es necesario cargar y descargar la inductancia y la capacitancia. Finalmente, como la velocidad de conmutación alcanza su menor tiempo y aumenta la frecuencia, llegamos a un punto en el que tenemos todos los conmutadores, subida y bajada, y no "a tiempo." En ese momento, la eficiencia es muy bien ido.

Vamos compuesto el problema mediante la introducción de tiempo muerto y la prevención de tiro a través. ^{3, 4} En la Figura 1 , los transistores superior e inferior no puede estar en forma simultánea sin cortocircuitar la fuente de alimentación a tierra. Se tiene mucho cuidado para asegurar que las señales de accionamiento de puerta están muy oportuna para evitar esto. Debido a las variaciones del proceso, los diseñadores de forzar un tiempo muerto corto en la forma de onda cuando ambos transistores están apagados. Este tiempo se resta del periodo de tiempo disponible, reduciendo aún más la frecuencia de conmutación posible. El tiempo muerto no siempre es suficiente para evitar todo shoot-through. Alternativamente, el tiempo necesario muerto es tan larga que, en el peor de los casos, la eficiencia de conmutación sufre. Tiro a través de eventos se producen cuando ambos dispositivos de salida son en (por ejemplo, con fallas del circuito o transitorios, tales como los cambios de carga bruscos). De tiro a través es más común cerca de cruce(tiempo muerto) cuando los transistores son casi completamente encendido o apagado. Un transitorio en este momento puede conducir ambos transistores parcial o completamente en.

Figura 1. A cambio de la oferta CMOS etapa de salida.

Ahora vamos a llenar en otro requisito en conflicto, donde la "cura" desperdicia energía y en realidad hace calor. Fallos de conmutación forman principalmente impedancia desajustes en la salida. Con fines generales suministros donde la carga es muy variable, a veces es difícil de eliminar fallos de conmutación. Así, se añaden amortiguadores transitorios. Un transitorio amortiguador comprende usualmente una combinación de resistores, inductores, condensadores, y a veces undiodo . El amortiguador se utiliza para reducir los transitorios de conmutación que puedan dañar los transistores de salida y otros componentes. Los amortiguadores son, sin embargo, no es bueno en volver la espalda energía extra en el circuito para aumentar la eficiencia. En su lugar, convertir la energía en calor.

Pérdidas de filtrado se define generalmente por la cantidad de ondulación que la carga pueda tolerar. Los circuitos digitales pueden soportar más ondulación a causa de sus umbrales digitales. ⁵ circuitos analógicos no pueden soportar incluso una pequeña cantidad de ondulación.

Inductor y tamaño del condensador está relacionada con la frecuencia. Como la frecuencia aumenta, la bobina y el condensador se encogen. Piense en la analogía de beber un refresco grande en grandes sorbos, que podría ser el "hombre" que se puede hacer, pero un niño podría hacer el mismo trabajo que en muchos sorbos pequeños. La potencia total transferida es el mismo, pero el pequeño inductor y el condensador se puede hacer a una frecuencia mayor y, con un diseño apropiado, menos ondulación y menos pérdida de potencia para el filtrado de paso bajo necesarios.

A partir del suministro de energía de diseño

Ahora las buenas noticias. Las pérdidas de conmutación descritos anteriormente son muy difíciles para los suministros grandes con múltiples componentes discretos destinados al uso general. Estos suministros deben adaptarse a una amplia gama de condiciones. Sin embargo, bien definido, suministros altamente integrados dentro de circuitos integrados permiten el control del diseñador, simular, y la costumbre encajar algún circuito especial topologías. No es tan difícil de diseñar, si usted sabe algunos trucos del oficio.

Conozca la aplicación

En primer lugar, debemos reunir información sobre el diseño y definir los temas a fondo. Incluido en el ejercicio son los detalles de cada requerido tensión y corriente. ¿Cuáles son las tolerancias, la precisión, la carga y la regulación de línea?Lo más importante, lo que realmente se requiere voltaje? Si la tensión no requiere tolerancias estrictas, sería un resistor-divisor y un convertidor de impedancia, tal como un transistor o un amplificador operacional ( op amp ), hacer el trabajo?

El calor es una preocupación importante por varias razones. El calor debe ser disipado para evitar un sobrecalentamiento del equipo. Esto puede ser un reto muy difícil cuando, por ejemplo, un teléfono celular se deja en el sol y se sella en un automóvil cerrado. Además, cualquier cantidad de calor de la vida sobrecalentamiento de la batería desechos y requiere la batería a cargar con más frecuencia. Nadie quiere eso. El tiempo entre cargas es la preocupación de los consumidores de suma importancia. Por lo tanto, los recuentos de eficiencia.

Conmutada o lineal?

Ahora tenemos que decidir cómo dividir los suministros a conmutada y configuraciones lineales. La mejor manera de realizar una alimentación conmutado es eficaz para comprender tanto la tensión de alimentación (por lo general la batería y la batería bajo tensiones de carga) y las variaciones de carga. El más eficiente de conmutación es uno que tiene poco cambio en la corriente de carga. Una forma sencilla de reducir el tamaño físico de la bobina y el condensador es para aumentar la frecuencia de conmutación. ⁶

Tomemos un ejemplo, un equipo especializado que cuenta con grandes diferencias en la potencia requerida en los modos de funcionamiento diferentes. Podemos pensar en dos aplicaciones con requisitos similares: un satélite receptor y una computadora seguimiento de un proceso físico, tal vez en el interior de una fábrica. Ambas situaciones intermitente utilizar un disco duro para almacenamiento de bajo coste. Para ahorrar energía y aumentar la vida del disco, el disco puede despin. Se especifica que el disco debe ser capaz de girar y estar listo para leer o escribir en 20 segundos. Esto significa que el receptor de satélite debe proporcionar un mínimo de 20 segundos de memoria de semiconductor de manera que cualquier comando desde el operador aparece como una parte integral de la operación. El dispositivo de vigilancia del proceso tiene que tener suficiente memoria de modo que los datos pueden ser intermitentemente grabado en el disco duro, mientras se minimiza la necesidad de girar el disco a la velocidad. Otro modo de funcionamiento podría ser el sueño profundo, que necesita la potencia mínima. Aquí, el proceso receptor de satélite o de la fábrica no está en uso durante la noche. En cualquier caso, cada modo de funcionamiento se debe acomodar a mantener la máxima eficiencia.

Tricks of the Trade integrados-Think "Dentro de la IC"

Conmutación genérico y lineales de tres terminales reguladores de voltaje necesario para operar sobre los extremos anchos de consumo de corriente debido a que los diseñadores no se puede predecir cómo o ​​dónde se van a utilizar.Cuando conocemos la aplicación exacta, podemos adaptar un circuito y optimizar la eficiencia. Por ejemplo, la manera fácil de hacer un regulador genérico es confinarlo a menor ancho de banda para evitar la oscilación. Luego dependerá de los condensadores de desacoplamiento para abastecer las rápidas corrientes de alta frecuencia transitorios, el regulador suministra la corriente promedio más lento. Esto suele ser un buen diseño compensación porque los condensadores pequeños locales cerca de los ICs mitigar las pérdidas de resistencia y la inductancia en las conexiones entre el CI y el regulador.

Una táctica diferente se emplea para cargas conocidas en amplificadores de audio: utilice más amplia regulación de la potencia de ancho de banda. El ejemplo más simple está desplegándose un voltaje de referencia para muchas etapas de amplificación. En este enfoque, se podría utilizar amplificadores operacionales para aislar pequeñas porciones de circuito y evitar interacciones.

Otra forma de reducir el tamaño del condensador de desacoplamiento es colocar un condensador relativamente pequeño en la entrada de un amplificador y usar la ganancia para aumentar el tamaño efectivo del condensador (es decir, el efecto Miller ⁷ ).

Piense transistores. Circuitos integrados tienen la ventaja de que la totalidad de sus transistores están hechos al mismo tiempo a través de un proceso fotográfico. Esto asegura un acoplamiento cercano de parámetros, mucho más estrecha que con transistores discretos realizados en diferentes momentos. La etapa de salida en la Figura 1 se puede añadir dos transistores si coinciden bien. El transistor superior y el inferior de cada ser dos transistores en una configuración en cascada. Debido a que los transistores tienen la mitad de la tensión aplicada a ellos, que se pueden controlar más fácilmente para mejorar la velocidad de conmutación y la eficiencia. Bien adaptadas circuitos de transistores en un único chip puede controlar más fácilmente la capacidad parásita y, por lo tanto, retardos de tiempo para reducir el tiempo muerto y para controlar la fase y la sincronización de múltiples suministros.

Otro "dentro de la IC" opción al principio suena tonto, hasta que hacemos la matemática y simulación. Por ejemplo, tenemos una fuente de 5V y desea realizar suministros 2.5V y 1.2V. El pensamiento convencional dice que debemos construir dos fuentes paralelas, 5V a 2.5V y 5V a 1.2V. A altas frecuencias (es decir, 30MHz a 100MHz), las pérdidas de filtro o rizado disminuir en comparación con las pérdidas de conmutación. Hay que hacer los cálculos para ver si los suministros en cascada tendría menos pérdida. Cascada de los suministros en realidad significa que la convierte 5V 2.5V y luego se convierte en la fuente de 2.5V 1.2V. En esencia, hay una doble conversión y pérdida de eficiencia al doble de dos pasos la potencia 1.2V. Reformulado simplemente, el suministro de 5V a 2.5V debe pasar toda la corriente utilizada en 2.5V más todo el actual utilizado en 1.2V. Algo sorprendente puede suceder ahora porque los transistores de suministro de 1,2 V tienen la mitad del voltaje a través de ellos en comparación con la condición paralelo: las gotas de conmutación pérdidas, especialmente con cargas ligeras suficiente para hacer que el par en cascada más eficiente.

Es muy común para hacer una fuente de alimentación limpia en una CI y luego proporcionar energía a los circuitos múltiples con espejos de corriente. Muchos diseñadores utilizan idénticos transistores npn porque se hacen al mismo tiempo, con el mismo proceso, y tienen idéntico V _BE caídas de tensión. Al vincular las bases juntos, cada emisor puede distribuir tensiones idénticas a muchas etapas de circuitos diferentes. Puesto que estamos replicando una fuente de alimentación limpia, el número de condensadores de desacoplamiento se reduce considerablemente.

Conclusión

Un director de orquesta coordina los instrumentos para producir una presentación armoniosa, limpia musical que suena, y agradable. El ingeniero del proyecto controla los parámetros de potencia que resultan en un sistema armónico y eficiente que agrada al usuario final. Tanto para el conductor y el ingeniero, el diablo está en los detalles. Nuestro conductor debe ser capaz de reconocer una interpretación perfecta instrumental, así como una pobre. Nuestro ingeniero de diseño debe ser capaz de identificar las deficiencias aún pequeños en la estructura de poder que puede influir negativamente en todo el dispositivo.

Hay mucho más que decir sobre este tema. En nota de aplicación 5570, " La integración de Pasivos de potencia y táctico compensaciones para la eficiencia de energía: Parte 2, Balance - Trabajar a través de todas las opciones , "hablamos de ingeniería controvertida y aparentemente imposible trade-offs en el diseño de sistemas de energía.

Referencias

1. Para más ideas sobre sistemas de baterías, ver el tutorial 671, " Gestión de la Energía para pequeños sistemas portátiles ".
2. Ver tutorial 5290, " una mayor integración Unidades de las nuevas generaciones de teléfonos inteligentes . "
3. Para obtener más información acerca de tiro a través de, ver nota de aplicación 1135, " pequeño condensador Mejora la eficiencia en el suministro de CPU de alta potencia ".
4. Para obtener más información y un ejemplo de los tiempos muertos y disparar, aunque la protección, véase la Figura 6 en la nota de aplicación 5424, " Control de Enfriador Termoeléctrico utilizando el microcontrolador DS4830 óptico ".
5. Para obtener más información sobre los umbrales digitales, consulte la nota de aplicación 4345, " bien fundamentada, es analógico digital ".
6. Para obtener más información acerca de un selector de 4 MHz, véase la nota de aplicación 3603, " Buck Converters proliferan en los dispositivos de bolsillo como características y aumentar el poder de procesamiento ".
7. Consulte la sección " Origen del efecto Miller "(PDF), escaneados por Kent H. Lundberg, John M. Miller," La dependencia de la impedancia de entrada de un tubo de vacío de tres electrodos a la carga en el circuito de placa, "Comunicaciones Científicas de la Oficina de Normas 15, 351 (1920): 367-385. Este artículo fue escrito en junio de 1919 y publicado en 1920 por la Imprenta del Gobierno en Washington, DC Los derechos de autor de este artículo ha expirado. Es ahora en el dominio público.

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La calibración siempre parece estar programada en el momento más crítico en un proyecto, pero ¿es realmente importante? En este tutorial se explica lo que es la verdadera calibración, por lo que es necesario, y la frecuencia con que se debe realizar. En el artículo también se explica cómo asegurar una calibración precisa cuando se trabaja con un laboratorio de metrología.

TUTORIAL 5275

Calibración - Huelga o una necesidad?

Por:
Bill Laumeister, Ingeniero de aplicaciones estratégicas

07 de marzo 2013

Resumen: La calibración siempre parece estar programada en el momento más crítico en un proyecto, pero ¿es realmente importante? En este tutorial se explica lo que es la verdadera calibración, por lo que es necesario, y la frecuencia con que se debe realizar. En el artículo también se explica cómo asegurar una calibración precisa cuando se trabaja con un laboratorio de metrología.

Una versión similar de este artículo apareció en electronica , 30 de enero de 2013.

Introducción

Calibración siempre parece estar programada en el momento más crítico en un proyecto. Por ejemplo, cuando el equipo está trabajando día y noche para prepararse para un espectáculo de la industria comercial anual. Como un ejemplo de cómo puede afectar a la calibración de un proyecto, vamos a suponer que una pieza de equipo de prueba está en un ciclo de calibración de seis meses. En cinco meses, el ingeniero de diseño se inicia una secuencia de prueba que dura dos meses.Si el instrumento es recalibrado en el medio de la prueba, la deriva o errores que se acumuló en los primeros cinco meses puede ser suficientemente significativa para requerir que las pruebas de ser renovado. ¿No sería mejor para calibrar los instrumentos antes de iniciar un proyecto grande que requiere que los equipos? ¿Y no sería bueno que el programa de calibración se publicó, así que no hay sorpresas? Se debe programar la calibración en el software de planificación de proyectos, al igual que cualquier otro evento, ya que puede estar en una ruta crítica. Si se omite, la calibración puede retrasar el proyecto.

¿Qué es la calibración?

Algunas personas lo dos instrumentos (por ejemplo, los alcances y metros) y los consideran "calibrado" si le dan la misma lectura. Sin embargo, hay algunos problemas con este enfoque, una de las cuales es que es totalmente no científico. Para comparar la lógica, nadie permitiría que un guardián libro para auditar su trabajo propio. Al realizar la calibración de esta forma, hay tres condiciones obvias que son imposibles de descifrar. En primer lugar, cuando un instrumento es un derecho y que está mal, cuál es cuál? En segundo lugar, si los instrumentos están equivocados en direcciones opuestas, ¿cómo puede un ingeniero dice que ninguno de los resultados es la correcta? Y finalmente, cuando ambos instrumentos están mal de la misma manera, un ingeniero tiene un mal resultado y no se sabe aún. Uno no se da cuenta cuando un instrumento es correcta sin un verdadero patrón externo trazable.

Figura 1. NASA Mars Exploration Rover Opportunity usó su cámara de navegación para grabar este punto de vista después de completar una unidad el 17 de julio de 2011. El estándar de calibración (en el círculo) era esencial para la misión. Imagen cortesía de NASA / JPL-Caltec.

El estándar de calibración debe ser siempre significativamente más preciso que el instrumento bajo prueba. No se olvide que la norma también tiene una tolerancia. Si la tolerancia de banda del dispositivo bajo prueba (DUT) y la banda de tolerancia de la superposición estándar, no hay una clara calibración. Esa es la razón por la calibración requiere típicamente un estándar que tiene por lo menos 10 veces la precisión del DUT. Tener un estándar con tolerancias claras y pequeñas permite que el DUT a ser ajustado, la prevención de la DUT de dar una lectura fuera de especificación como lo experimenta desviación normal entre calibraciones. Al calibrar el estado de la técnica de los instrumentos, es imposible para el estándar a ser 10 veces mejor. Como una cuestión práctica, un estándar que es 4 veces más exacta se puede utilizar, pero sólo en conjunción con procedimientos más complejos que incluyen comprobaciones cruzadas con otras normas.

Laboratorios de Metrología

Ingenieros serios comprar las mejores marcas del instrumento y esperar que esos instrumentos de prueba electrónicos para ser exactos. Con el tiempo deriva cosas, por lo que estos ingenieros enviar sus instrumentos a un laboratorio de metrología para la calibración. Pero lo que realmente sucede en el laboratorio de metrología? La mayoría de los laboratorios de metrología son buenos y eficaces. Por desgracia, hay excepciones. Algunas empresas buscan el laboratorio que es el mejor postor sin estudiar otras calificaciones. Corresponde a los ingenieros para verificar la veracidad de la práctica de laboratorio.Un gran laboratorio estará encantado de mostrarle los alrededores y se siente orgulloso de la trazabilidad de sus normas.Tome el manual de calibración para el instrumento y se sientan con el personal de laboratorio. Verificar que el laboratorio cuenta con los instrumentos necesarios para llevar a cabo una calibración precisa. También debe asegurarse de que los instrumentos de un laboratorio debidamente calibrados con trazabilidad. La mayoría de los países tienen su propio laboratorio nacional de normalización para esto, en los EE.UU., que es el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ¹. Un laboratorio de metrología bueno tiene registros que muestran que sus instrumentos comparar correctamente a una cadena de normas que se remontan a un maestro estándar mantenido por el NIST o la norma nacional distinta. Los componentes internos de instrumentos de prueba (tal como tensión divisores de referencias, de entrada, amplificador de ganancia, y offset) se puede variar con el paso del tiempo. Un programa de calibración de buena garantiza que el desvío típicamente menor no perturbar la medición. Se esta a la deriva que la calibración se encuentra y corrige. Pero los accidentes ocurren, los instrumentos se puede quitar o se puede resbalar y sondear un alto voltaje. Por ejemplo, un multímetro digital (DMM) se puede sobrecargar, causando un error grande. Debido a que las entradas se fusionan o el interruptor protegido, algunos piensan equivocadamente que esto no produce un fuera de calibración. Sin embargo, el alto voltaje puede saltar a través del dispositivo de entrada de protección, o un pasajero puede destruir el circuito antes de que el dispositivo de protección tiene tiempo para reaccionar. Cuando enviamos un instrumento para la calibración, se espera que el laboratorio de metrología para llevar el instrumento en la calibración . Los ingenieros también deben recibir un informe que muestra hasta qué punto fuera de calibración del instrumento antes, y hasta qué punto es después del ajuste. Si el informe muestra los errores significativos de calibración, puede ser necesario volver a hacer el trabajo de un proyecto que se completó con el instrumento y tomar nuevas medidas.

¿Cada cuánto se requiere calibración?

No hay una respuesta porque los instrumentos, medios y aplicaciones variar. Fabricantes de instrumentos de prueba recomendar intervalos de calibración para las condiciones típicas, condiciones extremas y mediciones muy críticos podrían requerir calibración más frecuente. Estas son algunas de las categorías generales de los intervalos de calibración:

1. Calibración de rutina como lo contempla el contrato al cliente, organización estándar de calidad, especificaciones militares, u otros requisitos de la industria. Es necesario revisar los requisitos aplicables antes de la prueba para asegurar que la calibración o la certificación para el equipo de prueba se cumple.
2. Antes y después de un proyecto de medición clave. Por ejemplo, cuando una carrera producto nuevo piloto es completa, un ingeniero de diseño caracterizar el producto, para asegurarse de que cumple con las especificaciones y optimizar el procedimiento de prueba. Los ajustes finales del ensayo efectuado aquí puede reducir sustancialmente el tiempo de prueba y afectar la rentabilidad. Prueba completa y fiable requiere que el estado de los instrumentos ser verificada antes y después del período de prueba.
3. Cuando se sospecha una medición está defectuoso o cuando el instrumento ha sido sobrecargado o se cae.Es importante comprobar la calibración y la fidelidad de seguridad (tal como un alambre de cortocircuito para el caso si se ha caído).

Calibración precisa no es un lujo innecesario-que garantiza la fiabilidad de los instrumentos de prueba y hasta la seguridad del personal. Por ejemplo, antes de trabajar en un equipo, se puede medir el voltaje de un medidor para asegurarse de que es seguro. Si el medidor está roto o da información incorrecta, podría causar lesiones o la muerte. Además, la calibración asegura la calidad. Garantiza los resultados exactos necesarios para comprobar que los productos en prueba final y se envía a los clientes realmente cumplen con las especificaciones.

Referencias

1. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) es una agencia del Departamento de Comercio de EE.UU..http://www.nist.gov/index.html

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MAX6190
Precisión, Microfuerza, Bajo-Salida Referencias de tensión
Muestras gratuitas

Las actuales leyes y regulaciones requieren honestidad, la tolerancia y precisión en básculas. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Esta nota de aplicación explica cómo medidores de deformación son útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación. "El polvo en las Escalas"

Nota de aplicación 5278

¿Por qué Honest Balanzas Son de aplicación específica

Por:
Bill Laumeister, Ingeniero de aplicaciones estratégicas

08 de marzo 2013

Resumen: Las actuales leyes y regulaciones requieren honestidad, la tolerancia y precisión en básculas. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Esta nota de aplicación explica cómo medidores de deformación son útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación.

"El polvo en las Escalas"

Recientemente, la industria electrónica ha perdido algunos grandes hombres. Una canción del siglo XX, "Dust in the Wind",^uno se lamenta de la dificultad de honrar a los héroes y grandes hombres. "Todo lo que somos es polvo en el viento." Sin embargo, nuestras sensibilidades sociales nos hacen anhelar para recordar y honrar sus logros. Así que puede ser polvo en el viento, pero aún mucho más de lo que los ingenieros del compañero.

El polvo es una metáfora interesante. En cuanto a la medición, una partícula de polvo es generalmente considerado como "nada". Escritos antiguos describen algo tan insignificante como "la película de polvo en la balanza". ² Lógicamente, debemos equilibrar la magnitud de un elemento que nos pesaje o calibración contra el significado del error de medición.Con un peso de especificación de polvo es muy diferente a pesar un camión grande, un producto químico o una molécula.En resumen, con un peso específico es de aplicación.

Leyes y regulaciones actuales requieren honestidad escala, la tolerancia y la precisión. Por lo tanto, nuestro enfoque en básculas honesto. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Los medidores de deformación son también útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación.

Rol Versátil de medidores de tensión para la Medición de Peso

El elemento de peso de medición más comúnmente utilizado es el medidor de deformación. Los medidores de deformación son también útiles para controlar el estrés en casi cualquier dispositivo o estructura; para la construcción de las mejoras en la arquitectura del terremoto; para la gestión de los efectos de la carga de tráfico en los puentes, y para predecir la reparación estructural y la prevención de fallos en los aviones. Las mediciones de presión, ya sea de la atmósfera, líquidos, gases, vapor o también se puede realizar por medidores de deformación. Los dos tipos más comunes de medidores de tensión son el tipo de metal de lámina de aluminio y los transductores peizoresistive basados ​​en semiconductores.Transductores piezorresistivos son más sensibles y tienen una mejor linealidad de los transductores metálicos de tipo papel de aluminio, pero requieren cuidados especiales para manejar inicial voltaje y la dependencia de temperatura.

Un medidor de deformación mide un cambio en la resistencia cuando la fuerza aplicada es variada. El medidor de deformación entonces convierte la presión o tensión en una señal eléctrica. Una célula de carga es uno o más medidores de deformación, es decir, los elementos resistivos activos envasados ​​en un envase conveniente. Dentro del sistema de escala o la medición, los medidores de tensión están típicamente conectados en una configuración de puente de Wheatstone para producir un diferencial de voltaje de salida. El equilibrado puente fue inventado por Charles Wheatstone en 1843 ^tres y ampliado por William Thomson (Lord Kelvin conocida como después de 1892) en 1856. La mayor mejora que hizo medidores de deformación práctico, sin embargo, fue la invención de los amplificadores, lo que puede aumentar los pequeños cambios en la tensión de la tensión mecánica.

El fallecido Karl Hoffmann coloca 30 años de su conocimiento en un libro muy bien escrito, "Introducción a Mediciones con galgas extensiométricas." Una copia gratuita es cortesía de Hottinger Baldwin Messtechnik (HBM) GmbH, Darmstadt. ⁴ El libro es más que 250 páginas de información detallada strain-gauge información. Los temas cubiertos incluyen tipos de medidor de deformación, criterios de selección, las influencias ambientales, materiales de montaje, un circuito de puente de Wheatstone, calibración, circuitos multifilares, la Ley de Hook, y la precisión de la medición.

Hoy en día el puente de Wheatstone es ubicuo y viene en muchas formas, cada uno con ventajas y desventajas. No tenemos el espacio para revisar todos los aspectos de este tema. En su lugar, nos limitaremos a señalar a la información pertinente ya cubiertas en las notas de aplicación. Enlaces a "Fundamentos Bridge resistivas: Parte Uno y Dos" ^5,6puentes de Wheatstone de cobertura y sus variantes. Interfaces de sensores, amplificadores y filtros se hace referencia a continuación. ^{7 a 12} Un tutorial sobre el sentido y la fuerza Kelvin protección está contenida en la hoja de datos MAX4554como son ejemplos de 3 -, 5 -, 8 - y el sentido 12-alambre, guardias, y conmutación.

Resumen

Una mota de polvo es pequeña cuando pesamos un camión grande y cuando pesamos una molécula-que realmente es la aplicación específica. Los componentes electrónicos son tan variados y pueden proporcionar la resolución y la precisión de las demandas de las aplicaciones cada uno.

Apéndice: Leyes y Reglamentos para la Tolerancia Honestidad Escala y precisión

Desde las primeras tribus socializados, balanzas de precisión han implicado una seria consideración. El comercio entre la gente probablemente dio lugar a las primeras reglas y leyes que dictan las escalas exactas e imparciales. Personas deshonestas pueden manipular fraudulentamente mediante el uso de escalas de pesos inexactos. Podrían multiplicarse los trucos mediante el uso de un conjunto de pesos para la compra y otro de venta. En los primeros tiempos de la Biblia esta práctica fue condenada por la tradición judía. ¹³ escalas de "hacer trampa" también podría ser manipuladas o inexactas hechas por hacer las longitudes de brazo desigual, ya que podrían ser prestados menos sensibles al hacer que el haz más grueso y más pesado o al tener los brazos relativamente corto.

Nuestra palabra Inglés "moral" viene de la raíz latina pecus que significa ganado. ¹⁴ El ganado era probable que la primera moneda de trueque para los romanos, tanto como ganado todavía están en muchas partes del mundo hoy en día. La Biblia¹⁵ refiere que el trueque o intercambio de ganado y bienes en pago, se recurrió a la de Egipto y Canaán durante la gran hambruna del siglo XVIII siglo BCE.

En el Código de Hammurabi ¹⁶ c. 1780 aC (es decir, la era de Babilonia), "muchos actos inmorales, como por ejemplo el uso de pesos falsos, mentirosos ... están severamente denunciado ... de probabilidades de llevar al delincuente en" la mano de Dios 'en lugar de' la mano de la rey '".

Mc Clintock y Strong Cyclopaedia, al examinar Éxodo 3:13 "el siclo del santuario," escribir "Aquí el siclo es evidentemente un peso y un sistema especial de que los ejemplos estándar se mantuvieron probablemente por los sacerdotes." ¹⁷

El 2 de marzo de 1799, los primeros estadounidenses pesos federales y las medidas de derecho fue firmado por el presidente John Adams. La agencia federal, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), comenzó en 1901 como la Oficina Nacional de Normas. Todas las normas del país de pesaje y medición se puede remontar de nuevo a este cuerpo. El Estado de California aprobó una ley en 1911 el establecimiento de un departamento del condado de Pesas y Medidas. La jerarquía del gobierno de EE.UU. en orden descendente es típicamente federales, estatales, del condado y de la ciudad.

Citaremos el departamento de Pesas y Medidas del Condado de Santa Clara ¹⁸ en el Silicon Valley. Su "misión es proteger al comprador y al vendedor en todas las transacciones monetarias que utilizan peso, medida o recuento." Algunos de los dispositivos que inspeccionen son "bombas de gasolina, básculas y otros dispositivos similares de precisión para que los consumidores se cargado el precio correcto. "A tal fin, la tara, o peso de tara, es el peso del embalaje, envase, o cualquier material no se considera producto o parte del peso neto. Peso en vacío más el peso neto igual peso bruto. La venta por peso bruto o medida es un delito menor en California (California Business & Professions Código 12023). Es interesante que una ley que prohíbe las ventas brutas de peso sigue siendo necesaria en el siglo XXI. Es evidente que esta cuestión se remonta a las primeras reglas tribales que codifican un trato justo para todos.

Para hacer retiro tara sencilla, muchos productos incluyen un microprocesador interno que puede ayudar pruebas. Por ejemplo, una escala de peso puede compensar el peso del envase del producto, tal como una jeringa, bolsa de plástico, o frasco de vidrio. Restar el peso del paquete (peso de tara) del peso bruto es necesario medir con precisión el peso neto de la materia en la escala. Debido a que el peso del paquete puede cambiar con el tiempo debido a la variación de fabricación o de un cambio de proveedores, es deseable para actualizar el peso de tara o recipiente de vez en cuando. Una tienda de hardware local vende clavos en peso, se coloca el envase (bolsa de papel en este caso) y pulsa el botón de tara. El peso de la bolsa está calibrado a cabo y la escala de los registros a cero, listo para uno de añadir los clavos.

Referencias

1. "Dust in the Wind", escrito por Kerry A. Livgren, Letras © EMI Music Publishing.
2. El polvo y las gotas de agua, Isaías 40:15.
3. Wheatstone, Charles, "Relato de varios nuevos instrumentos y procesos para la determinación de las constantes de un circuito de Voltaic", Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres de 1843. También Thomson, William, "Sobre las cualidades electro-dinámicas de los metales", Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres de 1856.
4. Hoffmann, Karl, Introducción a las Mediciones con galgas extensométricas , Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, 1989. www.hbm.com / fileadmin / Mediapool / techarticles / hoffmannbook / book_EN.pdf Hoffmann- .
5. Tutorial 3426, " Fundamentos Bridge resistivas: Primera parte ".
6. Tutorial 3545, " Fundamentos Bridge resistivas: Segunda parte ".
7. Tutorial 1839, " sensor de compensación de temperatura a través de la señal de Cuatro DAC Arquitectura Aire ".
8. Nota de aplicación 3396, " Driving Gauge Strain-sensores de puente con circuitos integrados de acondicionamiento de señal . "
9. Nota de aplicación 871, " Desmitificando Sensores de Presión piezorresistivos ".
10. Nota de aplicación 3775, " Consideraciones sobre el diseño de un sensor de bajo costo y una interfaz / D ".
11. Nota de aplicación 4437, " Cero-Deriva amplificador de instrumentación (IA) toma la tensión de Medidas de Sensor ".
12. Nota de aplicación 4179, " Autocero Noise Filtering Mejora la salida de amplificador de instrumentación ".
13. Peso exacto, Deuteronomio 23:13-16, 11:1 Proverbios.
14. Latina "pecunia" de "pecus", porque la riqueza de los antiguos consistía en el ganado. Consulte un diccionario de latín , Charlton T. Lewis, Ph.D. y Charles Short, Doctor en Derecho, Oxford Clarendon Press, 1879.
15. Ganado trueque, el general 47:14-17.
16. Horne, Charles F., Libro de Historia Antigua: Código de Hammurabi, c. 1780 aC , Introducción (1915),www.fordham.edu / Halsall / antiguo / hamcode.asp .
17. "Mc Clintock y Strong Cyclopaedia", página 482, "Money", de John McClintock, James Strong Volumen 6 de laCyclopaedia de Teología Bíblica, y la literatura eclesiástica , Harper (1876).
18. Peso y Medida División del Condado de Santa Clara, California, www.sccgov.org/portal/site/weights/ .

Piezas relacionadas

MAX6190
Precisión, Microfuerza, Bajo-Salida Referencias de tensión
Muestras gratuitas

Las actuales leyes y regulaciones requieren honestidad, la tolerancia y precisión en básculas. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Esta nota de aplicación explica cómo medidores de deformación son útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación.

¿Por qué Honest Balanzas Son de aplicación específica

Por:
Bill Laumeister, Ingeniero de aplicaciones estratégicas

08 de marzo 2013

Resumen: Las actuales leyes y regulaciones requieren honestidad, la tolerancia y precisión en básculas. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Esta nota de aplicación explica cómo medidores de deformación son útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación.

"El polvo en las Escalas"

Recientemente, la industria electrónica ha perdido algunos grandes hombres. Una canción del siglo XX, "Dust in the Wind",^uno se lamenta de la dificultad de honrar a los héroes y grandes hombres. "Todo lo que somos es polvo en el viento." Sin embargo, nuestras sensibilidades sociales nos hacen anhelar para recordar y honrar sus logros. Así que puede ser polvo en el viento, pero aún mucho más de lo que los ingenieros del compañero.

El polvo es una metáfora interesante. En cuanto a la medición, una partícula de polvo es generalmente considerado como "nada". Escritos antiguos describen algo tan insignificante como "la película de polvo en la balanza". ² Lógicamente, debemos equilibrar la magnitud de un elemento que nos pesaje o calibración contra el significado del error de medición.Con un peso de especificación de polvo es muy diferente a pesar un camión grande, un producto químico o una molécula.En resumen, con un peso específico es de aplicación.

Leyes y regulaciones actuales requieren honestidad escala, la tolerancia y la precisión. Por lo tanto, nuestro enfoque en básculas honesto. El más comúnmente utilizado peso de medición de elemento es el medidor de deformación. Los medidores de deformación son también útiles en aplicaciones múltiples que deben medir el estrés y la presión y sus efectos. La electrónica de honesto escalas de peso son variados, y pueden proporcionar la resolución y la precisión que exige cada aplicación.

Rol Versátil de medidores de tensión para la Medición de Peso

El elemento de peso de medición más comúnmente utilizado es el medidor de deformación. Los medidores de deformación son también útiles para controlar el estrés en casi cualquier dispositivo o estructura; para la construcción de las mejoras en la arquitectura del terremoto; para la gestión de los efectos de la carga de tráfico en los puentes, y para predecir la reparación estructural y la prevención de fallos en los aviones. Las mediciones de presión, ya sea de la atmósfera, líquidos, gases, vapor o también se puede realizar por medidores de deformación. Los dos tipos más comunes de medidores de tensión son el tipo de metal de lámina de aluminio y los transductores peizoresistive basados ​​en semiconductores.Transductores piezorresistivos son más sensibles y tienen una mejor linealidad de los transductores metálicos de tipo papel de aluminio, pero requieren cuidados especiales para manejar inicial voltaje y la dependencia de temperatura.

Un medidor de deformación mide un cambio en la resistencia cuando la fuerza aplicada es variada. El medidor de deformación entonces convierte la presión o tensión en una señal eléctrica. Una célula de carga es uno o más medidores de deformación, es decir, los elementos resistivos activos envasados ​​en un envase conveniente. Dentro del sistema de escala o la medición, los medidores de tensión están típicamente conectados en una configuración de puente de Wheatstone para producir un diferencial de voltaje de salida. El equilibrado puente fue inventado por Charles Wheatstone en 1843 ^tres y ampliado por William Thomson (Lord Kelvin conocida como después de 1892) en 1856. La mayor mejora que hizo medidores de deformación práctico, sin embargo, fue la invención de los amplificadores, lo que puede aumentar los pequeños cambios en la tensión de la tensión mecánica.

El fallecido Karl Hoffmann coloca 30 años de su conocimiento en un libro muy bien escrito, "Introducción a Mediciones con galgas extensiométricas." Una copia gratuita es cortesía de Hottinger Baldwin Messtechnik (HBM) GmbH, Darmstadt. ⁴ El libro es más que 250 páginas de información detallada strain-gauge información. Los temas cubiertos incluyen tipos de medidor de deformación, criterios de selección, las influencias ambientales, materiales de montaje, un circuito de puente de Wheatstone, calibración, circuitos multifilares, la Ley de Hook, y la precisión de la medición.

Hoy en día el puente de Wheatstone es ubicuo y viene en muchas formas, cada uno con ventajas y desventajas. No tenemos el espacio para revisar todos los aspectos de este tema. En su lugar, nos limitaremos a señalar a la información pertinente ya cubiertas en las notas de aplicación. Enlaces a "Fundamentos Bridge resistivas: Parte Uno y Dos" ^5,6puentes de Wheatstone de cobertura y sus variantes. Interfaces de sensores, amplificadores y filtros se hace referencia a continuación. ^{7 a 12} Un tutorial sobre el sentido y la fuerza Kelvin protección está contenida en la hoja de datos MAX4554como son ejemplos de 3 -, 5 -, 8 - y el sentido 12-alambre, guardias, y conmutación.

Resumen

Una mota de polvo es pequeña cuando pesamos un camión grande y cuando pesamos una molécula-que realmente es la aplicación específica. Los componentes electrónicos son tan variados y pueden proporcionar la resolución y la precisión de las demandas de las aplicaciones cada uno.

Apéndice: Leyes y Reglamentos para la Tolerancia Honestidad Escala y precisión

Desde las primeras tribus socializados, balanzas de precisión han implicado una seria consideración. El comercio entre la gente probablemente dio lugar a las primeras reglas y leyes que dictan las escalas exactas e imparciales. Personas deshonestas pueden manipular fraudulentamente mediante el uso de escalas de pesos inexactos. Podrían multiplicarse los trucos mediante el uso de un conjunto de pesos para la compra y otro de venta. En los primeros tiempos de la Biblia esta práctica fue condenada por la tradición judía. ¹³ escalas de "hacer trampa" también podría ser manipuladas o inexactas hechas por hacer las longitudes de brazo desigual, ya que podrían ser prestados menos sensibles al hacer que el haz más grueso y más pesado o al tener los brazos relativamente corto.

Nuestra palabra Inglés "moral" viene de la raíz latina pecus que significa ganado. ¹⁴ El ganado era probable que la primera moneda de trueque para los romanos, tanto como ganado todavía están en muchas partes del mundo hoy en día. La Biblia¹⁵ refiere que el trueque o intercambio de ganado y bienes en pago, se recurrió a la de Egipto y Canaán durante la gran hambruna del siglo XVIII siglo BCE.

En el Código de Hammurabi ¹⁶ c. 1780 aC (es decir, la era de Babilonia), "muchos actos inmorales, como por ejemplo el uso de pesos falsos, mentirosos ... están severamente denunciado ... de probabilidades de llevar al delincuente en" la mano de Dios 'en lugar de' la mano de la rey '".

Mc Clintock y Strong Cyclopaedia, al examinar Éxodo 3:13 "el siclo del santuario," escribir "Aquí el siclo es evidentemente un peso y un sistema especial de que los ejemplos estándar se mantuvieron probablemente por los sacerdotes." ¹⁷

El 2 de marzo de 1799, los primeros estadounidenses pesos federales y las medidas de derecho fue firmado por el presidente John Adams. La agencia federal, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), comenzó en 1901 como la Oficina Nacional de Normas. Todas las normas del país de pesaje y medición se puede remontar de nuevo a este cuerpo. El Estado de California aprobó una ley en 1911 el establecimiento de un departamento del condado de Pesas y Medidas. La jerarquía del gobierno de EE.UU. en orden descendente es típicamente federales, estatales, del condado y de la ciudad.

Citaremos el departamento de Pesas y Medidas del Condado de Santa Clara ¹⁸ en el Silicon Valley. Su "misión es proteger al comprador y al vendedor en todas las transacciones monetarias que utilizan peso, medida o recuento." Algunos de los dispositivos que inspeccionen son "bombas de gasolina, básculas y otros dispositivos similares de precisión para que los consumidores se cargado el precio correcto. "A tal fin, la tara, o peso de tara, es el peso del embalaje, envase, o cualquier material no se considera producto o parte del peso neto. Peso en vacío más el peso neto igual peso bruto. La venta por peso bruto o medida es un delito menor en California (California Business & Professions Código 12023). Es interesante que una ley que prohíbe las ventas brutas de peso sigue siendo necesaria en el siglo XXI. Es evidente que esta cuestión se remonta a las primeras reglas tribales que codifican un trato justo para todos.

Para hacer retiro tara sencilla, muchos productos incluyen un microprocesador interno que puede ayudar pruebas. Por ejemplo, una escala de peso puede compensar el peso del envase del producto, tal como una jeringa, bolsa de plástico, o frasco de vidrio. Restar el peso del paquete (peso de tara) del peso bruto es necesario medir con precisión el peso neto de la materia en la escala. Debido a que el peso del paquete puede cambiar con el tiempo debido a la variación de fabricación o de un cambio de proveedores, es deseable para actualizar el peso de tara o recipiente de vez en cuando. Una tienda de hardware local vende clavos en peso, se coloca el envase (bolsa de papel en este caso) y pulsa el botón de tara. El peso de la bolsa está calibrado a cabo y la escala de los registros a cero, listo para uno de añadir los clavos.

Referencias

1. "Dust in the Wind", escrito por Kerry A. Livgren, Letras © EMI Music Publishing.
2. El polvo y las gotas de agua, Isaías 40:15.
3. Wheatstone, Charles, "Relato de varios nuevos instrumentos y procesos para la determinación de las constantes de un circuito de Voltaic", Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres de 1843. También Thomson, William, "Sobre las cualidades electro-dinámicas de los metales", Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres de 1856.
4. Hoffmann, Karl, Introducción a las Mediciones con galgas extensométricas , Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, 1989. www.hbm.com / fileadmin / Mediapool / techarticles / hoffmannbook / book_EN.pdf Hoffmann- .
5. Tutorial 3426, " Fundamentos Bridge resistivas: Primera parte ".
6. Tutorial 3545, " Fundamentos Bridge resistivas: Segunda parte ".
7. Tutorial 1839, " sensor de compensación de temperatura a través de la señal de Cuatro DAC Arquitectura Aire ".
8. Nota de aplicación 3396, " Driving Gauge Strain-sensores de puente con circuitos integrados de acondicionamiento de señal . "
9. Nota de aplicación 871, " Desmitificando Sensores de Presión piezorresistivos ".
10. Nota de aplicación 3775, " Consideraciones sobre el diseño de un sensor de bajo costo y una interfaz / D ".
11. Nota de aplicación 4437, " Cero-Deriva amplificador de instrumentación (IA) toma la tensión de Medidas de Sensor ".
12. Nota de aplicación 4179, " Autocero Noise Filtering Mejora la salida de amplificador de instrumentación ".
13. Peso exacto, Deuteronomio 23:13-16, 11:1 Proverbios.
14. Latina "pecunia" de "pecus", porque la riqueza de los antiguos consistía en el ganado. Consulte un diccionario de latín , Charlton T. Lewis, Ph.D. y Charles Short, Doctor en Derecho, Oxford Clarendon Press, 1879.
15. Ganado trueque, el general 47:14-17.
16. Horne, Charles F., Libro de Historia Antigua: Código de Hammurabi, c. 1780 aC , Introducción (1915),www.fordham.edu / Halsall / antiguo / hamcode.asp .
17. "Mc Clintock y Strong Cyclopaedia", página 482, "Money", de John McClintock, James Strong Volumen 6 de laCyclopaedia de Teología Bíblica, y la literatura eclesiástica , Harper (1876).
18. Peso y Medida División del Condado de Santa Clara, California, www.sccgov.org/portal/site/weights/ .

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MAX6190
Precisión, Microfuerza, Bajo-Salida Referencias de tensión
Muestras gratuitas

MAX11156 18-Bit, 500KSPS, ± 5V SAR ADC con referencia interna en TDFN Más pequeño de la Industria, True Bipolar ± 5V, 18-Bit ADC

 

El MAX11156 18-bit, 500KSPS, SAR ADC ofrece excelente rendimiento de CA y CC con verdadero rango de entrada bipolar, tamaño pequeño, y la referencia interna. Los MAX11156 medidas a ± 5V (10V _PP ) Rango de entrada durante el funcionamiento de una fuente de 5V único. Un sistema patentado de bomba de carga arquitectura permite el muestreo directo de fuentes de alta impedancia. El MAX11156 integra un 6ppm opcional / ° C con tampón de referencia interna, ahorrando el costo y el espacio de una referencia externa. El MAX11156 produce 94.6dB SNR y THD-105dB (típico). Las garantías MAX11156 18-bit sin que falten códigos. El MAX11156 comunica mediante una interfaz serial SPI-compatible a 2.5V, 3V, 3.3V, 5V o lógica. La interfaz serie puede ser usado para ADCs de conexión en cadena múltiples en paralelo para aplicaciones multicanal y proporciona una opción de indicador de ocupado para la sincronización de sistema simplificado y de temporización. El MAX11156 se ofrece en un pasador 12-, 3mm x 3mm de paquetes, TDFN y se especifica más la C -40 ° a +85 ° C Rango de temperatura.

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Características principales

• Alta Precisión DC y AC
• 18-Bit Resolución sin códigos que faltan
• SNR: 94.6dB
• THD: 105 dB a 10 kHz-
• ± 2,5 LSB INL (típico)
• ± 0,4 LSB DNL (típico)
• De referencia interno y el tampón de referencia ahorrar espacio y costes Junta
• 6 ppm / ° C (típico)
• Tiny 12-pin x 3 mm 3 mm Paquete TDFN
• Bipolar ± 5V rango de entrada analógica Guarda Acondicionamiento de señal externa
• Solo-Provea ADC de baja potencia
• 5V de alimentación analógica
• 2.3V a 5V de alimentación digital
• 26.5mW en 500KSPS
• Modo de apagado
• 500KSPS tasa de rendimiento
• No Pipeline Delay / Latencia
• Flexible Industry-Standard Serial Interface Guarda I / O Pins
• SPI / QSPI ^™ / MICROWIRE ^® / DSP Compatible-

Aplicaciones / Usos

• Equipos de Prueba Automática
• Sistemas de Adquisición de Datos
• Sistemas industriales de control / Control de Procesos Industriales
• Instrumentación Médica
• El receptor de banda estrecha