Spotřeba MCU a nábojové pumpy v paralelně zapojených obvodech při napájení 3.3V.

 

Pojďme se podívat na spotřebu MCU podrobněji na základě poskytnutých údajů.

Spotřeba MCU

1. Operační proud (IOP1):

   • Při napětí VDD = 3V a běhu MCU na 8 MIPS je proud 2.6 mA.

2. Output Drive Current (IOH1):

   • Pro všechny I/O porty je IOH1 v rozmezí -8 mA až -15 mA.
   • Tento proud je maximální proud, který může být dodáván do výstupního pinu při logické úrovni HIGH.

Výpočet celkové spotřeby MCU

Spotřeba MCU se skládá z operačního proudu a proudů přes jednotlivé I/O porty.

1. Operační proud (IOP1): 2.6 mA

2. Proud přes I/O porty:

   • Pokud jsou všechny porty aktivní a dodávají maximální proud, což je -15 mA na port (pro zjednodušení předpokládejme maximální zatížení).

Celkový proud přes I/O porty bude záviset na počtu aktivních portů a jejich zatížení. Například, pokud máte 4 aktivní I/O porty, každý s maximálním proudem -15 mA:

$\text{Celkový}\text{proud př}\text{es I/O porty}=4\times 15\text{ mA}=60\text{ mA}$

$\text{Celkový proud přes I/O porty} = 4 \times 15 \text{ mA} = 60 \text{ mA}$

$\text{Celkový proud přes I/O porty}=4\times 15\text{ mA}=60\text{ mA}$

Celková spotřeba MCU pak bude součet operačního proudu a proudu přes I/O porty:

$\text{Celkov}\stackrel{}{\text{á}}\text{spot}ř\text{eba MCU}=$Operační proud+Proud přes I/O porty 

$\text{Celková spotřeba MCU} = \text{Operační proud} + \text{Proud přes I/O porty}$

$\text{Celková spotřeba MCU}=\text{Operacˇnıˊ proud}+\text{Proud prˇes I/O porty}$ 

$$Celková spotřeba MCU=2.6 mA+60 mA=62.6 mA\text{Celková spotřeba MCU} = 2.6 \text{ mA} + 60 \text{ mA} = 62.6 \text{ mA}

Přesnější odhad

V reálném provozu nemusí být všechny I/O porty maximálně zatíženy a hodnoty mohou být nižší. Pokud předpokládáme, že průměrný proud přes I/O porty je nižší, např. 5 mA na port a jen 2 porty jsou aktivní:

$\text{Celkov}ý\text{proud p}ř\text{es I/O porty}=$2×5 mA=10 mA\text{Celkový proud přes I/O porty} = 2 \times 5 \text{ mA} = 10 \text{ mA}

$\text{Celkový proud přes I/O porty}=2\times 5\text{ mA}=10\text{ mA}$

$\text{Celkov}\stackrel{}{\text{á}}\text{spotř}\text{eba <b>MCU</b>}$=2.6 mA+10 mA=12.6 mA\text{Celková spotřeba MCU} = 2.6 \text{ mA} + 10 \text{ mA} = 12.6 \text{ mA}

$$

Spotřeba nábojové pumpy

Pokud celková spotřeba celého obvodu je 15-80 mA a MCU spotřebovává přibližně 12.6 mA (v průměru), pak zbývající proud je spotřebován nábojovou pumpou a ostatními součástkami:

• Minimální spotřeba nábojové pumpy: $15 \text{ mA} - 12.6 \text{ mA} = 2.4 \text{ mA}$
• Maximální spotřeba nábojové pumpy: $80 \text{ mA} - 12.6 \text{ mA} = 67.4 \text{ mA}$

Shrnutí

• MCU spotřeba: Operační proud 2.6 mA, proud přes I/O porty (závisí na počtu a zatížení portů) může být až 60 mA nebo více, ale v průměru může být kolem 12.6 mA.
• Nábojová pumpa: Spotřeba mezi 2.4 mA a 67.4 mA v závislosti na zatížení.

Tímto způsobem můžete odhadnout spotřebu jednotlivých částí obvodu a získat lepší přehled o fungování vašeho zařízení.

VÝKON - PRAKTICKÝ PŘÍKLAD PRO NÁBOJOVOU PUMPU

Pokud je zbytek proudu spotřebován nábojovou pumpou a je to 17 mA, můžeme analyzovat její výstupní napětí a výkon. Známe-li maximální napětí na zenerově diodě (150 V), můžeme vypočítat výkon a další parametry.

Výpočet výkonu

1. Bez zátěže: Měříte napětí na zenerově diodě jako 150 V.

2. Při zátěži:

   • Pokud máme zátěž řádově v desítkách megaohmů, například 10 MΩ, můžeme vypočítat proud přes tuto zátěž pomocí Ohmova zákona.

$I = \frac{V}{R}$ $I=\frac{150\text{ V}}{10\text{ MΩ}}=\frac{150\text{ V}}{10\times 10^6\text{ Ω}}=15\text{ μA}$

$I = \frac{150 \text{ V}}{10 \text{ MΩ}} = \frac{150 \text{ V}}{10 \times 10^6 \text{ Ω}} = 15 \text{ μA}$

150 V​=10×106 Ω 

150 V​= 15 μA

3. Výkon na zátěži:

$P=V\times I$

$P = V \times I$

 $P=150\text{ V}\times 15\text{ μA}=2.25\text{ mW}$

$P = 150 \text{ V} \times 15 \text{ μA} = 2.25 \text{ mW}$

Shrnutí

• Maximální napětí nábojové pumpy: 150 V (měřeno na zenerově diodě).
• Při zátěži 10 MΩ: Proud je 15 μA, což odpovídá výkonu 2.25 mW.

Praktické důsledky

1. Vysoké napětí a nízký proud: Nábojová pumpa generuje vysoké napětí, ale při vysoké zátěži (řádově v megaohmech) je proud velmi nízký, což znamená, že výkon dodávaný do zátěže je také velmi nízký.

2. Stabilita napětí: Pokud měříte 150 V na zenerově diodě bez zátěže, ukazuje to, že nábojová pumpa může efektivně udržovat toto napětí i při velmi nízkém zatížení.

3. Omezený proudový výkon: Pokud zátěž výrazně snížíte (např. v kilohmech), nábojová pumpa může být schopna dodat více proudu, ale stále je omezená celkovým dostupným proudem v obvodu (17 mA).

4. Výkonové limity: Celkový výkon nábojové pumpy je omezen dostupným proudem a schopností obvodu generovat a stabilizovat vysoké napětí. Při 17 mA a 150 V by maximální teoretický výkon byl:

$P = V \times I$

$P=V\times I$$$

$P=150\text{ V}\times 17\text{ mA}=2.55\text{ W}$

$P = 150 \text{ V} \times 17 \text{ mA} = 2.55 \text{ W}$

Ale toto je za ideálních podmínek bez ztrát a s plným využitím dostupného proudu. V praxi bude výkon nižší kvůli různým ztrátám v obvodu a neefektivnostem.

Závěr

Nábojová pumpa ve vašem obvodu je schopna generovat vysoké napětí, ale výkon, který může dodat do zátěže, je omezen celkovým proudem dostupným v systému. Při vysoké zátěži (megaohmy) bude výkon velmi nízký, ale při nižší zátěži může být schopna dodat více proudu, což zvýší výkon na zátěži.