Как снизить потребление энергии MSP430?

Отвечает инженер по применению DSP Алексей Пантелейчук

Самый важный момент для снижения потребления энергии MSP430 - это, конечно же, максимизация времени нахождения микроконтроллера в режиме LPM3. В этом режиме микроконтроллер потребляет менее 2 мА при использовании real-time clock. При этом используется 32-кГц часовой кварцевый генератор. DCO отключен, поэтому ядро неактивно. Но не стоит забывать еще несколько принципов снижения энергопотребления:

• использовать прерывания для «пробуждения» микроконтроллера и контроля процесса выполнения программы, а не отслеживать состояния регистров статуса;
• использовать аппаратные функции вместо программных. Например, ШИМ может быть реализован программно, либо с помощью Timer А и Timer B (без участия ядра). Энергопотребление во втором случае гораздо меньше;
• использовать таблицы преобразований, а не вычислять в ходе программы;
• избегать частого вызова обработчиков прерываний;
• для больших функций обработки использовать «одноцикловые» регистры CPU;
• неиспользуемые выводы микроконтроллера настроить как выходы. 

   В нашем устройстве для «раскачки» IRFP250 мы применяем драйвер UCD7100. Мощный каскад работает в резонансном режиме с высоким КПД, но из-за высокой частоты сильно нагревается сам драйвер. Есть ли способы снизить эти потери?

Отвечает инженер по применению компонентов Power Management Сергей Пичугин

Драйвер UCD7100 - очень удачный выбор: быстрый, с мощным выходным каскадом, с конкурентоспособной ценой. Но если нужно быстро управлять ключом, то от потерь на переключение в драйвере трудно избавиться. Первый способ - это применить другой силовой транзистор с меньшим зарядом затвора. В этом случае, кстати, Вам бы помогла более современная модификация - IRFP250NPBF, еще бы на стоимости и КПД всего устройства выиграли. Существует и второй способ - это подбор оптимального напряжения питания драйвера. Чем выше это напряжение, тем больше энергии тратится на переключение в драйвере, но с другой стороны, чем ниже это напряжение, тем больше сопротивление открытого канала силового транзистора. Задача - найти золотую середину, это, как правило, напряжение порядка 7-8 вольт, свыше которого сопротивление открытого канала силового MOSFET транзистора практически неизменно, а потери в драйвере существенно ниже, чем, к примеру, при напряжении питания 12 В.

   В техническом описании на DC/DC-регулятор TPS54873 заявлен КПД 90% при Iнагр=5 А, Uвх= 9 В, Uвых=3,3 В и F=700 кГц. Реальный же КПД оказался намного ниже, заметен сильный нагрев дросселя, хотя его параметры по максимальному току, индуктивности и сопротивлению взяты с запасом. В чем причина?

Отвечает инженер по применению компонентов Power Management Сергей Пичугин

Очевидно, что ИС TPS54873 здесь не виновата и ошибки в техническом описании нет. Скорее всего, дело в самом дросселе, а точнее в типе примененного в нем провода. Выбирая выходной дроссель мощного DC/DC-преобразователя, мы часто забываем о частоте протекающего через него тока, а в указанном случае это 700 кГц! На такой частоте в проводнике возникает эффект поверхностного протекания тока или скин-эффект, что особенно выражено при круглом сечении провода. Таким образом, реальное сопротивление провода на такой частоте (сопротивление по переменному току) становится намного больше чем сопротивление при постоянном токе, что и приводит к увеличению потерь на дросселе. Бороться с этим эффектом можно двумя способами: понижением рабочей частоты преобразователя (что автоматически приведет к увеличению габаритов выходного фильтра) или увеличением площади поверхности провода в дросселе. Во втором случае, без увеличения габаритов дросселя, возможно применение провода с плоским сечением или более тонкого многожильного провода. При выборе сильноточного дросселя не забывайте уточнять его способность работать на высокой частоте! В Вашем случае, к примеру, возможно применение дросселя серии CDEP от фирмы SUMIDA.