三、Micro:bit主板供电电源系统说明
概述
Micro:bit主板的供电形式是多样的,总体可分为4种形式。
1、USB接口供电
USB电源标准为DC5V即直流5V电压。经过板载调节器的DC-DC转换后,输出DC3.3V电压,为micro:bit系统的各部分硬件电路提供电力。
2、使用各种电池(锂电池)供电
目前来讲,供电子产品使用的供电电池普遍采用锂电池。根据主板供电要求可提供3V电压标准的电池,5V电压标准,6V,9V,12V,15V,24V等不同电压标准的供电电池。micro:bit主板的电池供电标准不宜超过4.2V。供电电池通过micro:bit主板的JST接插件接线端子进行连接(主板上为白色插座,电池端为白色插头)。
3、使用稳定的直流稳压电源直接给主板供电
通过micro:bit主板背面、右侧的两个椭圆形焊盘接点,直接连接3.3V供电电源。连接的形式采用焊接的方式,将供电电源的正、负极(注意区分)分别焊于椭圆形焊盘接点的表面,上部分GND接点,下部为3V电压接点。
4、使用micro:bit主板,外部连接端口上的电源引脚供电
在micro:bit主板没有任何供电系统的情况下,可以使用其外部连接端口上的电源引脚3V和GND,来给主板提供反向供电。
之所以这么说,是因为外部连接端口上的电源引脚其主要功能、用途是在micro:bit与外部设备进行连接时,为外部设备提供一定的、必要的电力供应及参考电压标准(0V),以方便设备间的连接和通讯标准的一致性设置。
也就是说,原本用于输出的电源引脚,被连接用来作为micro:bit主板的供电电源端,因此称其为反向供电。micro:bit外部连接端口上的电源引脚3V、GND与上文中第3项椭圆形电源接点(焊盘)在电路中是同样的。它们是同一功能线路上的不同位置上的焊盘接点。因此,外部连接端口上的电源引脚与micro:bit主板上的焊盘电源接点是同样的功能、结构以及应用方法。
Micro:bit主板中,不同的供电形式,对于板内、板外所连接的外部设备的驱动、带动能力也是不同的。原因也是多方面的,有供电系统本身的驱动能力问题,也有主板电源调节器电路的驱动能力方面的限制问题。
我们以USB端口供电为例,假定外部电源的驱动能力足够用,以此来总结、分析micro:bit主板自身的功耗以及带载驱动的能力,包括板内外设与板外外设的驱动与分配等问题。
V1版本的micro:bit主板,在USB供电的情况下,通过板上的KL26微控制芯片(片内电压转换装置),将USB直流5V电压转换为直流3.3V电压后,再给micro:bit主板上的所有其它硬件单元供电。经过电压转换后,该KL26芯片所能提供的最大驱动电流为mA。
除用于板内外设的使用、消耗外,其余部分则用于外部连接端口所连接设备的驱动任务。板内外设包括LED点阵屏幕显示器,蓝牙,麦克风,扬声器,以及各类传感器等其它外设。
外部设备间的功耗各不相同,假设所有的板内外设都处于工作运行状态时,我们应将其整体的最大工作电流估计为30mA,那么留给外部连接端口上的驱动电流就是90mA(V1版本)。V2版本的KL26片上电源调节器可提供mA的驱动电流,故其外部连接端口上可提供的驱动电流为mA。
KL26芯片是USB供电及其它功能的专用芯片。当micro:bit主板使用电池供电时,KL26处于未通电、未工作的状态,所以USB供电LED(指示灯)也不会被点亮。这是micro:bit主板使用USB供电和电池供电时的主要差别标志。
当多个电源系统同时加载于micro:bit主板硬件系统上(以USB供电和电池供电为例)时。供电系统输出电压高的一方会阻止另一方向主板提供电力,不仅如此,电压高的一方还会向电压低的一方反向输出电流(反向供电)。形成供电系统间的冲突,造成未可预知的后果和损坏。
既要避免冲突的发生,又要保障各供电系统的功能有效。它的好处是在一方供电停止时,另一方供电系统可以形成一个有效的补充。解决的方法就是在每一项供电系统接入micro:bit主板硬件系统之前,都需要接一个防止反向导通的二极管。当任何一方发生反向供电现象时,由于正向保护二极管的阻断作用,就可以有效避免另一方供电系统的电流输入,从而保证该供电系统即使不在供电状态,也不会受到其它电源系统的影响。
关键电压参数标准
Micro:bit主板的结构组成是围绕几个核心芯片、集成电路及其外围电路构建的高度集成化的计算机系统。每个核心芯片具有不同的使用功能,同时也具有不同的技术参数要求,包括工作电压范围,最大、最小电压、最大可承受电压要求。这是micro:bit主板中不同核心芯片在电源供电方面的技术应用规范。不同版本的micro:bit主板技术参数也各不相同。
NRF51:是系统的主要功能芯片,MCU,micro:bit主板的所有设计与功能就是围绕这个微控制系统进行的。
KL26:是微控制器芯片,MCU,在系统中主要的功能是USB端口的各项功能控制,如下载功能,USB通讯功能,还有USB供电方面的电压转换功能。
LSM:指南针功能芯片,又名电子罗盘。它是由加速度传感器与磁力传感器共同构建的传感器系统。属于数字式传感器。通过I2C通讯的方式与MCU进行信息交换。
MMAFC:三轴加速度传感器,数字式传感器。通过I2C通讯的方式与MCU进行信息交换。
MAG:三轴磁力计,数字式传感器。通过I2C通讯的方式与MCU进行信息交换。