Современная электроника №9/2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2022 UC8151, используемого в нём, в каче- стве дросселя (L1, рис. 2) применена катушка индуктивности для поверх- ностного монтажа, имеющая индуктив- ность 10 мкГн с максимальным током 1 А и максимальным током насыщения 0,5 А, при котором магнитопровод вхо- дит в насыщение, или, другими слова- ми, перестаёт выполнять свои функции. Омическое сопротивление этой катуш- ки 0,1 Ом. Выбор именно такой катуш- ки индуктивности определяется отнюдь не её максимальным током насыщения, поскольку, как показали измерения (см. далее), максимальный ток при работе DC-DC-конвертора составляет всего 3 мА, и о насыщении магнитопро- вода катушки при таком токе вообще можно забыть. Дело совсем в другом, а именно – в омическом сопротивле- нии катушки (0,1 Ом). Действитель- но, с одной стороны, чтобы не пропу- скать ВЧ-составляющую напряжения DC-DC-конвертора в тракт питания, индуктивность катушки должна быть как можно больше (индуктивное сопро- тивление X L = wL ), с другой, для повы- шения эффективности работыDC-DC- конвертора омическое сопротивление катушки должно быть как можно мень- ше. С учётом того, что номинал рези- стора, подключённого к истоку тран- зистора (R2), составляет всего 0,47 Ом, омическое сопротивление катушки должно быть существенно меньше 0,47 Ом. Поэтому в описании контрол- лера и применена подобная катушка. Но в нашем случае при использова- нии вышеупомянутых двух катушек их индуктивность существенно боль- ше 10 мкГн (40 мкГн и 20 мкГн), а оми- ческое сопротивление существенно меньше 0,1 Ом (0,03 Ом и 0,04 Ом). Вот поэтому эти катушки идеально работа- ют. Стоимость колец существенно раз- личается: если кольцо К4 × 2,5 × 1,7 мож- но приобрести за 7–10 руб., то кольцо D3.1-d1.7-h2.15 стоит на порядок доро- же – около 75 руб. Однако, поскольку оно выпускается с уже скруглёнными кромками, при его применении отсут- ствует «головная боль» со скруглением острых кромок, требующимся для коль- ца К4 × 2,5 × 1,7 (эта технология подроб- но описана далее). Конденсаторы C3–C12 положе- ны по штату работы дисплея. На пла- те расположен 24-контактный разъём PFC24/0.5mm (X2), к которому подклю- чается шлейф дисплея. Разъём X1 под- ключается к ответному разъёму X4 пла- ты МК (рис. 1). Здесь следует сделать некоторое отступление по поводу причины, по которой сконструирована плата дис- плея. Изначально автором был приоб- ретён дисплейWFT0000CZ04 (1,54  epa- per-B) с разрешением 200 × 200 пикселов с уже готовой платой дисплея. Одна- ко батарейка CR2477, которую автор изначально использовал, не прора- ботав и двух дней, безнадёжно «села». В связи с этим были проведены измере- ния потребления тока всей платы, кото- рые показали следующее. В активном режиме обновления информации на экране дисплея, когда работает DC-DC- преобразователь, потребление тока составило около 15 мА, а в отдельные моменты – до 18 мА. Время потребле- ния тока в активном режиме составило около 8 секунд. В sleep-режиме потре- бление тока составило около 3 мА. Кро- ме того, напряжение батарейки CR2477 в активном режиме падало до 2,75 В, а в sleep-режиме (3 мА) – до 2,9 В. Такое положение вещей автора не устроило, поскольку, как указано в описании как дисплея, так и контроллера (UC8151), потребление тока в активном режиме составляет не более нескольких мА, а в sleep-режиме – 0,6 мкА. Это и послужи- ло причиной конструирования платы дисплея по схеме рис. 2. Диоды VD1–VD3 (в оригинальной схеме это MBR0530 в корпусе SOD- 123 размером 1,6 × 3,7 мм) были заме- нены диодами PMEG3010 в более ком- пактном корпусе SOD323 размером 1,3 × 2,5 мм. Кроме того, PMEG3010 по сравнению с MBR0530 имеют мень- шее прямое падение напряжения и больший максимальный ток (1 А про- тив 0,5 А у MBR0530). Катушка индук- тивности L1 (в оригинальной схеме это катушка для поверхностного мон- тажа номиналом 30 мкГн и размером (D/h) 7 × 2,5 мм) была заменена катуш- кой, намотанной на вышеупомянутом кольце. С оригинальной платы дисплея были удалены все компоненты, кроме дисплея, который к ней приклеен, а пла- та дисплея по схеме рис. 2 была прикле- ена пористой лентой с двусторонним липким слоем к поверхности, очи- щенной от компонентов оригиналь- ной платы (см. далее). В связи с этим автор рекомендует приобретать толь- ко один дисплей без платы дисплея. Измерения потребления тока платы по схеме рис. 2 показали следующее. В активном режиме потребление тока составило около 4 мА, а в sleep-режиме тестер показал нулевой ток (на диапа- зоне тестера в 30 мА ток 0,6 мкА пока- жет нулевое значение). Кроме того, время активного режима снизилось до 3 секунд. Это вполне устроило автора. В связи с тем, что, как указано выше, напряжение батарейки CR2477 суще- ственно падало в активном режиме работы дисплея, автор применил более ёмкую батарейку ER14335 (размером 2/3 AA) с напряжением 3,6 В ёмкостью 1,65 А ⋅ ч и микропотребляющий ста- билизатор напряжения STLQ015M30R с выходным напряжением 3 В и паде- нием напряжения не более 50 мВ при токе 150 мА (рис. 3). Потребление тока этого стабилизатора составляет, соглас- но описанию (datasheet), не более 1 мкА при токе 150 мА, а при меньшем токе, соответственно, ещё меньше. Плата ста- билизатора (рис. 3) приклеена к бата- рейке пористой лентой с двусторонним липким слоем (см. далее). От стабилиза- тора отходит кабель питания, на второй стороне которого расположен разъём X3’, который вставляется в ответный разъём X3 платы МК (рис. 1). Батарей- ка ER14335/2PT (BAT1) снабжена дву- мя приваренными контактами, на кото- рые надеты 2 цанговых гнезда кабеля от платы стабилизатора. Программные средства Наиболее полную информацию о программировании E-ink (или E-paper) дисплеев можно найти на сайтах www.e-paper-display.com и www.good-display.com , поскольку из описания (datasheet) контролле- ра UC8151 понять, как программиру- ются подобные дисплеи, достаточно проблематично. На этих сайтах при- ведены примеры программ для плат STM32 (на C), Arduino (на C), Raspberry Pi (на Phyton) и ESP8266 (на Phyton). Наличие подобных программ позво- ляет с их помощью легко запрограм- мировать E-ink дисплей в более про- стом, 8-разрядномМК, с программной памятью всего 16 кБ, каковым являет- ся EFM8SB20F16. Наиболее легко читае- мы программы на Phyton’е, поскольку в них вся программа представлена всего одним текстовым *.py-файлом, в отли- чие от программ на C, где имеются бес- численные дополнительные *.h-файлы, VDD +3 GND +3,6 C2 1,0 C1 1,0 1 5 2 3 4 In Out En NC DA1 STLQ015M30R + BAT1 ER14335H/2PT 1 2 X3' PLSF-2 Рис. 3. Плата стабилизатора и кабель питания