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Alimentazione con un tocco

Questo semplice circuito permette di gestire, tramite un timer, la rimozione del collegamento alla batteria di un dispositivo portatile. Il timer sarà comandato attraverso il semplice tocco di un dito, nel momento in cui un dispositivo portatile non sarà più utilizzato, allo scadere del tempo stabilito la batteria sarà scollegata preservandone la carica.

Pensiamo per esempio ai mouse cordless alimentati a batteria, solitamente tramite due pile tipo AA. La maggior parte di questi prodotti non è dotata di un interruttore di on/off; semplicemente dopo un certo tempo di inutilizzo riducono la frequenza con cui verificano lo spostamento da parte dell’utilizzatore e, nel caso di mouse ottici, viene variato il duty cycle con il quale la sorgente luminosa verifica i movimenti del mouse.

In ogni caso un certo consumo, non giustificato, permane, e contribuisce a scaricare le pile. L’ideale sarebbe poter scollegare attraverso un interruttore l’alimentazione proveniente dalle batterie, azzerando così i consumi. Un circuito di questo tipo può essere realizzato in maniera analogica o digitale: esaminiamoli entrambi.

REALIZZAZIONE ANALOGICA

Il circuito di figura 1 rappresenta una soluzione completamente analogica per gestire il problema descritto in precedenza. Per evitare di dover modificare l’apparecchiatura a batteria, interveniamo con il nostro circuito diretta mente nel vano in cui solitamente si alloggiano le pile. Con uno strip PCB double layer ci inseriamo tra il terminale negativo della batteria e la molla sulla quale la batteria va in pressione (in figura 1 viene rappresentato con l’elemento A). Le due piste sul PCB sono collegate a Q3, un MOSFET a bassa soglia che funziona come interruttore. Per mantenere la realizzazione estremamente compatta, C1 è una capacità ceramica in chip di tipo X7R in package 0603 e R1 è una resistenza sempre in SMD in package 0603. È necessario prelevare anche alimentazione dal terminale positivo della batteria (punto B di figura 1) per alimentare il circuito che si va a realizzare. Si può utilizzare una piccola striscia di materiale metallico, come l’ottone, alla quale si salda poi uno spezzone di filo flessibile. Tra i punti C e D va collegato l’interruttore touch, per esempio con strisce adesive di rame che fuoriescono dal vano batteria per portare la zona touch in un punto facilmente accessibile del dispositivo. Q1, Q2 e C1 realizzano un flip-flop monostabile. Quando l’interruttore è off, C1 non si carica e sia Q1 sia Q2 sono spenti. Quando momentaneamente, attraverso il contatto di un dito, i punti C e D sono collegati, la corrente attraversando il dito va a caricare C1 fino al livello di soglia di Q2. Sia Q2 sia Q1 si accendono e parte così la scarica di C1 attraverso Q1 e il dito “conduttivo”. A questo punto il livello di tensione al gate di Q2 è molto prossimo alla tensione di batteria. Non appena si rimuove il dito le correnti di leakage attraverso il diodo (Zener) integrato che protegge il gate di Q2 determinano una lenta discesa della tensione di gate finché non si raggiunge il livello di soglia di circa 1,3 V. Q2 esce dalla situazione di conduzione e insieme a Q1 velocemente va a spegnere Q3. L’interruttore rimane spento finché non si ha di nuovo contatto tra i punti C e D. Si può notare in figura 1 anche il contatto contrassegnato con la lettera E. Si tratta di un contatto opzionale simile a C e D. Se si tocca E e D, l’interruttore va immediatamente in posizione off. Utilizzando un valore di 0,01 uF per C1, si ottiene un ritardo di spegnimento di circa un’ora.

Figura 1: touch controller analogico per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria.

Figura 1: touch controller analogico per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria.

REALIZZAZIONE DIGITALE

Il principale svantaggio della realizzazione analogica descritta in precedenza è quello di non poter regolare esattamente il tempo di disattivazione del dispositivo, essendo legato alle correnti di leakage del diodo di protezione. Se si vuole rendere regolabile il tempo di passaggio alla posizione di off, occorre passare a un circuito digitale, come in figura 2.

Figura 2: touch controller digitale per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria.

Figura 2: touch controller digitale per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria.

Un piccolo microcontrollore in package SOT-23 è il cuore del circuito. Si tratta di un PIC10F200T e i punti A, B, C, D hanno il medesimo significato del circuito precedente. Il timer è ovviamente integrato nel software e quindi regolabile. Quando siamo in posizione off di batteria scollegata anche il PIC10F200T è in sleep mode e praticamente non consuma potenza. Quando con un dito si mettono in contatto i punti C e D, il livello al pin 1 di IC1 va alto e il microcontrollore registra la durata del livello alto del pin 1. Dopo 0,5 secondi il buzzer emette un piccolo beep, e subito dopo, altri due, tre e quattro beep veloci ad intervalli di 0,5 secondi. Sarà sufficiente rilasciare il contatto tra i punti C e D dopo aver sentito il numero di beep desiderati. In base al numero di beep il dispositivo sarà operativo per 30 secondi, 30 minuti, quattro ore oppure otto ore. Ovviamente i tempi sono arbitrari e modificabili nel software. Il jumper J1 è opzionale, se si lasciano i contatti aperti un tocco tra C e D spegne immediatamente il dispositivo. Con il jumper chiuso invece il dispositivo si spegne dopo il tempo impostato. Come nel caso precedente, il montaggio può essere eseguito all’interno del vano batterie grazie alle dimensioni contenute di tutta la componentistica. Anche il buzzer, di tipo piezoelettrico a frequenza di 4 KHz, può essere alloggiato assieme alle batterie. Se per un qualsiasi motivo non ci fosse la possibilità di accedere al contatto negativo della batteria, ci viene in soccorso il circuito di figura 3. Si tratta essenzialmente dello stesso circuito di figura 2 tranne che il punto A è in serie sul contatto positivo della batteria e B viene collegato sul contatto negativo. In questo caso un MOSFET a canale P agisce come interruttore e il firmware va modificato per pilotare Q1 con un livello basso. Il codice prevede già una riga di commento per gestire questa situazione.

Figura 3: touch controller digitale per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria, nel caso il polo negativo sia difficilmente accessibile.

Figura 3: touch controller digitale per scollegare l’alimentazione di un dispositivo a batteria, nel caso il polo negativo sia difficilmente accessibile.

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