Hardware » Helios

h1. Eval

"See slonce office":https://www.seesslen.net/redmine/projects/slonce/wiki/Office

Warum alles zusammen?

RTC aktiviert MCU via Batterien. Muss LED-Traffo aktivieren. Können unterschiedliche Traffos fur unterschiedliche Lampen-Typen (kalt/warm) sein.

h2. New Features compared to Mainswitch/CANSwitch

* More current for VBus

* Fix Wakeup

** Beim Mainswitch gab der Power-button einen Stromimpuls auf den ACQxxx und auf einen GPIO. Wenn das system von extern gespest wurde und die MCU schlafen war, konnte sie nicht wieder aufgewekt werden.

* Periodic wakeups to make measurements: RTC

** RTC_OUT gibt spannung auf den ENABLE des MAX5200

** Kann als normale "Action" einprogrammiert werden

* Programmed wakeup for plant lights and light-buzzer

* Diode ? Voltage-Drop issue

** Ideal diode with Mosfet

* High voltage (24V)? Transceiver halten 14-16V an CAN-HI/CAN_Low aus.

** Akku: ACCU-BPE1.3-12/BP (Bleisaeure)

** TS78L05CX-RFG ( Spannungsregler 5V; 100mA; SOT23; Fuer 12V)

** "Fuer 24V":https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/spannungsregler_fest_3_3_v_sot-23-115940

** Different connectors

* Global Timeserver; It already has batteries 

* Real touch keys

** Why? In addition to increase illumination. But thats what candis was for.

* Over-Temperature power off (PCB/Box)

* Buzzer?

** indicate peridoc on/off during day time

** "Klick" when fader reached target.

* External Solid State Relais for high power switching like Horo

* Default value for time

* Klick before timeout

* Usage without CANDis

* 4 Sectionen: SZ, WZ, MEMS, ?

** Switching sounds valid. But not sure.

** Stoeren ungepowerte Platinen CAN? Sollten sie nicht.

** Erzwingt Sternkonstelation

h2. Components

Ideal Diode:

* VN7140ASTR; up to 0,280 ohm, 0,120 Ohm typical

* LTC4412; 2,9V; TME 2.60EUro; External P-MOSFET needed; Waere perfekt gewesen; load sharing

* TPS2410 N.A.

* LM5050

* MAX40200; 1A only, no external MOSFET

* LM74700; 1.27€; perfekt; load sharing

--LTC4412 is the only available--

Temperature:

TMP1075; TMP1075NDRLR; 0,31€

Muesste noch viel rumliegen haben

Power measurement:

INA228AIDGSR; 3.63EUro

SSR:

* CPC1976; 2A; V_F=1,2V@5mA; 10mA should be used, go for 1,4V; 60Ohm would work for battery and 5V.

h2. Calculations

* 240V/600mA eigentlich ausreichend; 144W

* AQH3213A 

* STM32F030K6T6 should draw 20µA in stop

* 700mAh=700000µAh

* 700000µAh/20µA=3500h=1458d=ca 4 years

h2. MCU

* "Find":https://www.tme.eu/de/katalog/st-mikrocontroller_112866/?params=375:1453589,1453450,1853043,1634756,1634761,1938598,1473784,1613924;3461:1979124,1979125

* STM32F072CBT6/STM32F072CBU6 128kB Flash

** 2V, ok, Entladeaschlussspannung

** Nur LQFP48; 4.53Euro

** 1,85 € Reichelt STM32F072CBT6 128KB Flash

** RTC_OUT out PC13

* STM32H503CBT6, "STM32H503KBU6":https://www.tme.eu/Document/e92fcde7cdebb20ebbd5639f57dc7863/stm32h503cb.pdf

** 3.20Euro

* Fuer VBAT wird beim STM32H503KBU6 auch FQFP48 benoetigt.

h2. Regulator boards

h3. Number of LED drivers

Living room has 4 lamps, maybe 6 later.

h3. Electrical design

Optokopler needs 10mA, 1.38V_F.

Powermeter needs common ground anyways to measure voltage.

"All TME":https://www.tme.eu/de/katalog/smd-operationsverstarker_112843/?params=2613:1508643_integrierten-schaltkreises-art:spannungs-und-stromuberwachung&onlyInStock=1

h3. Regulators

LDB350 hat 9 ~ 36VDC EIngang und 2-40V Ausgang.

h2. Issues

h3. Wie Straenge schalten

* 4 x LTC4412 umstaendlich, E.g. status ruecklesen

* Jeweils 2 Mosfets notwendig um zu isolieren, klein + gross

* Wozu Stränge? 2 direkt verbundene Buchsen reichen nicht? Auch nur um sich allenfalls Verteiler zu sparen.

h3. USB interface?

* Usable with Raspberry or so.

* Should at least work along with CAN

* Programmable via Laptop

h3. Light optional

* Media does not need light. The name is "helios". Use CANSwitch then.

* But having the regulators in batteries is nice. They work even without MCU board.

* 4xPWM

* 2xTerminals; IN+OUT

* Switch can be done on helios, only for first block

** If the switch is also on the blocks, Single power supply can be used

** Do i really have multiple power supplys for different LEDs? Could be, an active one for High power and an small one for nice ambience. 

** Smaller power supply for bus only?

* Must not connect Grounds of different power supplys

Das mit IDC oder aehnlichem zu machen klingt nice. Dann gehen theoretisch 4x4 (4xNetzteile schalten), man braucht 'nur' 4xPWM, Kaskadierung.

Alternativ 'addresse' einstellbar. Dann ist man noch flexibler, e.g.

8 x kalt, 8 x warm.

8 x Zimmer, 4 x Tisch.

"B2B-Steckverbinder":https://www.tme.eu/de/katalog/platine-zu-platine-steckverbinder_100569

Kabel: 4xPWM, 4xSwitch VDD, GND -> 10P

DIP-Switches: DS04254204BKSMT

Steck-Verbinder: FTSH10501FDV007KP; ZL231-10PG (THT) (SMD expensive)

Kabel: DS1052-102B2NA2015

h2. Netzteile

Beleuchtung: 

GLP GPV-60-36 (Reichelt 16,95Euro)

60 W, 36 V DC, 1,67 A; der koennte eh "nur" 4,771428571 COBs betreiben.

LPV-100-36

Eigentlich unguenstig; < 2,8A; naja; 4x15W=60W; 5VBusx4A=20W; Perfekt fuer 6x15W=90W

For Bus:

GLP GPV-20-12

LPC2412CV

h2. 5V Signals (I²C, PWM) vs. 3V

* 3.0 Ohms in PWM signals is enough to reach 2V minimum when it would draw 50mA

** 0.602 Ohms 15cm PCB

** cable has 0,09mm²; 0,08mm² hat 250,00Ohm pro killometer; 0,250Ohm pro Meter

h2. Go 12V

Device should be prepared to provide 12V-Bus.

Voltage regulator needs v_in > 15V for this.

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/LM2576T_ADJG.pdf

LM2576 can do this. 3A. Jumper for voltage possible. 1,15Euro; LM2576R-ADJ-TT

Fuer die 3V3: LDI8119-3.3EN-DIO; Eingang 1,8...18V

h2. 5V

5V braucht es ohnehin fuer SSR zum schalten und fuer die USB-charger-bar.

At least high power SSRs need 5V as gate voltage. A level shifter is needed.

74LVC4245A; 50mA should be enough; High power SSR needs cam 16mA. LDB-350 needs 1mA, 2V-10V

"List at TME":https://www.tme.eu/de/katalog/spannungsregler-dc-dc-schaltungen_100220/?params=365:1443462,1455068,2077593,1450000,1443628,1502191,1443463,1455073,2077617,1443635,1498627,1443636,1444026,1443531,2077498,1455077,1444027,1481928,1443532,1450037,1444029,1443641,1493298,1492896,1492968,1450041,1450265,1455114,1498182,1455113,1499757,1521916,1502257&onlyInStock=1&productListOrderDir=ASC&productListOrderBy=1000014

VOUT = VREF ( 1 + R2/R1 )

R2 = R1 (VOUT/VREF -1)

where VREF = 1.23V, R1 between 1.0k and 5.0k

R2=12k

R1=3,9K

1,23 × (1 + (12000 / 3900)) ≈ 5,014615385V

h2. 12V

* LM2576S-12/NOPB; TI tells newer products are available. But still active.

* LM65645; Not available

* LMR51430; Perfect; small package; 0.95 Euro; Braucht nen 5.23K Widerstand (12V) und 13.7K Widerstand (5V); gibts beides;

** PFM Version instead of FPWM

** 6,8µH: DJNR8040-6R8; 8x8x4,2mm

** 6,8µH: MPX1D0630L6R8; 

** 6,8µH: MPXV1D0624L6R8

** "6,8µH Liste":https://www.tme.eu/de/katalog/drosseln_112359/?params=566:1438494;370:1490231,1448496,1526739,1530777,1481787,1601483&productListOrderDir=ASC&productListOrderBy=1000014&onlyInStock=1&assortmentType=internal

** 3,3µH: MPX1D0520L3R3; Kemet; 5,5x5,2x2mm

** 3,3µH: ETQP3M3R3KVP; 5

** "3,3µH Liste":https://www.tme.eu/de/katalog/drosseln_112359/?params=566:1438487;370:1448507,1490231,1526739,1601515,1448496,1538546,1481787,1448497,1448669&productListOrderDir=ASC&productListOrderBy=1000014&onlyInStock=1&assortmentType=internal

** EATON hat colle mit gleichem Footprint: DR127-6R8-R + DR127-3R3-R; andere haben Verfuegbarkeitsprobleme

TI itself recommends

LMR51430, LM76003, TLVM13630; higher switching speeds for smaller coils.

A4403GEUTR-T; klein, < 1 Euro

L7987; 2A; etwas komplizierter; < 2 Euro; Schafft VOUT=VIN, also 12V Netzteile fuer VBUS=12V moeglich. 

3A; 1.5MHz; PGOOD koennte MOSFET schalten, also Bus spannungsfrei bei Unter-/Ueberspannung. Bei max. 61V geht auch 48V Netzteil.

AOZ1284PI; simpler; <70Cent; 2Mhz; 4A; funktioniert nicht mit 12V Netzteilen bzw. 5V USB Netzteilen. Manche Devices koennen theoretisch 12V und 5V.

LM2596R-12-TT very simple to use; 12V fix; 3A; 90% efficiency

LMR51430 adjustable, quite simple to use.

"List at TME":https://www.tme.eu/de/katalog/spannungsregler-dc-dc-schaltungen_100220/?params=624:2077615,1502014,1502029,1895352,2077463,1895323,1895173,1544465;144:1906047,1752668,2077462,1752496,1440773;365:1443628,1443463,2077617,1443635,1443531&onlyInStock=1

When having 5V+12V, USB charging bar can be reactivated.

-Der 12V teil sollte komplett optional sein.- -> Ueber Widerstaende erst 5V einstellen, langfristig Schritt auf 12V wenn die 12-5-Clutches da sind.

Dann ist der 5V USB-Ladeteil weg. Nur fuer Ladeteil machen ueberdimensionale 5V keinen Sinn. Ich hab noch AP1501-50K5G-13, der koennte seperat auf den Ladeteil zusammen mit den 36V Direkt.

4 Buchsen aber nicht gleichzeitig messbar? Analogmux, uff.

h3. Induktionen

* IHLP2525CZER100M01 Induktion, 2 in Serie

* DE1207-27

* DE1207-10

h2. 5V I2C

System is a little bit inconsistent.

5V PWM signals but 3V I2C. Add level shifter.

Level shifter can still keep 3V output as solder option.

PCA9306DCTR

h2. Level shifter

Needed for

* I2C

* 4*PWM

* Enable

* SSR

* /Change

h2. Issues

VDD transition

On start the battery is feeding vdd via perfect diode.

The MCU starts. The RTC must not be reconfigured till other pin is taking care the battery will keep feeding VDD.

A pin from VDD is switching the SSR.

Power supply feeds 2xL7987, one producing 5V. An LDI8119xxEN then feeds VDD again.

The SSR must be powerable by 2V and by 3,3V.

IF=5mA; VF=1.2; R=1,2/0,005=240Ohm;  

Rvor = ( V - Vf ) / If; (1,8-1,2)/0,005=120 Ohm-> *120Ohm*

3,3/120+240=9mA

(3,0-1,2)/0,005=360Ohm -> *330Ohm*

3,3/330+240=0,005789mA

Does INA228 work to measure single LED on 3,3V? Smallest current which can be meassured?

h2. Current measuring

* One INA228 per driver board

* INA228 for 5V, 12V, 3,3V, VBus

h2. WKUP

Scenario: Device is powered externally and got in stop mode.

Problem: Device will not come up by trying to push VBAT to VDD, VDD is already up.

Button has to enable VBAT to VDD but also pull WKUP high by NMOS/PMOS network.

On STM32F1 the WKUP pin can only listen to rising slope. An PMOS has to be used to connect the pin to VDD when button was pressed.

Logiklevel:

Low: < 0,3xVDD / 1,0V

High: > 0,7xVDD / 2,3V

Bei 2V wird es mit SCHOTTKY schwierig. NMOS/PMOS muessen her. High-Side switches zu teuer?

Gates wuerden gehen, brauchen aber alle ein High-Pegel von 0,7xVDD.

Switch AP22802BW5-7 sollte zumindest bezueglich SPannung funktionieren.

h2. VBUS

Why should i want to be fed externally? When i just want to switch stuff but no use of own 12V/5V

But when the bus is 12V, i need 5V from the 12V

Bestueckoption Aktive/Passive. Aber zwischen 5V/12V Bus muss auch noch unterschieden werden.

Hilft nichts. VDD(3,3V) wird immer von VBUS erstellt. 5V werden entweder von VBUS=12V generiert oder gebrueckt.

Die "starken" 5V machen kaum noch Sinn. Entweder der L7987 produziert 12V oder halt 5V. Dann macht die 

Ideale-Diode wieder Sinn. Sie schaltet einfach nur VBUS. Ein 5V-System kann dann an einem 12V System haengen 

und ist geschuetzt. Eine kleine Bruecke VBUS-5V kann den Drop des reglers in einem 5V System umgehen.

Ausgelegt werden sollte ein maximaler strom auf der VBUS-Seite von 4A.

h2. TSC

It would be nice to controll output without any other device. TSC does exist on STM32F072.

Complexity can get high. Make it like bicycle lamp. Lux1 also can do this with only 1 button.

* Shift-Register for LED bar + PWM for LED intensity

* 2 Keys

* I2C Chips

** AT42QT2120; /CHANGE-Pin; Outputs fuer LEDs verfuegbar; +1.8 V to 5.5 V; Slider possible

h2. Split power board

Save frustation when something goes wrong. Tons of connectors on the power board. System would run without power board via VBUS.

* 240V in

* 36V in

* 3x 5V out (with ideal diode)

* 4x240V out

* 10Pin IDC

** GND

** VDD (from controller board)

** Enable_36V

** VBAT

** VDD_VBAT

** Enable signal?

** SW1

** SW2

** SW3

** SW4

* 10Pin IDV V2

** GND

** Enable_VIN; Have permanent 12V but disconnect it when controller is in standby. Only usefull when it can be switched by battery:2V-0,6V=1,4V. Thats an issue of all switches.

** SW1

** SW2

** SW3

** SW4

** ENable_HPS

** SCK

** SDA

* VBAT aufs controller board.

* Enable_36V

* Circuit from Eval_RTC

Same constellation for power measurement

Jobs:

* Switch 4x240V

* Generate 5V/4A from large range of input voltage (at least 36V)

* Measure Input current (total)

h2. Konstellationen

* Driver only: 4 Lampenkörper koennen mit 100% angesteuert werden.

* Driver with controller: Controller speist sich ueber VBUS und kann die Beleuchtung steuern

* Driver with controller and power: Full feature set

h2. Issues

* VBUS not available when just starting MCU from battery. 

** Drop the whole 5V thing on Power-Board; cable has 0,09mm²; 0,08mm² hat 250,00Ohm pro killometer; 0,250Ohm pro Meter

** Bei 50mA und 1m Kabel: (3*6)/6,25=2,88V