Продолжаем серию статей на тему питания поделок. Сегодня рассмотрим варианты регулирования напряжения, для заводских блоков питания и LiOn аккумуляторов.
Сперва давайте посмотрим какие пределы питания для плат Ардуино, на примере платы Ардуино нано.
Для подачи внешнего питания на плате есть контакт Vin. По схеме он соединен со стабилизатором ams1117 на 5 вольт. По даташиту на данный стабилизатор мы можем подать максимум 15 В. Ток который он может выдать максимум 800 мА. На выходе этого стабилизатора подвешен танталовый конденсатор и керамика, для чистоты выходного напряжения. На входе никаких конденсаторов и защит нет! Поэтому, если мы хотим подать напряжение на этот контакт (читай на вход стабилизатора) мы должны установить конденсаторы. Электролит (где-то 50-100 мкФ) для сглаживания НЧ пульсаций и керамику примерно на 100 нФ для ВЧ. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть выше подаваемого примерно в 2 раза. При выборе величины напряжения питания входа Vin следует учитывать, что стабилизатор линейный. И все, что выше 5 В будет просто превращаться в тепло. Плюс прибавляем ток проходящий через стабилизатор - он тоже вызывает нагрев.
Питать через USB не рекомендуется. Много помех, да и на входе стоит защитный диод на котором падает часть напряжения. Поведение некоторых микросхем и устройств может быть непредсказуема.
Еще один вариант запитать нашу плату это подать напряжение не более 5,2 В напрямую на контакт 5V. При "перепутке" плюса и минуса (GND) контроллер благополучно испустит синий дым. Опять же будьте внимательны!
Не подключайте на выход платы 5V слишком мощные нагрузки, например серводвигатели, светодиодные ленты, моторы, соленоиды, лампочки и т.д. Они просто отправят плату в нокдаун. Для таких целей линию питания разделяют на сильноточную и слаботочную.
Есть еще вывод 3V3, с напряжением 3,3 В. Откуда оно берется? Как мы видели из фото выше Ардуинка не имеет стабилизатора на 3,3В. Это внутренний источник опорного напряжения микросхемы преобразователя USB-UART (FT232R, CH340G). Обычная нагрузочная способность до 50мА. Суда ничего серьезного подключать тоже не рекомендуется, лучше сделать внешний стабилизатор.
Хорошо, с этими контактами вроде все понятно. Идем дальше. Допустим мы соединили пару аккумуляторов последовательно чтобы получить большее напряжение (например, чтобы крутить мотор на 9 В), как получить 5 В для питания платы?
Если мощные потребителям необходимо меньшее/большее питание, нежели даёт источник, то необходимо повысить/понизить его до требуемого, используя внешний стабилизатор или импульсную повышайку/понижайку. И тут начинается проблема выбора преобразователя.
Понижение напряжения.
Если токи потребляемые нагрузкой будут не очень высоки, или они кратковременны, то можно взять простой линейный стабилизатор на требуемое напряжение. Типа L7805, 7809 и т.д. в корпусе TO-220. Там максимальный ток уже до 1,5 А. Но! При таком токе нагрев корпуса будет просто космический. Так что лучше грузить не более половины от номинала или придется прикручивать радиатор.
Предпочтительнее использование импульсных преобразователей. Некоторые имеют фиксированное напряжение на выходе, некоторые регулировку выхода. Внимательно смотрим параметры указанные продавцом на каждый конкретный преобразователь. Существуют также и универсальные решения - они могут как понизить, так и повысить напряжение. Очень удобно.
Посмотрим на один из вариантов понижайки на базе контроллера LM2596.
Характеристики:
- Частота генератора - 150 кГц
- Входное напряжение - 3-40 В
- Выходное напряжение - 1,5 - 35 В
- Номинальный выходной ток - 1А. Предельное значение 3 А, но тут будет сильный нагрев, только с радиатором.
Чуть позже проведем несколько опытов и узнаем, что и как будет работать при разных напряжениях вход/выход.
Теперь посмотрим на универсальные преобразователи. На примере платы с контроллером XL6009E1. Эта плата построена по sepic технологии (об этом можно судить по двум дросселям, хотя это не всегда так) и способна поддерживать стабильное выходное напряжение при плавающем входном. То есть на входе может быть напряжение как ниже заданного выходного так и выше. Давайте посмотрим на характеристики заявленные продавцом:
Входное напряжение — 4V-35V
Выходное напряжение — 1.23V-32V
Выходной ток — 3A максимум
Максимальная мощность — 25 Ватт
Забыл сказать, следует обращать на значение предельной мощности. Для верхнего аппарата не указана и это плохо. Это важный параметр. Например, на выходе 5 В. При заявленной мощности в 25 Вт, максимальный ток не может быть достигнут не более 3А. А при напряжении на выходе 10 В, максимальный ток будет не более 2,5 А (мощность = 10*2,5=25 Вт).
Далее мы заставим наши модули поработать, посмотрим на цифры.