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Topic: Progetto: Alimentatore per ARDUINO (Read 3010 times) previous topic - next topic

BaBBuino

Feb 11, 2013, 09:54 pm Last Edit: Feb 11, 2013, 10:06 pm by BaBBuino Reason: 1
Ho buttato giù al volo un alimentatore per Arduino low noise, ad alta immunità ai disturbi.
Il motivo è che la causa principale di malfunzionamenti con Arduino, sono alimentazioni farlocche, genarate da alimentartori poco filtrati, o non filtrati affatto, di dubbia provenienza (Cinesi...)
Con questo genere di alimentatore i problemi causati da interferenze di linea, che "bucano" le linee di alimentazione (malfunzionamenti, reset improvvisi) e generano transitori o spike di tensione, possono venire letti erroneamente come dati.

In un unica soluzione abbiamo le 3 tensioni più diffuse ed utilizzate sui progetti Arduino: 12V, 5V e 3.3V



Il Trasformatore è un toroidale da 2-3 A. Il flusso magnetico rimane confinato dentro il toro.
Il ponte Diodi non è un classico componente integrato (il quadratone), ma 4 Diodi discreti di tipo veloce (fast)
I Condensatori di filtro da 2200 uF costituiscono, insieme alla bobina L1, un potente filtro passa basso
Il Diodo in antiparallelo simil-flyback è un Diodo veloce, che ammazza verso massa eventuali sovratensioni negative di ritorno, generate dalla bobina, sopratutto allo spegnimento.
I 3 regolatori di tensione sono collegati in cascata, a partire da quello a tensione più alta. In questo modo si sommano, per ogni stadio, le capacità di reiezione al ripple.
I condensatorini in poliestere da 0.1uF sono importantissimi, e vanno collegati nelle IMMEDIATE vicinanze di ogni regolatore.

La corrente max erogabile è di 1,5A TOTALE, quindi se succhiate 1A dalla linea a 12V, vi rimangono solo 0,5A per le restanti linee a 5V e 3.3V. Anzi, è meglio tenersi un poco distanti dal limite massimo erogabile dalla serie LM.
Ovviamente i regolatori vanno montati su un piccolo dissipatore.

Un ulteriore step, per renderlo HIGH-END (= spendere soldi per avere poco o nullo miglioramento in cambio)  lo possiamo vedere dopo.

BaBBuino

#1
Feb 11, 2013, 10:03 pm Last Edit: Feb 11, 2013, 10:09 pm by BaBBuino Reason: 1
Due misure con la Trasformata di Fourier, giusto per rendere l'idea:

Qua abbiamo un regolatore (7805) con configurazione standard (da datasheet).



Questa invece è una misura utilizzando accorgimenti ulteriori per ridurre le figure di rumore:



Notate come nel 1° caso ci sia ancora una forte componente fondamentale a 100Hz (quelli che escono dal ponte diodi) più armoniche varie (200-400Hz ecc..) ancora piuttosto sostanziose.

Ora, non che è che un Arduino con quel genere di noise non funziona, ma quando si formano dei transitori di linea (un motore che parte e che può essere un trapano o anche una lavatrice), non tanto per ampiezza, ma sopratutto per slew-rate molto alto, questi passano e si propagano ai circuiti alimentati.
Una lampadina ovviamente non si accorge neanche di questi transitori (vista la sua inerzia) ma circuiti elettronici veloci possono manifestare, in qualche misura, una reazione a quella interferenza.

leo72

Grazie per aver condiviso il tuo progetto.
Una domanda: come mai hai messo quei tre led agganciati alle uscite dei 3 regolatori? Se parte il primo, partono tutti gli altri quindi non penso siano usati come spia della presenza di quella specifica tensione...

BaBBuino

In effetti hai ragione! Per la fretta non ci ho pensato. Se c'è una tensione c'è anche quella immediatamente precedente. 

Però un cortocircuito (o anche forte assorbimento) sulla 3,3V potrebbe riflettersi sulla 5V ma non sulla 12V, e a volte vedere un LED che si abbassa, può dare già una prima indicazione visiva.

Per semplicità ho usato i soliti regolatori fissi, ma gli LM317 (regolabili) hanno una reiezione ai disturbi ancora maggiore, però è una ulteriore complicazione circutale invero non necessaria. Chi è bravo può mettere 3 LM317 in cascata.

BaBBuino

Booster di corrente

Se 1,5A non bastassero, si può aggiungere un Transistor di potenza PNP come amplificatore di corrente.

Penso ai 12V, perchè più di 1 A sulle linee da 5V e da 3.3V, mi pare poco verosimile... Cmq nulla vieta di ripetere il circuito anche sulle linee a 5V e a 3.3V

Il circuito è questo, e a noi interessa SOLO il transistor e la sua resistenza di polarizzazione R1. Il resto lo abbiamo già nel circuito originale.



Il transistor è un qualsiasi PNP di potenza, in contenitore TO220 o TO3, con almeno un centinaio di valore del Beta.

Con una resistenza R1 intorno ai 2 Ohm (almeno 2-3Watt), ci possiamo garantire correnti interessanti, intorno ai 4-5A

leo72

Al posto del transistor non si potrebbe aggiungere un LM350 come regolatore di corrente? Non regge fino a 3A?
Cosa conviene di più?

BaBBuino


Al posto del transistor non si potrebbe aggiungere un LM350 come regolatore di corrente? Non regge fino a 3A?
Cosa conviene di più?


E' una questione di "simpatie". Ho sempre preferito delegare ad un (o più di uno) transitor esterno l'incremento di potenza, piuttosto che ad un piccolo IC (non mi piacciono i "faccio tutto io") e cmq è un IC regolabile, ma nulla vieta di usarlo. Non lo conosco bene come gli altri. Dò un'occhiata al Datasheet per vedere come si comporta quando gli tiri il collo.

Poi alla fine si va a finire sugli IC switching, tipo LM2575 e amici, che spingono fino a 5A. Ma in questa applicazione gli switching sono proprio quello che vogliamo evitare, perchè per quanto ben fatti, hanno sempre delle robe strane (leggi=spurie) che vanno in giro sulle linee di alimentazione.

BaBBuino

Beh... è decisamente un ottimo aggeggio!

LM150/LM350A/LM350 3-Amp Adjustable Regulators

• 86 dB ripple rejection
• Guaranteed 1% output voltage tolerance
(LM350A)
• Guaranteed max. 0.01%/V line regulation

leo72


Beh... è decisamente un ottimo aggeggio!

Io non l'ho ancora usato ma mi ero ripromesso prima o poi di costruirmi un alimentatore per il mio angolo elettronico, visto anche il costo degli alimentatori multitensione buoni, e se si riesce ad integrare l'LM350 nel tuo circuito direi che alla fine viene fuori un oggetto veramente superlativo.

Un'altra cosa da aggiungerci, sarebbe un sistema di protezione dai corti. Poi sarebbe quasi al top  ;)

BaBBuino

In effetti è anche meglio del 317, che ha già un ottimo rapporto di 80dB, mentre i 78xx si fermano a poco più di 60 dB

Domani modifico la parte a 12V con l'LM350!

Michele Menniti



Beh... è decisamente un ottimo aggeggio!

Io non l'ho ancora usato ma mi ero ripromesso prima o poi di costruirmi un alimentatore per il mio angolo elettronico, visto anche il costo degli alimentatori multitensione buoni, e se si riesce ad integrare l'LM350 nel tuo circuito direi che alla fine viene fuori un oggetto veramente superlativo.

Un'altra cosa da aggiungerci, sarebbe un sistema di protezione dai corti. Poi sarebbe quasi al top  ;)

bisogna leggere bene il data-sheet, di solito questi regolatori hanno integrata una protezione con limitatore di corrente, quindi potrebbe non essere necessario inventarsi qualcosa di aggiuntivo....
Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
http://www.michelemenniti.it/Arduino_burn_bootloader.php
Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
http://www.michelemenniti.it/atmega328nop.html
Articoli su Elettronica In:
http://www.michelemenniti.it/elettronica_in.html

leo72


bisogna leggere bene il data-sheet, di solito questi regolatori hanno integrata una protezione con limitatore di corrente, quindi potrebbe non essere necessario inventarsi qualcosa di aggiuntivo....

E' vero, ce l'hanno quasi tutti la protezione, ma mi pare sia di tipo passivo basata sulla lettura della temperatura, per evitare surriscaldamenti. Non so se hanno una protezione attiva che stacca quando si richiede più corrente di quella erogabile o se si mette in corto l'uscita del regolatore.

superzaffo

Bello... era da tempo che cercavo uno schema simile per farmi un mio alimentatore.
Quindi se mi basta alzare il limite della corrente dei 12V mi basta aggiunge il transistor su quella linea ?
Sorry se magari è una domanda stupida  :*


MauroTec


Bello... era da tempo che cercavo uno schema simile per farmi un mio alimentatore.
Quindi se mi basta alzare il limite della corrente dei 12V mi basta aggiunge il transistor su quella linea ?
Sorry se magari è una domanda stupida  :*




Il problema con quel circuito è che si perde la funzione della protezione interna del 78xx.

Ricordo che è anche possibile collegare i 78xx in parallelo raddopiando la corrente di ogni 78xx, prima di farlo però fare un circuito di test e verificare che entrambe forniscano in uscita una tensione stabbilizzato non molto differente, per dire 12.01 uno e 11.95, se la differenza è maggiore si può compensare con l'introduzione di una R da 0.1 ohm per ogni 78xx. Nota che la tensione di uscita può variare al variare della temperatura del 78xx per cui usare una aletta di raffredamento unica per entrambe i 78xx.

In questo caso si deve sempre usare un C 100nf per ogni 78xx, non raddoppiare il valore, se con il layout del PCB si è davvero "bravi" si possono risparmiare 2 C 100nf, ma per quello che costano io non mi darei tanto da fare con il PCB.

Con il circuito di babbuino, usate un dissipatore per ogni tensione, non condividetene uno per tutti.

Al circuito si può aggingere uno stabilizzatore a mosfet a componenti discreti prima di tutti gli stadi, dimensionando questo per correnti superiori alla somma delle correnti delle 3 tensioni si evita il rischio di distruggere il mosfet e per ogni uscita si conserva la massima corrente erogabile da 1 o 2 78xx mantenendo la protezione in corrente e temperatura di ogni 78xx.

Si lo so farei meglio a fornire schemi, ma non li ho.

Ciao.
AvrDudeQui front end per avrdude https://gitorious.org/avrdudequi/pages/Home

flz47655

Ciao,
Interessante progetto solo alcune note su cui potete dirmi se siete d'accordo:
- Diodo tra OUT e IN in tutti i regolatori visto che la capacità su OUT è elevata (47uF + eventuale carico capacitivo)
- Perlina di ferrite sul cavo per eliminare i disturbi ad elevata frequenza (come nei trasformatori dei portatili)
- Fusibile o polyswitch come protezione aggiuntiva

Volevo inoltre fare una domanda: L1 (nello schema induttanza da 1mH) come è costruita? Su un nucleo toroidale di qualche miscela? (se si quale?) E' invece una ferrite per i disturbi EMI? Qualche info in più :)

Ciao




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