Arduino mit 5V über 5V-Pin versorgen

Hallo!

Ich bin gerade dabei mir eine Schaltung zu zeichnen, die später auf eine Platine geätzt werden soll.
Die Schaltung an sich (Motorcontroller, MOSFETs für Lampen) wird mit 15V aus einem Schaltnetzteil versorgt.

Auf die Platine möchte ich einen Arduino Mega 2560 aufstecken, die den Motorcontroller und die MOSFETs für die Lampen steuert. An den Arduino ist außerdem ein kleines Display und ein paar LEDs angeschlossen. Der Stromverbrauch des Arduinos beträgt, wenn alle LEDs und das Display an sind, 400mA.

Es ist klar, dass der interne Spannungsregler des Arduinos es nicht schafft, die 15V auf 5V (bei 400mA) runterzuregeln, weil er dabei aufgrund der Verlustleistung kochend heiß wird.

Ich habe zwei Ideen, wie ich das Problem lösen kann:

Nr. 1: Ich verwende neben dem 15V Schaltnetzteil, was die Lampen und den Motorcontroller versorgt ein 7V Schaltnetzteil, das über die DC-Buchse des Arduinos den Arduino und die daran angeschlossenen LEDs und das Display versorgt. 7V-5V = 2V Spannungsabfall. 2V*0,4A = 0,8W Verlustleistung (müsste der interne Spannungsregler noch ohne Kühlung verkraften hoffe ich). Natürlich müssen die beiden Versorgungen eine gemeinsame Masse haben. Ich würde daher einfach GND vom Arduino mit der Masse meines 15V Netzteiles Verbinden.

Was haltet ihr von dieser Idee? Funktioniert das so oder entstehen irgendwo Probleme? Verbesserungsvorschläge?

Nr.2: Ich nutze einen DC/DC converter wie diesen hier http://www.conrad.de/ce/de/product/154496/DCDC-Wandler-Print-Recom-International-R-7850-10-5-VDC-1-A-5-W-Anzahl-Ausgaenge-1-x?ref=list#bewertungen
um meine Versorgungsspannung von 15V ohne großartige Verlustleistung / Wärmeentwicklung auf 5V herunterzuregeln. Diese 5V würde ich dann an den 5V-Pin des Arduino Mega 2560 anschließen (und Masse entsprechend am GND-Pin des Arduinos) Da alles über ein einziges Schaltnetzteil versorgt wird, hat alles die gleiche Masse, ich brauche also keine extra Massevebindung, richtig? Allerdings wird auf der Produktseite des Arduino Mega 2560 davon abgeraten, den Arduino über 5V zu versorgen. Welche Gründe hat das? Mir ist bewusst, das ich keinen Verpolungsschutz habe, der ist in meiner Platine in form einer netten 8A Schottky-Diode integriert (keine Sorge, hat <0,5V Spannungsabfall).

Gibt es noch andere Einwände gegen diese Variante? Ist die Spannung, die ich aus dem oben verlinkten Regler bekomme "sauber" genug für den Arduino? Brauche ich einen Elko als Puffer vor dem DC/DC Converter oder kann ich dank des Schaltnetzteils darauf verzichten? Was passiert, wenn ich den Arduino per USB an den PC anschließe (zum programmieren) - muss ich dann die Spannung am 5v Pin unterbrechen, da ansonsten Ausgleichsstrome fließen? Brauche ich ansonsten noch zusätzliche Bauteile / eine zusätzliche Beschaltung? Was ist mit dem Vin-Pin? Stört es den integrierten Spannungsregler oder die eingebauten Kondensatoren, dass ich quasi hinter ihm 5V einspeise?

So ich hoffe meine Schilderungen sind verständlich - wenn nicht, bitte nachfragen! Ich mache auch mal Fehler und beiße auch nicht :slight_smile:

Den VORLÄUFIGEN (!) Schaltplan habe ich auch mal hochgeladen. Dort wird der Arduino noch mit 15V über Vin versorgt - nicht davon irritieren lassen! Er dient nur dem Überblick über meine Schaltung bezüglich angeschlossener Verbraucher und Schutzschaltung (Diode / Sicherung) an der Spannungsquelle.

Ich freue mich über jede Antwort / Hilfe!
Falls etwas an meinem Eintrag nicht in Ordnung ist, gebt mir bitte Bescheid, anstatt ihn zu ignorieren und nicht zu antworten -ich bin neu hier im Forum und werde das dann natürlich sofort verbessern :slight_smile:

Ansonsten schon mal vielen Dank für eure Antworten!

Florian

hi,

bei diesen RECOM-dingern brauchst Du keine extra-beschaltung. die sind nur pin-kompatibel zu den "normalen" 7805ern, haben aber eine andere technik. von den 5V am 5V-pin wird wegen der möglichen verpolung abgeraten (und unter umständen wegen unsauberer netzteilspannung).

USB und 5V gleichzeitig sollte man vermeiden, und die gründe dafür sind einleuchtend. ich mach's trotzdem, und bin nicht der einzige. kaputt ist mir noch nichts geworden. sollte mir mal einer abrauchen, war's mir die hunderte male herumstecken-ersparen wert. naja, mehr kann man dazu nicht sagen.

warum Du bei fixer beschaltung eine diode als verpolungsschutz brauchst, erschließt sich mir nicht...

gruß stefan

Wenn man am 5V Pin den Arduino mit 5V versorgt und gleichzeitig USB eingesteckt hat dann hat man über die 500mA Sicherung zwei 5V paralellgeschaltet. Es fließen ausgleichströme da die beiden Spannungen nie gleich sein werden. Darum rate ich vom gleichzeitigen Anschluß von 5V und USB ab.

Dann wenn man weiß was passiert soll jeder selbst unter eigener Verantwortung entscheiden.

Zum Schaltbild: Ich sehe da gei Gefahr einige oder mehrere Ausgänge des ATmega2560 zu killen da die 14 LED zuviel Strom ziehen. Es gibt mehrer limits zum max Strom:
Pro Pin (40mA)
Pro Pingruppe (100 bzw 150mA)
Pro Spannungsversorgungspin (200mA).

Grüße Uwe

Eisebaer:
bei diesen RECOM-dingern brauchst Du keine extra-beschaltung. die sind nur pin-kompatibel zu den "normalen" 7805ern, haben aber eine andere technik.

Okay, das ist schon klar. In einem anderen Forum (mikrocontroller.net) wurde folgendes geraten:

Puffere außerdem die Spannung für den Arduino, damit er nicht die
Störungen von den Motoren abbekommt.

Netzteil        Diode (z.B. 1N4004)      

15V o----+---------->|---------+--------Schaltregler----o 5V Arduino
             |                    |             |
             +---o Motor          ---  100µF     |
                                   |   25 V       |
  Masse o--------------------------+--------------+---------o




Die Diode soll verhindern, daß der 
Motorstrom aus dem 100µF Elko (der hinter der Diode) kommt.
Der Motorcontroller hängt da direkt an dem 100µF Stützelko. D.h. 
wenn der Motor mal einen Impulsstrom zieht, dann bricht die Spannung am 
Elko ein und zwar evtl. so weit, daß die Spannung nicht mehr für 
Spannungsregler + Arduino reicht und der Arduino neustartet. Wenn du da 
noch eine Diode und einen zweiten Stützelko unterbringst, kann der Motor 
den zweiten Elko nicht mehr entladen.

Stimmen die Elektronik-Experten hier dem zu oder ist das in der Praxis überflüssig?
(ich verweise an dieser Stelle nochmal auf den oben angehängten Schaltplan zum besseren Verständnis)

Eisebaer:
USB und 5V gleichzeitig sollte man vermeiden, und die gründe dafür sind einleuchtend. ich mach's trotzdem, und bin nicht der einzige. kaputt ist mir noch nichts geworden. sollte mir mal einer abrauchen, war's mir die hunderte male herumstecken-ersparen wert. naja, mehr kann man dazu nicht sagen.

uwefed:
Wenn man am 5V Pin den Arduino mit 5V versorgt und gleichzeitig USB eingesteckt hat dann hat man über die 500mA Sicherung zwei 5V paralellgeschaltet. Es fließen ausgleichströme da die beiden Spannungen nie gleich sein werden. Darum rate ich vom gleichzeitigen Anschluß von 5V und USB ab.
Dann wenn man weiß was passiert soll jeder selbst unter eigener Verantwortung entscheiden.

Okay, d.h. in der Praxis ist das kein Problem? Das da Ausgleichsströme entstehen können, ist logisch, die Frage ist, welche Konsequenzen das in der Praxis hat? Ich habe (siehe Schaltplan, in der Nähe der DC-Buchse rechts) auf meiner Platine aber auch einen Schalter integriert, der die Versorgungsspannung komplett abschaltet. Dann brauche ich auch nichts ein- oder ausstecken.

Eisebaer:
warum Du bei fixer beschaltung eine diode als verpolungsschutz brauchst, erschließt sich mir nicht...

Sicher ist sicher :smiley: Theoretisch bräuchte ich ja auch keine Sicherung, da ein Schaltnetzteil eine Sicherung eingebaut haben müsste....

uwefed:
Schaltbild: Ich sehe da gei Gefahr einige oder mehrere Ausgänge des ATmega2560 zu killen da die 14 LED zuviel Strom ziehen. Es gibt mehrer limits zum max Strom:
Pro Pin (40mA)
Pro Pingruppe (100 bzw 150mA)
Pro Spannungsversorgungspin (200mA).

Grüße Uwe

Die Grenzwerte sind mir bekannt. Das sollte aber eigentlich kein Problem sein. Jede LED (rot, 2,25V)verbraucht bei mir bei dem gewählten Vorwiderstand 18mA. An die Pins 0-13 sind 5 LEDs angeschlossen, an die Pins 20-40 sind 9 LEDs angeschlossen. Ich muss zugeben, ich weiß nicht genau, wie die Pingruppen beim verbauten Mikrocontroller aussehen, allerdings hatte ich schonmal einen Arduino zur Steuerung eines Roboters verwendet, so wesentlich mehr Verbraucher (zwar nur 10 LEDs, aber dazu noch Kompass-Sensor, Ultraschall-Sensoren, Farbsensoren, IR-Sensoren) angeschlossen waren und es hat auch funktioniert :wink:

Kommen wir zurück zur Stromversorgung:

Also bleiben nun folgende Fragen:
Wie sieht es mit der oben genannten Schaltung aus, ist die sinnvoll / notwendig?
Wie sieht es mit dem gleichzeitigen Verbinden von USB und 5v aus, ist das in der Praxis wirklich unproblematisch?

Und wenn das beantwortet ist, bleibt noch die Entscheidung, welche meiner Anfangs erklärten Ideen die sinnvollere ist - getrennte Versorgung über zwei Schaltnetzteile oder Spannungsregler?

Vielen Dank nochmals für eure Antworten!

Florian

Hallo,

wegen USB und externer Versorgung gleichzeitig. Da kann nichts passieren. Denn sobald eine Spannung an VIN anliegt, wird über die Schaltung OPV IC7B und P-Channel Mosfet T1 die USB Spannungsversorgung aus dem Rennen genommen.

Edit: sorry, es ging um den direkten 5V Pin und nicht um VIN. Ja da sollte man sich vorher entscheiden, entweder USB oder am 5V Pin Spannung anlegen. Beides zu gleich kann und wird irgendwann schief gehen.

hi,

ich hab' oben gemeint, daß der RECOM-wandler keinen kondensator mehr braucht, weil es ein komplettteil ist. ich hab' jetzt grad eine schaltung mit motor aufgebaut (arduino 3,3V, motor für heizungsregler 3,3V), die nicht funktioniert hat, weil der arduino immer resettet hat, wenn der motor anlief.

heute hab' ich einen elko und eine diode mitgebracht und eingebaut, jetzt läufts. meine schaltung ist halt ein bißchen anders, weil ich gleiche spannungen habe und darum alles nach dem spannungsregler machen muß.

meine versorgungsspannung kommt mit 12V, die ich mit einem RECOM-wandler auf 5V runterbrech' (die ich woanders brauche), und dann mit einem spannungsregler-dreibein (so einem mit kerko und elko) auf die 3,3V bringe.

frage an die experten: wäre es "sicherer", wenn ich statt 100µF 220µF nehm', oder bringt das wieder nachteile?

Okay, d.h. in der Praxis ist das kein Problem? Das da Ausgleichsströme entstehen können, ist logisch, die Frage ist, welche Konsequenzen das in der Praxis hat?

doch. das kann leicht ein problem sein. daß ich's trotzdem mache, ist meine entscheidung. wenn's schiefgeht, darf ich halt nicht jammern...

gruß stefan

Hallo,

sicher kannst Du statt den 100µF auch 220µF verwenden. Ist kein Problem. Haste mehr Reserven zur Spannungsglättung. Der Vorteil wäre nur futsch, wenn der 100µF Elko einen kleineren Innenwiderstand hätte wie der 220µF. Ich kaufe nur noch low ESR Elkos von Panasonic. Der Aufpreis ist sehr gering gewurden.

hi,

ich hab' mal einen 220µF reingesetzt. läuft auch.

meine frage hat den hintergrund:
ohne elko resettet der atmel immer wieder, wenn der motor anlaufen soll.
einmal, und zwar genau einmal und nicht reproduzierbar hat er das gleiche auch gemacht, wie ich das 12V-netzteil neu angesteckt hab'. immer wieder reset bei anlauf des motors. abgesteckt, angesteckt, problem weg.

gruß stefan

hi,

ich hab' mir jetzt meinen schaltplan von oben noch mal angesehen.
nach dieser aussage beim ersten schaltplan ganz oben:

Die Diode soll verhindern, daß der
Motorstrom aus dem 100µF Elko (der hinter der Diode) kommt.

ist das in meinem schaltplan doch falsch. müßte die diode nicht waagrecht direkt über der schrift "1N4004" eingebaut werden. weil so, wie sie jetzt liegt, kann der motor ja strom aus dem elko ziehen.

gruß stefan

PS.: elektroniker haben's heute schwer im forum. einige "unbedarfte" wie ich unterwegs...

wobei es mich natürlich nicht stören würde, wenn ich beide dioden einbauen muß. von den spannungen her sollte es ja kein problem sein.
falls ich es richtig verstanden hab', "frißt" eine diode etwa 0,5V. und der motor kommt sicher klar damit, wird normalerweise mit zwei 1,5V-batterien versorgt. der 328er muß mit 2,8V und 8MHz auch klarkommen.

wenn also eine diode dafür da ist, damit der motor nicht induktiv "zurückschlägt", und die andere, damit der motor nicht vom stützkondensator saugt, ist das ok.

lieg' ich da richtig ? ? ?

gruß stefan

Hallo,

damit der Motor nicht den Elko leer saugt, muß natürlich eine Diode in Reihe rein, zwischen die beiden Kanditaten. Mit dem Spannungsabfall mußte dann leben. Oder nimmste eine Schottky, die haben eine geringere Flussspannung.

Um die Induktionspannung vom Motor abzubauen muß die Freilaufdiode direkt an den Verursacher, also parallel zum Motor in Sperrichtung.

Die Diode über den 3,3V Spannungsregler ist auch nicht falsch. Sie schützt den Spannungsregler vor Überspannung am Ausgang. Die können das nicht leiten wenn die Ausgangsspannung größer wie die Eingangsspannung ist. Reine Vorsichtsmaßnahme. Der Reco dürfte das schon drin haben, nehme ich an. Ansonsten würde ich auch da eine parallel schalten. Mit der Motorinduktivität sollte man vorsichtig sein. Auch wenn es nur ein 3,3V Motor ist.

Warum hängste den Arduino eigentlich nicht an die 5V am Recom?
Warum 2 Spannungsregler hintereinander?

hi,

ich brauch 3V für den motor und die h-brücke, die den motor schaltet. das ist durch den heizungsregler vorgegeben. kann sein, daß der auch mit 5V klarkommt, aber das weiß ich ja nicht, also 3V.

die 5V brauche ich für den MAX485. ein logic level converter ist zwischen atmega und MAX485. uwe hat mir zwar einem MAX485 genannt, der mit 3V arbeitet, aber keiner konnte mir sagen, ob der MAX dann die signale mit 3V/-3V oder 5V/-5V verschickt. und ich möchte auf nummer sicher gehen, was die übertragung angeht. ein paar cent sparen ist da für mich nicht angesagt.

ich hab' also entweder die möglichkeit, den atmega mit 3V zu betreiben und direkt den motor zu schalten, und zum MAX485 LLCs einzubauen, oder..

den atmega mit 5V zu versorgen, dann muß ich für die h-brücke LLCs einbauen, und außerdem, und das ist entscheidend für mich gewesen, auch LLCs für die sensormessung von der motorplatine zum atmega zu verwenden (liefert etwa 50 HIGHs/sek, wenn er sich dreht. und ich muß ja abschalten, wenn er nichts mehr liefert, weil er am anschlag ist).

doc, falls Die was besseres einfällt, bin ich dankbar, falls Dir meine erklärung nicht genügt, kann ich das verstehen, bin auf einer feier und hab' schon 6 bier. dann schreib' mir bitte und ich versuch's morgen nüchtern....

gruß stefan

EDIT: 7 bier...

Die Grenzwerte sind mir bekannt. Das sollte aber eigentlich kein Problem sein. Jede LED (rot, 2,25V)verbraucht bei mir bei dem gewählten Vorwiderstand 18mA. An die Pins 0-13 sind 5 LEDs angeschlossen, an die Pins 20-40 sind 9 LEDs angeschlossen. Ich muss zugeben, ich weiß nicht genau, wie die Pingruppen beim verbauten Mikrocontroller aussehen, allerdings hatte ich schonmal einen Arduino zur Steuerung eines Roboters verwendet, so wesentlich mehr Verbraucher (zwar nur 10 LEDs, aber dazu noch Kompass-Sensor, Ultraschall-Sensoren, Farbsensoren, IR-Sensoren) angeschlossen waren und es hat auch funktioniert :wink:

Die Grenzwerte bzw die Gruppen der Pin's findest Du im Datenblatt des Controllers.

Laut Schaltplan im ersten Post hast Du 14 LED mit Vorwiderstand 150 Ohm.
Eine rote Standart-LED hat eine Vorwärtsspannung von 1,6V, nicht 2,25V. Darum fließen bei einem Vorwiderstand von 150 Ohm ca 23mA nicht 18mA. Bei 14 LED sind das dann ca 317mA.

LEDs leuchten bereits bei weniger Strom und darum würde ich 5mA wählen.

Alle von Dir genannten Sensoren werden nicht vom Kontroller mit Strom versorgt sondern über die Versorgungsspannung. Darum belasten sie den Controller (ATmega) kaum.

Grüße Uwe

Hallo Eisbär, :wink:

ich habe da noch eine Idee um es noch etwas sicherer zugestalten.

An alle Spannungsregler direkt davor und dahinter kommt noch eine Elko. Je 100µF sind ausreichend.
Auch beim Recom kannste noch eine Schutzdiode quer drüber legen. Richtung beachten. Kannste ins Datenblatt schauen. Bzw. wie beim 3,3V eingemalt.

Jetzt die Idee, wegen den 3,3V und Motor. Hier kannste 2x den 3,3V Spannungsregler nehmen. Einmal für den Motor und einmal für den Arduino. Beide hängen an den 5V. Damit haste die Spannungen so gut wie getrennt und keinen Spannungsverlust in der Leitung zum Arduino wegen der Diode.

Den 220µF Elko kannste zwischen den 5V und den beiden 3,3V Reglern einbauen. Und einen 100µF wie gesagt noch vor den 5V und je nach den 3,3V Reglern. Die Freilaufdiode am Motor nicht vergessen.

Wenn Du die Massepunkte der Elkos so nah wie möglich an die Regler baust und die Freilaufdiode so nah wie möglich an den Motor, am besten direkt an die Motorkontakte, dann wäre das alles optimal.

Kannst ja mal einen neuen Plan "tippen" um Missverständnisse vorzubeugen.

hi, doc,

puh, viele dioden und elkos. einerseits egal. kosten ja nix, andererseits muß ich auch wegen dem platz aufpassen, die platine muß ja in den heizungsregler passen. da muß ich nochmal ins layout reinschauen.

für einen zweiten spannungsregler auf 3,3V hab' ich einen platzhalter im layout, weil ich da auch schon drüber nachgedacht hab'. dann hätt' ich drei regler in der kleinen schaltung. aber wie gesagt, kostet ja nix...

in den heizungsregler kommt noch eine zweite platine, auf der dann der RJ45-stecker (strom und RS485) und der RECOM sitzen.

dank' Dir sehr für die vielen guten tips, ich laß das jetzt mal wirken...

gruß stefan

PS: sorry übrigens, florian, daß ixh Deinen thread "mitbenutzt" habe. eigentlich wollte ich Dir tips geben, ist dann ausgeartet...

Hallo,

der zweite 3,3V Regler wäre eine Option wenn möglich. Wenn alles mit nur einem 3,3V Regler im Versuchsaufbau klappt, dann kannste den zweiten wegen Platz auch weglassen. Not gedrungen. Wenn es der Platz hergibt, würde ich den zweiten dazu nehmen. Nur die Elkos vor und nach den Reglern müssen rein und die Schutzdioden über den Reglern. Dem letzten Elko für den Arduino würde ich noch einen 1µF Keramik zur Seite stellen, um Spitzen zu filtern.
Und wie gesagt, um den Spannungsabfall der letzten Diode für den Arduino zu minimieren, kannste eine Schottky nehmen.

Sacken lassen, nach den Platzverhältnissen schauen und drüber nachdenken was man machen kann.

hi,

was sind denn die standarddioden bei den schottkys. die 1N5817 / SB120 ? sind die ok für sowas?
und die 20V beziehen sich auf die betriebsspannung oder gilt da was anderes?

gruß stefan

Hallo,

kannste beide nehmen. Die 20V ist die max. Sperrspannung die sie aushält. "Reverse Voltage". Die 1N4004 kann bis 400V Sperrspannung ab, dafür langsamer. Bei deinen 3,3V spielt das zwar keine Rolle, aber wenn ich freie Wahl habe, würde ich eine SB140 nehmen. Hat 40V Sperrspannung und noch die niedrigste Flussspannung der Reihe. Die Flussspannung wird praktisch unter den max. angegeben 500mV liegen. Meistens 0,3 bis 0,4V.
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/SB/SB140.pdf
Im erweiterten Bastlersortiment darf sowas drin sein. :slight_smile:

hi,

danke Dir. das wären dann die 1N5819 der anderen reihe. die gibt's beim conrad. da hol ich morgen ein paar und bestelle 50 in chinaland.

gruß stefan

So, hallo, ich melde mich mal wieder wegen meinem Problem :slight_smile:

Also ich habe jetzt überlegt, ich werde die LEDs gegen low current LEDs austauschen, die nur 2mA verbrauchen. Dann habe ich das Stromproblem schonmal deutlich reduziert. Der Gesamtstromverbrauch liegt dann bei 100mA Arduino an sich (geschätzt), 60mA Display, 16x2mA (LEDs) = ca. 200mA.

Damit ist es kein Problem für den Arduino-Internen Spannungsregler eine Spannung von 9V auf 5V runterzuregeln.

Ich nutze dann also diesen Spannungsregler:
http://www.conrad.de/ce/de/product/676141/DCDC-Wandler-Print-Recom-International-R-7890-05-9-VDC-05-A-45-W-Anzahl-Ausgaenge-1-x?ref=list

und schließe die 9V Spannung an den Vin-Pin des Arduinos an.

So habe ich dann keine Probleme mit dem USB-Anschluss und kann auf Nummer sicher gehen.

Was mich jetzt noch interessieren würde ist, wie das nun mit der von mir oben geposteten Schaltung aussieht.

Zur Erinngerung:

Netzteil        Diode (z.B. 1N4004)      

15V o----+---------->|---------+--------Schaltregler----o 5V Arduino
             |                    |             |
             +---o Motor          ---  100µF     |
                                   |   25 V       |
  Masse o--------------------------+--------------+---------o




Die Diode soll verhindern, daß der 
Motorstrom aus dem 100µF Elko (der hinter der Diode) kommt.
Der Motorcontroller hängt da direkt an dem 100µF Stützelko. D.h. 
wenn der Motor mal einen Impulsstrom zieht, dann bricht die Spannung am 
Elko ein und zwar evtl. so weit, daß die Spannung nicht mehr für 
Spannungsregler + Arduino reicht und der Arduino neustartet. Wenn du da 
noch eine Diode und einen zweiten Stützelko unterbringst, kann der Motor 
den zweiten Elko nicht mehr entladen.

Haltet ihr die für sinnvoll?
Oder ist das überflüssig?

Grüße

Florian

PS: Kein Problem Stefan :slight_smile: Ging mir selber auch schon mal so.