Protezione di arduino alimentato dalla batteria auto - la soluzione finale?

Buonasera,

nonostante non sia un esperto di elettronica ho trascorso due giornate intere cercando informazioni sul terribile pericolo che incombe quando colleghiamo Arduino alla batteria dell'auto o della moto:

  • load dump (picco di tensione quando un carico consistente viene scollegato - ad esempio i fari)
  • cold crank (all'avviamento, quando la batteria fornisce fiumi di corrente per avviare il motore)
  • battery reversal (quando ci si collega invertendo erroneamente i poli alla batteria)

Terrorizzato e alquanto alle prime armi con tutto ciò che riguarda diodi zener, shunt, TVS, MOV, Varistor, condensatori elettrolitici, dropout e compagnia bella, mi sono messo alla ricerca di qualche soluzione per una scimmia-con-saldatore come il sottoscritto. Sinceramente la ricerca è stata sfiancante, perché pur avendo capito l'architettura generale di un circuito di protezione (si tratta in definitiva di due diodi ed un pò di capacitori e forse una induttanza), non riesco a stare dietro alle mille spiegazioni tecniche che si aggiungono e si sovrappongono (solo pochi minuti fa ho capito che un linear voltage regulator è diverso da uno switching voltage regulator). A me interessa solo avere 12 V puliti e "protetti" per poi alimentarci, a valle, Arduino ed ammenicoli vari (max consumo tptale intorno ai 200mA). Insomma mi serve un muro che tenga fuori il cattivo mondo della batteria auto, contrassegnato da tempeste elettriche di ogni tipo

Stavo per gettare la spugna quando ho scoperto un integrato di tre diodi prodotto dalla ST microelectronics:

RBO40-40G/T ( Datasheet ) costo = fra i 2,80 ed i 3,5 euro temperatura operativa fra i -40 ed i +150 gradi (!) :astonished:

Mi sembra l'uovo di colombo. E' vero che protegge "solo" fino a impulsi di +/-40 Volts (il massimo che ho visto per tale integrati è stato di +60 volts e nessuna protezione dai picchi negativi), ma mi sembra facilissimo da usare, in quanto non necessita (nelle applicazioni basiche) di induttanze e resistori attorno come altri circuiti integrati simili (vedere il diagramma "BASIC APPLICATION" a pagina 4).

A questo punto si potrebbe usare tale integrato a monte di uno dei tanti voltage regulator cinesi (che offrono una protezione pressoché nulla) ed il gioco è fatto.

Chiedo agli esperti di elettronica di questo forum: dove sta la fregatura nell'uso in questo integrato? A guardare il datasheet sembra un prodotto ottimo. :roll_eyes:

Lo RBO40-40G/T sopravvive piuttosto bene alla sovratensione prevista dallo standard “ISO 7637-2 pulse 5a test”, ovvero un picco di +87 Volts per 400 ms (almeno se mi ricordo bene, vedere in caso questo documento a pagina 28).

La tensione di clamping (bloccaggio) dello RBO40-40G/T in effetti è un pò alta (40V o 35V a temperatura di 25 gradi), per questo si potrebbe immaginare di aggiungere in cascata uno di quei regolatori cinesi che sono orridi ma dotati di LM2596.

Difetto: non mi pare che ci sia alcuna protezione da corto circuito, sicché l’aggiunta di un fusibile sembra necessaria.

gimpo: dove sta la fregatura nell'uso in questo integrato? A guardare il datasheet sembra un prodotto ottimo. :roll_eyes:

Non c'è nessuna fregatura, però è solo una parte del sistema di protezione in quanto si tratta semplicemente di un diodo, per la protezione contro il reverse voltage, seguito da un transil, per la protezione contro i picchi di tensione, ottieni la stessa cosa spendendo molto meno e con meno ingombro con un banale 1N4007 seguito da un transil da 16 V. In tutti i casi serve sempre un bel filtro LC per pulire tutta la porcheria presente sull'alimentazione di un autoveicolo. Se non sei pratico con questo tipo di problemi lascia perdere il "faccio da me" in quanto è facile fare danni sia ad Arduino che all'impianto elettrico del veicolo, prendi un caricatore per presa accendisigari e usa quello per alimentare Arduino in auto.

Ciao astrobeed, grazie per la risposta.
In effetti ho scartabellato i datasheet di dozzine e dozzine di componenti, tutti ottimi sulla carta. Però poi mi sono accorto che per dimensionare in modo oppurtuno il tutto occorre conoscere un sacco sulla sorgente dei disturbi (massimo voltaggio dei picchi, impedenza del generatore, frequenza dei picchi, durata tipica, etc. etc. etc.) e tutte queste cose sono difficili da sapere anche per gli addetti ai lavori. Sicché speravo esistesse una soluzione universale almeno nel mondo automotive.

Il mio problema principale è la temperatura: dovendo essere il box alloggiato all’interno di una carena moto dovrebbe avere un range operativo diciamo fra -15 e +80 gradi. Ora indagherò se i caricatori cui accenni tu funzionano solo con la confortevole temperatura di un abitacolo…
:confused:

gimpo:
Il mio problema principale è la temperatura: dovendo essere il box alloggiato all’interno di una carena moto dovrebbe avere un range operativo diciamo fra -15 e +80 gradi. Ora indagherò se i caricatori cui accenni tu funzionano solo con la confortevole temperatura di un abitacolo…
:confused:

Esistono alimentatori switching automotive, dotati di tutte le necessarie protezioni, con uscita a tensione fissa o regolabile, per Arduino l’ideale è 7.5V, range temperatura -40 +105° (industrial grade), però costicchiano, circa 40 Euro.
Dovrei averne un paio nel cassetto delle cose utili, fammi dare un’occhiata.

Trovati ho dei PTN78020WAH (6A), il range di temperatura è fino a 85°, sono molto piccoli e la tensione di uscita è regolabile tra 2.5 e 12.6V, basta montarli su un pezzetto di millefori per aggiungere i morsetti di ingresso 12V batteria e uscita 7.5V Arduino, più un paio di condensatori e una resistenza per fissare la tensione. Se ti va bene come soluzione posso montartelo io sulla 1000 fori così devi solo collegare i fili, se ti interessa contattami in pm.

Sembrano piuttosto buoni.. , ora dò un'occhiata approfondita e poi ti contatto.

Da quello che vedo sul datasheet il PTN78020WAH è un Step-down switching regulator (buck converter) che non sarebbe malaccio, purtroppo accetta minimo 15V in ingresso mentre una batteria auto/moto in ottimo stato difficilmente arriva a 14V...

Parlando di regolatori di tensione (leggo che dopo i buck-converter quelli non-isolated sono i più efficienti) come mai nessuno usa i prodotti della Manwell? Mi sembra più robusti maggiormente resistenti ai sovraccarichi.

… no, leggi bene il datasheet, il PTN78020W(AH) accetta da 7 a 36V (le due lettere AH stanno a significare il tipo di package e di montaggio, ma non hanno nulla a che vedere con la tensione in ingresso) ed in uscita può andare da 2.5V a 12.6V.

E’ il PTN78020H(XX) che accetta da 15 a 36V ed in uscita può andare da 11.85V a 22V.

Guglielmo

gimpo: Da quello che vedo sul datasheet il PTN78020WAH è un Step-down switching regulator (buck converter) che non sarebbe malaccio, purtroppo accetta minimo 15V in ingresso mentre una batteria auto/moto in ottimo stato difficilmente arriva a 14V...

No, ci sono due versioni, PTN78020H e PTN78020W, le altre due lettere riguardano il footprint, la versione con la W, quella che ho io, in ingresso accetta da 7 V to 36 V con out regolabile tra 2.5 V to 12.6 V.

gpb01: Guglielmo

Tanto per cambiare abbiamo postato in simultanea. :)

astrobeed:
Tanto per cambiare abbiamo postato in simultanea. :slight_smile:

Guglielmo

astrobeed: No, ci sono due versioni, PTN78020H e PTN78020W, le altre due lettere riguardano il footprint, la versione con la W, quella che ho io, in ingresso accetta da 7 V to 36 V con out regolabile tra 2.5 V to 12.6 V.

Hai un PM

gpb01: ... no, leggi bene il datasheet, il PTN78020W(AH) accetta da 7 a 36V (le due lettere AH stanno a significare il tipo di package e di montaggio, ma non hanno nulla a che vedere con la tensione in ingresso) ed in uscita può andare da 2.5V a 12.6V.

E' il PTN78020H(XX) che accetta da 15 a 36V ed in uscita può andare da 11.85V a 22V.

Guglielmo

Si è vero, faccio profonda ammenda. è che stasera gli occhi mi fanno giacomo-giacomo a forza di esaminare tutti questi daatsheet.

Comunque, per quanto pregevole, il Texas Instruments mi sembra alquanto costoso. I Meanwell mi sembrano lo stesso buoni (package in metallo) e molto meno costosi (anche se meno efficienti dei Texas).

Tuttavia in entrambi i casi parliamo di regolatori di tensione senza alcun tipo di protezione contro i "load-dump" in ingresso, giusto? Oppure mi sfugge qualcosa?

Per proteggere da inversione e sovratensione ti basta una cosa come quella in allegato (transil, SMBJ16A oppure P6KE16A, o simili, ho dimenticato di scrivercelo)

Non servirebbero neppure i 2 condensatori, ma io ne metto dappertutto, tanto male non fanno :wink:

load-dump.png

@Etemananki

grazie per lo schema. Ma a quel punto non sarebbe vantaggioso sostituire i due diodi con un unico integrato RBO40-40G/T che ha anche una protezione dai picchi negativi? Fino ad ora è l'unico integrato "semplice" nel cui datasheet compare la parolina magica "load dump".

Meno saldature =meno lavoro e meno possibilità che saltino con le vibrazioni di un veicolo. Il costo si aggira sui 3,00 Euro, tutto sommato mi sembra accettabile.

Nota: purtroppo lo RBO40-40G/T è difficilissimo da trovare nel package TO220 (quello con i piedini dritti da infilare una nei fori di una tradizionale PCB board per intenderci)...

gimpo:
… è difficilissimo da trovare nel package TO220 …

Per quello suggerivo di usare dei comuni diodi, piu facili da reperire (P6KE16A e’ in case NON SMD), oltre che meno costosi … poi se le saldature sono fatte bene, su un pezzetto di millefori in vetronite, e magari alla fine si riveste pure di resina il tutto, hai voglia che si rompano … :wink:

Digitando la parolina magica "automotive" in google (ad esempio "automotive 5V regulator") si entra nel mondo magico dei regolatori di tensione "robusti", niente caricatori USB, trasformatori di tensione niente "robaccia" insomma.

Da quel che leggo esistono diverse soluzioni con circuiti integrati "intelligenti", principalmente da case come Linear, Texas Instruments e MAXIM (per quest'ultima c'é un interessante articolo qui) con più o meno componenti da aggiungere intorno (condensatori, resistenze, etc). In tutti i casi si garantiscono bassi consumi a riposo e temperature operative fra -40 e +125 gradi (!).

Il problema principale è che si tratta sempre di componenti tipo SMB (surface mounted) quindi difficili da saldare su una board tradizionale forata. >:( In questo senso finora la soluzione con lo RBO40-40 rimane la mia prima scelta. In "pole-position" se così si può dire.

@Etemenanki: si, se non riesco a trovare la versione dello RBO40-40 a piedini dritti, la tua versione acquista indubbiamente senso.

Domanda: sarebbe possibile replicare completamente la struttura interna dello RBO40-40 montando tre distinti diodi? A me sfuggono le caratteristiche del terzo diodo (quello chiamato "T1" nel datasheet)...