Książki o elektronice i programowaniu w promocji 2 za 1 (tańsza za 0 zł)! Sprawdź listę tytułów »

Sprawdzone sposoby na zasilanie mikrokontrolera

Sprawdzone sposoby na zasilanie mikrokontrolera

Niniejszy artykuł jest podstawowym kompendium wiedzy nt. różnego typu źródeł zasilania oraz regulowania napięcia. Tekst jest przeznaczony głównie dla początkujących.

Artykuł omawia najważniejsze aspekty zasilania układów wyposażonych w mikrokontroler.

Jakiego napięcia potrzebujemy?

Większość mikrokontrolerów do prawidłowej pracy powinno być zasilanie napięciem 5V lub 3,3V. Wśród początkujących większą popularnością cieszą się układy dedykowane do pracy przy 5V, dlatego zdecydowałem, że właśnie to napięcie będziemy próbować uzyskać na różne sposoby.

Baterie

Pierwszym źródłem zasilania, które przychodzi na myśl większości początkujących, są baterie. Dzieje się to z powodu wykorzystywania ich w większości komercyjnych urządzeń przenośnych, np. w radiach, pilotach, zegarkach.

Baterie są jednorazowego użytku, wyróżniamy wiele ich typów, z czego najpopularniejsze są:

  • baterie typu AA  (paluszki) - najpopularniejszy typ baterii, napięcie nowej wynosi ok. 1,5V. Są dostępne praktycznie wszędzie: w supermarketach, kioskach, sklepach AGD RTV, itp. Pojemnościami sięgają do 2300 mAh.
  • baterie typu AAA (cienkie paluszki) - wyglądem podobne do baterii AA, z wyjątkiem rozmiaru (są cieńsze i krótsze). Podobnie do baterii AA są ogólnodostępne i bardzo popularne. Zmniejszony rozmiar, to również zmniejszona pojemność, która w ich przypadku sięga ok. 1000 mAh.
  • baterie 6F22 (baterie 9V) - znacznie większa i różniąca się kształtem od poprzednich. Łatwo dostępne, jednak charakteryzują się stosunkowo niską pojemności np.: 500 mAh.
  • baterie pastylkowe - najmniejsze z wymienionych, znane są również jako zegarkowe ze względu na ich najczęstsze wykorzystanie. Są dostępne w różnych wariantach napięciowych, pojemnościowych i gabarytowych.

Oczywiście istnieje znacznie więcej różnych baterii, ale są one zdecydowanie mniej popularne. Częstym błędem początkujących jest wykorzystywanie źródła zasilania o zbyt małej wydajności. Należy pamiętać, że silniki znajdujące się w robotach są elementami, które mogą chwilowo (np.: podczas startu) pobierać bardzo dużo prądu. Jeśli wybrana bateria będzie miała małą pojemność zostanie natychmiast rozładowana i układ nie będzie mógł działać poprawnie.

Z tego powodu do zasilania robotów praktycznie nie nadają się inne baterie niż typu AA, ewentualnie AAA. Wśród niedoświadczonych początkujących dużym zainteresowaniem cieszą się baterie 9V, ponieważ są stosunkowo małe i wygodne w podłączeniu. Wysokie napięcie jest również atutem, mało kto zwraca jednak uwagę na pojemność, która w przypadku tych baterii jest zadziwiająco mała.

Akumulatory

Kolejną popularną kategorią źródeł zasilania są akumulatorki. W porównaniu do baterii mają podstawowy atut: są wielokrotnego użytku.

Na rynku znajdziemy wiele typów akumulatorów, najpopularniejsze to:

  • NiMH (akumulatorki niklowo-metalowo-wodorkowe) - jedne z najpopularniejszych i ogólnodostępnych w sprzedaży. Wyglądem mogą nie różnić się od baterii (z wyjątkiem etykiety). Napięcie naładowanego ogniwa najczęściej wynosi ok. 1,2V, jednak są również dostępne wersje o innych napięciach wyjściowych.
  • NiCd (akumulatorki niklowo-kadmowe) - mniej popularne od NiMH ze względu na zawartość trującego kadmu. Są dostępne w różnych wersjach, również jako zamienniki baterii AA. Aktualnie wypierane przez akumulatorki NiMH.
  • LiPol (akumulatorki litowo-polimerowe) - znane i cenione wśród robotyków i modelarzy. Napięcie pojedynczego ogniwa wynosi 3,7V. Ogólnodostępne są również gotowe pakiety składające się z kilku ogniw. Wśród konstruktorów robotów najpopularniejsze są pakiety 7.4V oraz 11.1V. Są lekkie, wydajne prądowo i stosunkowo niewielkie. Więcej informacji na ich temat znaleźć można w kompendium.
  • LiIon (akumulatorki litowo-jonowe) - znane głównie z telefonów komórkowych. W robotyce amatorskiej wypierane przez akumulatory litowo-polimerowe.

Inne źródła zasilania

Warto wspomnieć także o akumulatorach kwasowo-ołowiowych, żelowych i AGM, znanych wszystkim z samochodów, motocykli, itp. Znajdą one wykorzystanie jedynie w większych robotach ze względu na rozmiary i dużą masę. Ich napięcie to zazwyczaj 12V lub 6V.

Istnieje także możliwość zasilania mikrokontrolera z portu USB. Należy jednak pamiętać, że nie jest to rozwiązanie dobre dla urządzeń zawierających np.: silniki. Z najpopularniejszy portów USB do układu możemy dostarczyć jedynie 500mA.

Jak dostosować napięcie do wymaganego poziomu?

Po wybraniu źródła zasilania, musimy pamiętać, że do mikrokontrolera należy podać dokładnie napięcie 5V. W większości przypadków napięcie wejściowe należy więc obniżyć do wymaganego poziomu. Jedną z najpopularniejszych metod jest zastosowanie liniowego stabilizatora napięcia. Układ, z którym spotkał się praktycznie każdy elektronik to LM7805.

Stabilizator 7805

Stabilizator 7805

Przytoczony układ stabilizatora wymaga napięcia wejściowego przynajmniej 2,5V większego od napięcia wyjściowego, a więc ok. 7,5V. Dokładne zakresy napięć, maksymalne prądy i inne parametry należy sprawdzić w nocie katalogowej wybranego modelu.

Kolejnym sposobem jest zastosowanie przetwornicy step-up lub step-down. Drugi człon nazwy wskazuje na tryb pracy przetwornicy, tak więc "up" oznacza podwyższanie napięcia, a "down" - jego obniżanie. Można więc, przy użyciu odpowiedniej przetwornicy step-up (np. w postaci gotowego modułu firmy Pololu) uzyskać napięcie 5V z napięcia nawet poniżej 1V. Niestety, sprawność takich przetwornic wynosi jedynie 70-90%. Analogicznie działają przetwornice step-down, z tym że te obniżają napięcie wejściowe.

przetwornica

Przetwornica step-up.

Alternatywne źródła zasilania

Istnieją także alternatywne, ekologiczne źródła zasilania. Zastosowanie odnawialnych źródeł energii może mieć głównie miejsce w dużych robotach przystosowanych do pracy na zewnątrz. Temat ten jest zbyt skomplikowany jak dla początkujących, ponieważ uzyskanie prądu potrzebnego do zasilenia prostego robota mobilnego np.: z baterii słonecznych nie jest łatwym zadaniem.

Podsumowanie

Istnieje wiele różnych źródeł energii, z których każdy sam musi wybrać najbardziej odpowiadające do danego zastosowania. Mam nadzieję, że powyższy artykuł okaże się pomocny i wskaże drogę do wybrania najodpowiedniejszego źródła zasilania i sposobu jego obniżenia lub podwyższenia.

Artykuł zgłoszony do VII edycji konkursu (po)wakacyjnego!
Nagrody ufundował sponsor główny:

satland

 oraz sponsorzy:

and-techavthelion

ebookpointstrefakursów

konkurs2014, mikrokontroler, przetwornica, stabilizator, zasilanie

Trwa ładowanie komentarzy...