Układ zasilania - proszę o poradę

[Rayu85]

Witajcie, chcę dzisiaj złożyć ( polutować na płytce) uniwersalny układ zailania dla moich przyszłych zabawek. Wymyśliłem jak to widzę i prosił bym was o opinię czy tak będzie dobrze.

2x ogniwo li-ion 18650 5000mAh (szeregowo w koszyku), następnie wyjście na stabilizator 5V (7805) (kondensatory na wejściu i wyjściu 220uf - czy takie kondensatory będą ok?) oraz stabilizator 3.3V ( również kondensatory na wejściu i wyjściu 220uf ) z stabilizatora 5V wyjście na gold pin oraz gniazdko takie jak w andurio. z stabilizatora 3.3V wyjście tylko na gold pin.

- Stosuję 2 stabilizatory aby móc wykorzystać różne napięcia bez konieczności zmiany czy przerabiania układu.

- Czy takie kondensatory będą dobre do tego układu?

- Czy jeszcze coś należy dołożyć? ( wiem że mógłbym się pokusić o bezpiecznik ale niestety nie kupiłem takiego:/) może warto dać diodę półprzewodnikową żeby zapezpieczyć przed włożeniem ogniw odwrotnie?

Załączam prowizoryczny schemat z Diagram Designera.

Wybaczcie niepoprwane oznaczenia ale myślę że każdy się połapie o co chodzi.

[krzymek]

Chyba wyglada ok, nic nie wspomniales o wydajnosci tego rozwiazania. Ile Amper chcesz pociagnac i ile mocy strat bedzie na stabilizatorach.

Ja wole stosowac przetwornice step down do takich rozwiazan.

[marek1707]

Rayu85, jeżeli masz zamiar bawić się w hobby pt. elektronika czy robotyka, musisz przyswoić sobie używany tu język i pojęcia, bo bez tego my nie zrozumiemy Ciebie a Ty nas. To nie przedszkole, gdzie możesz sobie narysować kółko i dwie kreski i wciskać Pani, że to Twój kotek. Posługujemy się tutaj językiem schematów elektrycznych i rysunków technicznych. To co pokazałeś to jakiś kompromitujący żart, wybaczamy, ale mamy nadzieję, że więcej się to nie powtórzy. Zajrzyj na strony opisujące symbole elektryczne. Na obecnym poziomie wystarczyło tylko dowiedzieć się o baterię i kondensatory. Stabilizatory mogą być prostokątami a narysować wszystko mogłeś ołówkiem na kartce - żadne programy ani specjalne umiejętności nie są do tego potrzebne. Nawet na tym Forum są setki schematów, wystarczyło zobaczyć dwa z nich.

Swoją drogą nie istnieją ogniwa 18650 o pojemności 5Ah - dałeś się nabrać a jeśli producent pisze coś takiego to znaczy, że w środku jest najgorszy chłam. Mogą mieć zupełnie różne pojemności (np. 1100 i 1500mAh) oraz być pozbawione układu zabezpieczającego. Obie te rzeczy prowadzą do bardzo szybkiego zniszczenia jednego lub obu ogniw i niestety może się to odbyć w formie pożaru. Radziłbym odłożyć to daleko od siebie, nigdy nie podłączać i kupić porządne, markowe akumulatory o pojemności 1800-2400mAh koniecznie z wbudowanym układem zabezpieczającym.

Zwykle stabilizatory nie potrzebują aż tylu/takich kondensatorów. Na wejściu wystarczy jeden (wspólny) 100uF a na wyjściach możesz dać coś w granicach 10-100uF. Co będzie robiło 3.3V? I narysuj porządny schemat.. 😥 Pomyśl o wyłączniku oraz może o jakiejś sygnalizacji napięć wyjściowych. Diody LED są dzisiaj tanie.

Możesz użyć jednego scalaka i zmieniać np. zworką lub przełącznikiem napięcie wyjściowe.

[Rayu85]

Narysowałem mój schemat w bardziej "profesjonalnej formie" przynajmniej na tyle ile mi się udało. Załączam plik:)

Dodałem 2 diody dla zabezpieczenia, sygnalizację pracy diodą LED oraz włącznik układu.

Wyjście 3.3V robię jako awaryjne gdybym chciał kiedyś podłaczyć coś na takie napięcie to żeby mieć już gotowy układ.

Na tą chwilę raczej nie mam dla niego praktycznego zastosowania.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Od razu lepiej 🙂 ale żeby nie było tak słodko:

Jedna dioda wystarczy, to obwód szeregowy. Każde złącze pn to dodatkowe setki mV straty napięcia. Dołącz minus baterii do wspólnej masy a od strony plusa daj diodę, najlepiej o małym napięciu przewodzenia i dużo większym prądzie niż zaproponowałeś. 1N4148 to tzw. "computer diode" - supertania, ale praktycznie żadnych gwarantowanych parametrów no i przy prądzie 100-200mA idzie z dymem. Nie wiem gdzie kupujesz elementy, ale jakaś dioda Schottky'ego na prąd 2A będzie tu w sam raz.

Dzisiejsze diody LED zadowalają się prądami rzędu 1-5mA więc dla 5V wystarczy opornik rzędu 1-2k. Chyba że ma to być coś wielkiego lub supertaniego w mlecznej obudowie. Wtedy 10mA może być konieczne żeby to w świetle dnia zobaczyć.

Zwykły elektrolit 100uF jest porównywalny szybkością z typowym stabilizatorem więc na wyjściu w niczym nie pomoże (ale też nie zaszkodzi). Ja bym się ograniczył do 10uF/10V równolegle do ceramicznego 100nF.

C1 i C3 są równolegle do siebie i jeden z nich możesz usunąć.

Może jako wyłącznik daj przełącznik trzypozycyjny? Na środku będzie WYŁ, jedna skrajna pozycja to 5V a druga to 3.3V? Raczej rzadko będą potrzebne oba napięcia, a korzystając z jednego nie będziesz niepotrzebnie zasilał drugiego stabilizatora.

Ponieważ jest to układ z akumulatorami a więc "bateryjny" wstawiłbym jakąś sygnalizację ich rozładowania. W przeciwnym wypadku dziwne działanie układu będziesz zwalał na problemy montażowe lub "błąd kompilatora" a to po prostu będą zdechnięte aku. Co o tym myślisz? To nietrudne, a jak już budować "zasilacz", to niech będzie użyteczny i najlepszy jaki umiesz zbudować.

A może zamiast sygnalizacji (np. zielony LED który gaśnie przy U<6.8V) dospawać prosty woltomierz? Dziś takie moduły można kupić za grosze.

http://allegro.pl/modul-woltomierz-voltomierz-dc-3-30v-led-czerwony-i5641361399.html

Albo dać taki woltomierz (tym razem na wyjściu) + regulację napięcia potencjometrem? Masz wtedy jedno wyjście ale za to z kontrolą tego co naprawdę na nim jest. Taki stabilizator także jest tani (np. LM1117), 800mA prądu powinno wystarczyć do większości aplikacji "cyfrowo-procesorowych" a napięcie da się regulować od 1.2V w górę. Na początek nieźle.

EDIT: Albo chociaż takie coś?

http://allegro.pl/elbrod-miernik-panelowy-woltomierz-10v-1735-i6081440779.html

Gotowy wskaźnik. Wystarczy zrobić czerwoną kreskę na skali np. przy 6V i już masz ostrzeganie przed wyładowaniem aku.

[Rayu85]

Przerobiłem schemat zgodnie z sugestiami. Załączam 🙂

Kilka pytań:

Pomysł z włącznikiem 3 pozycyjnym mi się bardzo podoba:) Tak samo woltomierz na wejściu (Zwłaszcza że mam chyba z 15 szt ich leżeć w domu 🙂

(np. zielony LED który gaśnie przy U<6.8V)

w jaki sposób zrobić taką sygnalizację bez użycia Andurio?

Dzisiejsze diody LED zadowalają się prądami rzędu 1-5mA więc dla 5V wystarczy opornik rzędu 1-2k. Chyba że ma to być coś wielkiego lub supertaniego w mlecznej obudowie. Wtedy 10mA może być konieczne żeby to w świetle dnia zobaczyć.

Rozumiem że chodzi o to aby ograniczyć do minimum prąd jaki będzie pobierać dioda?

Zwykły elektrolit 100uF jest porównywalny szybkością z typowym stabilizatorem więc na wyjściu w niczym nie pomoże (ale też nie zaszkodzi). Ja bym się ograniczył do 10uF/10V równolegle do ceramicznego 100nF.

Dobrze zrozumiałem, że sugerujesz dać 2 kondensatory na wejściu i nie dawać żadnego na wyjściu?

ale jakaś dioda Schottky'ego na prąd 2A będzie tu w sam raz.

- Czy dioda 1N4148 będzie ok? https://botland.com.pl/diody-prostownicze/4927-dioda-prostownicza-1n4148-2a75v-10szt.html?search_query=1N4148&results=8

[Wojciech]

Środkowe wyprowadzenie przełącznika nie możesz mieć połączone z masą bo zrobisz zwarcie na baterii, musi być "wiszące".

[marek1707]

Przede wszystkim symuluj w głowie to co rysujesz. Wojciech już zwrócił uwagę na przełącznik. Nie zastanowiło Cię co się stanie gdy ustawisz go w pozycji środkowej?

A teraz po kolei:

Takich układów (detektorów napięcia) można wymyślać dziesiątki. Mogą być tranzystorowe, komparatorowe, diodo-Zenerowe, scalakowe, do wyboru do koloru. Masz jakieś części elektroniczne w domu? Może nie warto kupować czegoś konkretnego jeśli masz pełną szufladę. W międzyczasie poszukaj w sieci hasła "battery low voltage detector" i obejrzyj znalezione schematy. Może któryś wpadnie Ci w oko.

Tak, ograniczyć prąd do niezbędnego minimum. Acha, z innego napięcia ale z takim samym opornikiem dioda LED będzie świecić inaczej.

Kondensatory. Wręcz przeciwnie, sugerowałem by na wejściu dać jeden wspólny dla obu stabilizatorów (np. 100uF) a na wyjściu każdego dać parę (czyli dwa) 10uF + 100nF.

W Botlandzie muszą zwrócić uwagę co piszą. Ty nie masz obowiązku wczytywać się w karty katalogowe, ale oni już tak. Pisanie, że ta dioda wytrzymuje 2A to jakaś bzdura. Owszem, można przepuścić przez 1N4148 taki prąd, ale przez 1us 😐 Normalnie może na niej spadać 1V już przy 10mA. A 100mA bałbym się tędy puszczać. W tym sensie absolutnie nie jest to dioda prostownicza. Kup którąś z tych:

https://botland.com.pl/72-diody-schottky

Te druciane są tanie (choć duże) a 10szt. jeszcze się przyda.

Jeśli masz woltomierz (jaki?) to układ diodowej sygnalizacji rozładowania wydaje się zbędny.

[Rayu85]

Udało mi się w końcu usiąść i poprawić mój schemat:)

Przepraszam za lekką zawiłość w okolicy woltomierza i pierwszego kondensatora ale po narysowaniu schematu zorientowałem się że warto by je dać za włącznikiem więc musiałem trochę przerysować schemat.

a) Jako że nie widzę przewlekanej diody schottky'ego na 2A zastosowałem na 3A.

b) Zmieniłem też stabilizatory aby uzyskać większy prąd maxymalny 0,8A dla 3,3V oraz 1,5A dla 5V.

c) Wyjścia podłączam pod wspólne gniazdko, ponieważ skoro mamy przełącznik to nie ma sensu robić 2 wyjść.

d) 2 diody zostawiam aby wiedzieć który układ aktualnie pracuje.

Myślałem o jednej wspólnej ale wtedy byśmy mieli tylko info o pracy któregoś z układów.

Czekam na wasze sugestie co do ewentualnych poprawek.

ps. 1. Mam sporo części choć ciężko mi teraz powiedzieć co dokładnie, jakieś potencjometry, diody świecące, wtyczki, przyciski itd. nic specjalnie godnego uwagi poza woltomierzami.

ps. 2. Na tą chwilę ciężko mi powiedzieć co to za woltomierze bo są w skorzynce z narzędziami której nie mam u siebie w domu. Wizualnie taki jak przesłałeś, napewno może wskazywać do 12V.

ps. 3. Masz rację albo woltomierz albo sygnalizacja diodami:) moje pytanie tutaj było czysto z ciekawości jak wykonać taki ukłąd:) Już sprawdziłem, jednak wolę woltomierz.

[marek1707]

Oj, ciężko idzie..

Przyjrzyj się na spokojnie temu co zrobiłeś i powiedz który stabilizator dostanie napięcie z baterii w prawym a który w lewym położeniu przełącznika.

Co więcej, układy scalone zwykle nie lubią podłączania im napięć "od tyłu" a w Twoim przypadku niezasilany stabilizator (kiedy już poprawisz przełącznik) będzie dostawał napięcie z tego drugiego na swoje wyjście. To zły pomysł - nie wolno tak robić. Chcąc mieć dwa stabilizatory musisz mieć dwa komplety zacisków wyjściowych lub przełączanie (drugi komplet zestyków tego samego przełącznika) także na wyjściach stabilizatorów.

Kupując inny scalak (np. ten sam 1117, ale w wersji ADJ czyli regulowanej) możesz modyfikować jego napięcie wyjściowe zmieniając jeden opornik. Zajrzyj do jego karty katalogowej. Tam jest narysowane i objaśnione jak to zrobić. Wtedy masz jeden stabilizator, jedne zaciski wyjściowe, ale różne napięcia. Jeżeli wstawisz potencjometr - masz płynną regulację (i wtedy warto dać woltomierz także na wyjście), gdy będą przełączane oporniki - tyle różnych napięć ile pozycji ma przełącznik.

Cóż.. czekamy na V4 🙂 A jak już to narysujesz, pomachaj przełącznikami w głowie i pomyśl czy to zadziała. Dopiero wtedy gdy sam nie widzisz błędów, wrzucaj schemat.

[Rayu85]

Nadszedł czas aby podzielić się z wami wersją V4 🙂

Zanim zabrałem się za przygotowanie kolejnej wersji przeanalizowałem sobie 2 błędy które popełniłem w v3, załączam foto z zaznaczonymi błędami:)

Teraz do rzeczy, poprawiłem błędy o któych pisałeś, dodałem jeszcze włącznik na wejściu aby nie musieć za każdym razem wyciągać ogniw. Była to najprostsza i najsensowniejsza metoda jaka mi przyszła do głowy choć nie jedyna.

Sugerujesz zrobienie regulowanego zasilania, jestem świadom plusów takiego rozwiązania nie mniej chciałbym dokończyć ten projekt który przysporzył mi i tak wielu kłopotów więc o regulowanym zasilaniu pomyślę jak już to będzie wykonane poprawnie:)

Załączam więc projekt V4 i niecierpliwie czekam;)

[marek1707]

Właśnie dzięki temu, że poprawki robisz na papierze a eksperymenty w myślach, to kłopotów na razie nie miałeś. To najbezpieczniejszy i najlepszy etap wprowadzania zmian do projektu. Im dalej w las tym kosztuje to więcej czasu i nerwów. Na gotowej płytce pierwszego prototypu trzeba ciąć ścieżki i/lub demontować elementy a gdy - czego Ci nie życzę - błąd znajdziesz po wysłaniu partii do produkcji, masz do przerobienia.. może tysiące sztuk? Tak więc ja bym na Twoim miejscu naprawdę się cieszył.

Tak, teraz schemat jest OK, ale.. tym razem ja muszę przyznać się do.. hm, niedopatrzenia. Otóż gdy rozmawialiśmy o kondensatorach zasugerowałem, że obu stabilizatorom wystarczy jeden wspólny elektrolit wejściowy. To była prawda, gdy nie były one rozdzielone przełącznikiem i pracowały zawsze razem. Teraz po dodaniu wybierania napięć mamy sytuację w której jeden albo oba są odpięte od baterii - na razie wszystko jest OK. No i zmieniamy położenie przełącznika na lewo lub prawo. Na wejściu stabilizatora pojawia się zasilanie a na odpowiednim wyjściu dostajesz 3.3 lub 5V. Problem w tym, że napięcie na wejściu stabilizatora narasta bardzo szybko. Ogromna wydajność prądowa akumulatorów wsparta jeszcze elektrolitem 100uF spowoduje, że napięcie narośnie od zera do 8V w kilka mikrosekund. Oczywiście po drodze (gdybyś obejrzał to na oscyloskopie) będą jakieś odbicia zestyków a rezystancja przełącznika nie zmienia się skokowo od nieskończoności do zera. Niemniej jednak jest to wzrost zupełnie niekontrolowany i naprawdę bardzo szybki. Stabilizatory nie są demonami prędkości. Potrafią dobrze regulować napięcie wyjściowe jeśli ich napięcie wejściowe nie zmienia się za szybko. W przeciwnym wypadku nie są w stanie zapobiec zakłóceniom i skoki z wejścia przenoszą się na wyjście. Żeby zapobiec (bardzo krótkiemu, ale jednak Sztuka Elektroniki cierpi) pojawieniu się na wyjściu przerzutów napięcia podczas włączania, dałbym jednak na stałe każdemu stabilizatorowi "prywatny" kondensator 100uF za przełącznikiem, tuż na wejściu. Wtedy ten jeden wspólny 100uF staje się oczywiście niepotrzebny. Mam nadzieję, że rozumiesz powód tej zmiany.

Pamiętaj, że 800mA prądu przy spadku 8V-3.3V=4.7V daje ok. 3.7W mocy w ciepło a to spokojnie może ugotować scalak lub spowodować, że się wyłączy przy 150°C. Będziesz potrzebował kawałków blachy na radiatory. Moim zdaniem wystarczy chociaż 5x5cm dla każdego. Dobrze też byłoby wybrać większe obudowy stabilizatorów np. TO-220, bo te wyposażone są w otwory pod śrubę M3. Mniejsze obudowy typu SOT223 lub nawet SOT89 mają chłodzenie przez blaszkę lutowaną do PCB i bardzo trudno przylutować ją do dużego kawałka miedzi bez uszkodzenia krzemu wewnątrz.

LM7805 ma na radiatorze (i na środkowej nóżce) masę, ale o ile pamiętam 1117 ma w tym miejscu (radiator+środkowa nóżka) wyjście więc oba stabilizatory nie mogą być na wspólnym radiatorze. Muszą mieć osobne blachy lub trzeba jeden odizolować elektrycznie jakąś przekładką.

No to teraz lutownica w dłoń i do roboty. Będziesz robił płytkę czy montaż "na drutach"? Wrzuć jakieś zdjęcie gdy coś zadziała 🙂

[Rayu85]

Dzięki za wszystkie porady:) będę robić płytkę ale dopiero gdzieś połowa przyszłego tygodnia. (muszą dojechać graty ze sklepu a mamy piątek święto). Ale jak tylko będzie gotowa wrzucę foto:)

Poprawiłem jeszcze szybko schemat aby nie było niespodzianki po złożeniu jeśli coś zle zrozumiałem:)

Zastanawia mnie jak zamontować radiatory aby całość nie urosła do wielkich rozmiarów 🙂

2x 5x5cm to kawałek blachy jest:) na pewno wymiar podałeś dobry?

Czy takie radiatory nie wystarczyły by?

https://botland.com.pl/radiatory/130-radiator-rad70-19x13x13-mm-to220-.html

Jeszcze jedno pytanie:

Spojrzałem sobie na przełaczniki na botlandzie np taki:

https://botland.com.pl/przelaczniki-suwakowe/5270-przelacznik-suwakowy-ss23d19-3-pozycyjny-gorny.html

i widzę: "Obciążalność styków: 6 V / 0,3 A " tzn że taki nie nadaje się do mojego ukłądu?

Napięcie będzie ok 7,4V i chcemy przepuścić 1,5A nie widzę na botlandzie przełącznika który by spełniał te parametry:/ Chyba że ja coś zle rozumiem.

[marek1707]

Radiator nie musi być płaski, może być zwinięty jak ten co pokazałeś i wtedy wymiar jest dużo mniejszy. Ten Twój to raczej minimum, ale też starczy. Będzie miał jakieś 20°C/W co daje ponad 70°C wzrostu temperatury na jego powierzchni - dla 1117 oddającego 0.8A. Dla temperatury pokojowej to już będzie blisko 100°C a krzem wewnątrz będzie miał jeszcze z 10-20°C więcej. Z drugiej strony raczej rzadko będziesz coś zasilał z 3.3V aż takimi prądami. Zwykle układy cyfrowe biorą dziesiątki mA a silniki itp napędy potrzebują wyższych napięć. A przy 5V moce strat na 7805 będą mniejsze, bo różnica napięć mniejsza.

Nie przyzwyczajaj się do tych 7.4V. Akumulator LiPol 2S będzie dostarczał od ok. 8.4-8.2V w stanie początkowym do mniej więcej 6V przy wyładowaniu. Poniżej schodzić nie wolno, z resztą ogniwa 18650 często mają wbudowane układy zabezpieczające, odcinające obciążenie poniżej 2.8V. Twoje mają takie coś?

Przełącznik który znalazłeś jest do słabych sygnałów: do przełączania zakresów w radiu lub wejść we wzmacniaczu audio a nie do linii zasilania. To raczej ma być coś takiego:

http://www.tme.eu/pl/details/1ms3t1b1m1qe/przelaczniki-dzwigniowe/ninigi/

Musi być specyfikowany na prąd DC większy niż chcesz przepuszczać.

Zawsze możesz użyć trzech pinów i przekładanej zworki - jak kiedyś na płytach głównych komputerów. W końcu pewnie niezbyt często będziesz napięcia zmieniał. Możesz też użyć dwóch zwykłych wyłączników dostępnych w Botlandzie. Włączasz wtedy jeden albo drugi albo oba na raz.

[Rayu85]

Teoretycznie według napisów na ogniwie mają zabezpieczenie ale czy w praktyce ono jest to ciężko powiedzieć 😋

Myślę że zdecyduje się na najprostsze rozwiązanie czyli zworkę 🙂 podejrzewam że 3.3V będzie bardziej do ozdoby i "na wszelki wypadek" niż faktycznie do użytkowania.

oki pozostaje skompletować elementy i przystąpić do składania:)

Będzie gotowe to wrzucę foto:)