Przenośny zasilacz dla Raspberry Pi Zero

Przedstawiony układ przetwornicy podwyższającej umożliwia uzyskanie stabilnego napięcia 5 V przy obciążalności powyżej 500 mA. Może być zasilany z zestawu baterii 3×LR6, akumulatorów Li-Ion lub LIFePo₄. Schemat ideowy zasilacza pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy zasilacza do Raspberry Pi Zero

Jako sterownik przetwornicy wybrano TPS61032 firmy Texas Instruments. O wyborze zadecydowała nieskomplikowana aplikacja oraz integracja elementów przetwornicy przy akceptowalnej cenie. Układ wymaga jedynie dławika i kondensatorów filtrujących.

Napięcie z baterii doprowadzono do gniazda BAT, a stąd przez wyłącznik zasilania ON do przetwornicy U1, gdzie zostaje podwyższone do 5 V. Następnie to napięcie (V50) jest doprowadzone do gniazda GPIO Raspberry PI, złącza PWR umożliwiającego zasilanie układów współpracujących oraz do gniazda PWRU typu USB A. Kondensatory C1 i C2 filtrują zasilanie, a CE1 i CE2 - napięcie wyjściowe przetwornicy. Ze względu na dużą częstotliwość kluczowania, dla zapewnienia odpowiedniej filtracji i stabilności układu, zastosowano dwa kondensatory tantalowe o małej ESR. Dioda świecąca LD1 (PWR) sygnalizuje obecność napięcia wyjściowego 5 V.

Układ TPS6103x ma wbudowany obwód monitorowania zbyt niskiej wartości napięcia zasilania układu (LBI) - próg zadziałania wynosi 0,5 V. Dzielnik rezystancyjny R1/R2, dobierany w zależności od typu zastosowanego źródła zasilania, obniża napięcie baterii (akumulatora), aby zapewnić odpowiednio wczesną sygnalizację jej rozładowania. Sygnał z wyjścia LBO jest doprowadzony do GPIO22. Zwora LBO umożliwia odłączenie sygnału od GPIO przy kolizji z innymi płytkami HAT. Rezystor R6 zabezpiecza GPIO przed ewentualnymi skutkami zwarcia niepoprawnie skonfigurowanego wyprowadzenia. Bufor U2 zasila diodę sygnalizującą niski stan baterii LB.

Układ zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej. Jej schemat montażowy przedstawia rysunek 2.

Rysunek 2. Schemat montażowy zasilacza do Raspberry Pi Zero

Montaż układu nie wymaga opisu, należy pamiętać o poprawnym przylutowaniu pada termicznego U1. Montaż złącza GPIO zależy od wymagań aplikacji. W podstawowym zastosowaniu do zasilania Pi może być użyte złącze PWRU i kabel micro USB. Przed połączeniem z Raspberry Pi należy dołączyć baterię lub akumulatory i po załączeniu przetwornicy skontrolować napięcie wyjściowe. Zależnie od baterii jest możliwe uzyskanie napięcia wyjściowego 5 V i prądu od 500…800 mA przy napięciu baterii 3…4,5 V. 

Adam Tatuś, EP