Zasilacz liniowy do Raspberry Pi

Zasilacz liniowy do Raspberry Pi
Pobierz PDF Download icon

Na wielu forach toczy się dyskusje o wyższości zasilacza liniowego nad impulsowym do zasilania Raspberry Pi w aplikacjach audio. Czy jest to prawda, można się przekonać na własnych uszach, poświęcając czas na zmontowanie zaprezentowanego zasilacza.

Podstawowe parametry:
  • napięcie wyjściowe 5 V z możliwością regulacji,
  • maksymalne obciążenie 3 A,
  • napięcie wyjściowe doprowadzone do złącza USB i złącza śrubowego DC.

W układzie zastosowano liniowy stabilizator napięcia o niskim spadku typu LT1674AET (U1), o regulowanym napięciu wyjściowym. Zasilany jest z napięcia przemiennego doprowadzonego do złącza AC z transformatora toroidalnego o napięciu wyjściowym 7 V i mocy 50 VA. Dobór transformatora jest dosyć istotny.

Po wyprostowaniu i odfiltrowaniu konieczne jest zapewnienie zapasu min. 400 mV w stosunku do ustalonego napięcia wyjściowego, w całym zakresie napięć sieciowych i po uwzględnieniu spadków na mostku prostowniczym i dławiku CMC. Transformator musi być „sztywny”, tj. charakteryzować się małą zależnością napięcia wyjściowego od obciążenia. Zbyt wysokie napięcie wyjściowe transformatora przyczynia się do zwiększenia i tak już sporych (w końcu jest to zasilacz liniowy) strat mocy i może uniemożliwić osiągnięcie pełnego prądu wyjściowego. Za niskie napięcie lub duży spadek na uzwojeniach może zakłócić pracę stabilizatora i zwiększyć poziom zakłóceń na wyjściu przy maksymalnym obciążeniu. Warto zwrócić więc uwagę na jakość transformatora i zastosować element wysokiej jakości, spełniający deklarowane parametry.

Budowa i działanie

Schemat zasilacza został pokazany na rysunku 1. Napięcie z transformatora poprzez filtr CMC oraz elementy C1 i C2 podawane jest na mostek prostowniczy, złożony z diod Schottky'ego D1...4 typu DSB20I15PA o obniżonym spadku napięcia. Diody podczas pracy nagrzewają się do temperatury ok. 60°C, co pozwala na utrzymanie niskiego napięcia przewodzenia.

Rysunek 1. Schemat elektryczny zasilacza

Za filtrację wyprostowanego napięcia odpowiadają kondensatory CE1, CE2 oraz CE3. Stabilizator U1 dostarcza napięcia wyjściowego ustalonego dzielnikiem RV+R2, R1. Potencjometrem wieloobrotowym RV można skorygować, w niewielkim zakresie, napięcie wyjściowe 5 V. Do zasilania Raspberry Pi warto ustawić zalecane przez producenta 5,1 V. Krytyczne do działania U1 są kondensatory odsprzęgające CE4, CE5. W modelu zrezygnowano z typowych kondensatorów ceramicznych na rzecz wysokiej jakości kondensatorów polimerowych o niewielkiej ESR typu 870025574001 Wurth Elektronik. Napięcie wyjściowe doprowadzone jest do złącza USB i złącza śrubowego DC. Dioda LED LD1 sygnalizuje pracę stabilizatora.

Montaż i uruchomienie

Zasilacz zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat i rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 2. Układ U1 musi zostać zamontowany na radiatorze o rozmiarach minimum jak SK645-50SA lub większych, za pomocą zestawu montażowego i podkładki izolacyjnej TO-220, posmarowanej pastą termoprzewodzącą. Do montażu radiatora i płytki można wykorzystać kątowniki MA1 i MA2, pamiętając o nieobciążaniu mechanicznym wyprowadzeń U1.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Prawidłowo zmontowany zasilacz wymaga tylko ustalenia napięcia wyjściowego potencjometrem RV. Warto przed podłączeniem do Raspberry przetestować zasilacz z maksymalnym obciążeniem 5,1 V/3 A, sprawdzając jakość stabilizacji, poziom zakłóceń na wyjściu i utrzymanie marginesu napięcia przed stabilizatorem w dopuszczalnym zakresie napięcia sieciowego, no i oczywiście skuteczność odprowadzania ciepła z mostka prostowniczego i U1. Jeżeli zasilacz przejdzie próby pomyślnie, można podłączyć go do RPi i sprawdzić, czy słyszymy różnice.

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl

Wykaz elementów:
Rezystory:
  • R1: 0 kΩ 1% SMD0805
  • R2: 20 kΩ 1% SMD0805
  • R3: 2,2 kΩ 1% SMD0805
  • RV: 2,2 kΩ potencjometr wieloobrotowy
Kondensatory:
  • C1, C2: 1 μF/63 V foliowy
  • CE1…CE3: 3300 μF/16 V elektrolityczny
  • CE4…CE6: 39 μF/25 V polimerowy Low ESR
Półprzewodniki:
  • LD1: LED SMD0805
  • D1…D4: dioda Schottky'ego Ultra Low Loss DSB20I15PA (TO-220D)
  • TVS: transil dwukierunkowy 12 V SMB
  • U1: LT1764AET (TO-220-5)
Inne:
  • FB: koralik ferrytowy BLM21AJ601SN1D SMD0805
  • CMC: dławik skompensowany WE-CMBNC-L (WE 7448040515)
  • USB: gniazdo USB A SMD
  • AC, DC: złącze DG 3,81 mm 2 pin
  • MA1, MA2: kątownik montażowy WE 7461062
 
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
październik 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik kwiecień 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje marzec 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna kwiecień 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów