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 lipiec 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec - sierpień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje lipiec 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów