Filtr zasilania do Raspberry Pi

Filtr zasilania do Raspberry Pi

Zaprezentowana nakładka do Raspberry Pi umożliwia dodatkową filtrację napięcia zasilania. Filtr przydatny jest, gdy komputerka używamy w aplikacjach audio lub pomiarowych, gdzie od jakości zasilania silnie zależy uzyskany efekt końcowy. W wielu przypadkach filtr może być tańszą alternatywą zasilacza liniowego.

Podstawowe parametry:
  • możliwość zasilania z zewnętrznego zasilacza 5 V ze złączem USB-C,
  • zawiera połączone trzy filtry z elementami LC,
  • płytka PCB zgodna z formatem Pi Zero, co nie wyklucza zastosowania układu z innymi wersjami i komputerkami.

Zastosowanie gniazda USB-C umożliwia ujednolicenie kabli zasilających i stosowanie nowoczesnych ładowarek bez dodatkowych przejściówek (w przypadku użycia z RPi Zero/RPi 3+). Przy okazji można rozwiązać problem nieprawidłowej współpracy z ładowarkami pierwszych wersji RPi 4. Zastosowane gniazdo USB-C typu 4135 (GTC) przeznaczone jest tylko do aplikacji zasilających. Pozbawione jest wszystkich pinów komunikacyjnych interfejsu USB-C, pozostawiono tylko wyprowadzenia zasilania i sygnały CCx, służące detekcji współpracującego urządzenia. Ogranicza to liczbę wyprowadzeń do 6 i znacząco ułatwia montaż, który jest możliwy bez specjalistycznych narzędzi.

Budowa i działanie

Schemat układu został pokazany na rysunku 1. Zasilanie filtra z zewnętrznego zasilacza 5 V doprowadzone jest do złącza śrubowego DCIN lub gniazda USB-C. Układ zawiera połączone trzy filtry z elementami LC. Pierwszy filtr C1, C2, CMF tłumi zakłócenia wspólne, drugi – C3, C4, L1 zakłócenia różnicowe o niskich częstotliwościach, trzeci – C5, C6, FB2 zakłócenia różnicowe o częstotliwościach wysokich. Dwa polimerowe kondensatory CE1, CE2 o niskim ESR odsprzęgają zasilanie. Napięcie V50 po filtracji doprowadzone jest do złącza GPIO.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest dwustronnej płytce drukowanej zgodnej z formatem Pi Zero, co oczywiście nie wyklucza stosowania z innymi modelami Raspberry. Schemat płytki został pokazany na rysunku 2. Montaż układu nie wymaga dokładnego opisu, a po zmontowaniu nie wymaga uruchamiani.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB filtra

Po doprowadzeniu zasilania 5 V do jednego z gniazd DCIN lub USB-C układ jest gotowy do pracy.

Przykładowe zmierzone efekty działania filtra pokazano na rysunku 3. Przebieg 2 (górny) to napięcie zasilania z zasilacza impulsowego 5 V współpracującego z Raspberry Pi i nakładką audio. Zasilacz obciążony jest prądem ok. 2,5 A, przebieg 1 (dolny) to napięcia na wyprowadzeniach zasilania 2, 6 złącza GPIO.

Rysunek 3. Przykładowy efekt działania filtra

Filtracja jest bardzo skuteczna, pozostaje tylko niewielki ślad częstotliwości kluczowania zasilacza. Elementy filtra można potraktować jako uniwersalne, poprzez zmianę ich wartości układ można zoptymalizować pod kątem własnej aplikacji – zachęcam do eksperymentów.

Adam Tatuś, EP

Wykaz elementów:
Rezystory: (SMD0603, 1%)
  • R1, R2: 5,1 kΩ
  • R3, R4: 10 kΩ
Kondensatory:
  • C1, C2: 1 μF/63 foliowy (C7.2X5.0P5.0)
  • CE1, CE2: 220 μF/10 V polimerowy (CED8.0P3.5)
  • C3, C4: 10 nF/63 V foliowy (C7.2X3.5P5.0)
  • C5, C6: 470 pF/25 V NP0 (SMD0603)
Półprzewodniki:
Pozostałe:
  • CMF: dławik CMF ACM1211-102-2PL
  • DCIN: złącze DG 3,5 mm 2-piny (DG381-3.5-2)
  • FB1: koralik ferrytowy BLM18AG102 (SMD0603)
  • FB2: koralik ferrytowy BLM31PG330SN1L (SMD1206)
  • GPIO: złącze żeńskie IDC40 do druku
  • L1: dławik mocy 47 μH (HPI1260)
  • USB-C: gniazdo USB-C Power GTC (USB4135)
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2023
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik maj 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio maj - czerwiec 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje maj 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna maj 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów