Источник питания микроконтроллеров

Для нормального функционирования любого электронного устройства необходим источник питания. При работе с микроконтроллерами нужно учитывать рабочее напряжение и рабочий ток. К сожалению, не всегда есть возможность подобрать источник питания, точно подходящий под параметры потребляющего микроконтроллера.

Проблема легко решается, если используется готовая испытательная платформа и промышленный программатор. Если же использовать свою разработку (например, из этой статьи), то вопрос с источником питания остается открытым.

В этой статье описывается достаточно простой способ получения стандартного для многих микроконтроллеров AVR рабочего напряжения 5В от источников питания с большим напряжением. Эта статья является частью перевода пособия по программированию микроконтроллеров AVR.

Источник питания микроконтроллеров: Питание от батареи в 9В

Напряжение питания микроконтроллера Vcc составляет 5В. Такое напряжение можно получить, используя приведенный в этой статье небольшой адаптер. Если используется готовый программатор (версия на немецком), подключаемый к разъему USB, то необходимость использования приведенного в этой статье адаптера отпадает (т.к. программаторы дают достаточное напряжение микроконтроллеру. — прим. переводчика).

Ниже представлена простейшая схема подключения стабилизатора напряжения 7805, дающая на выходе 5В.

Источник питания микроконтроллеров: схема подключения 7805

Детали:

  • IC1: линейный стабилизатор положительного напряжения на 5В  — 7805,
  • C1: электролитический конденсатор на 10 мкФ (следите за полярностью конденсатора!),
  • C2,C3: неэлектролитические конденсаторы на 100 нФ,
  • D1: диод 1N4001 (российский аналог — диод КД243А. — прим. переводчика).

Главный элемент схемы — линейный стабилизатор 7805. Его задача заключается в преобразовании входного напряжения в напряжение 5В. Этот стабилизатор существует уже много лет и поставляется различными производителями. Это, наверное, самый простой способ получить из имеющегося постоянного напряжения необходимые 5В. 7805 поставляется в раличных модификациях для разных токов. Для этого пособия подойдет стандартный вариант с максимальным током 1А. Также у 7805 есть функция защиты от перегрева: в случае перегрева стабилизатор отключается.

Оба конденсатор по 100 нФ предназначены для защиты стабилизатора 7805 от возможных скачков напряжения. Для этого конденсаторы следует расположить максимально близко к стабилизатору напряжения.

Ко входу («+» и «-» на схеме) подключается источник постоянного напряжения 7-12В. Стабилизатору 7805 необходимо входное напряжение минимум 7В. С другой стороны нет никакого смысла подавать на вход более 12В, т.к. избыточное напряжение будет рассеиваться в виде выделяемого тепла. Таким образом при больших входных напряжениях стабилизатор будет перегреваться.

Приведем немного теоретических расчетов. Например, входное напряжение составляет 12В, выходное — ; разница — . При рабочем токе стабилизатора 0,1А получаем потерю тепла 7В х 0,1А = 0,7Вт.

Допусти, что входное напряжение 7В. Тогда разница будет 2В, что дает 0,2Вт выделяемого тепла при рабочем токе 0,1А. Если же рабочий ток повысить до 0,35А, то получим те же 0,7Вт, что и в примере выше. Иными словами, с более низким входным напряжением мы можем получать больший рабочий ток, не увеличивая при этом потерь тепловой энергии.

Очевидно, входное напряжение приведенного адаптера нужно выбирать максимально возможно низким, чтобы избегать больших потерь энергии в виде тепла. Кроме того, если большой ток не нужен, можно обойтись меньшей разницей входного и выходного напряжения. В некоторых источниках приводится такой ориентир: для тока 0,5А достаточно разницы в 1В; для 1А — 2В.

При питании микроконтроллеров необходимо обращать внимание на диапазоны рабочих напряжений (максимальное и минимальное напряжение). При подключении внешних блоков питания или батарей лучше обеспечить разницу входного и выходного напряжения в 1,5-2,5В.

Вариант сборки (от переводчика)

Попробовал сам собрать на макетной плате приведенный в этой статье стабилизатор напряжения. На сборку и тестирование с помощью мультиметра ушло около получаса (из которых распаковка купленных в магазине деталей и компонентов заняла около 10 минут).

Вот так выглядит собранная мной схема без подключенного источника питания:

Источник питания микроконтроллеров: стабилизатор напряжения

Стабилизатор, преобразующий входное напряжение 7-12В к необходимым 5В.

  Для верности измеряю напряжение, которое дает батарейка:

Источник питания микроконтроллеров: Напряжение батарейки

Как и ожидалось, свежая батарейка дает чуть более 9В.

А теперь замеряем выходное напряжение:

Источник питания микроконтроллеров: Выходное напряжение

На выходе получаем почти 5В. Незначительную погрешность спишем на неточность недорого мультиметра или кривизну рук. Картинка кликабельна.

Итак, первый материальный шаг в практическом освоении микроконтроллеров AVR сделан. Можно долго спорить о целесообразности «терять» 5,5В в виде выделяемого на 7805 тепла. Но, как ни крути, на выходе мы получили стабильные 5В, которые и хотели. Кроме того, в готовых собранных схемах такой входной стабилизатор позволяет подавать напряжение питания от 7 до (примерно) 12 вольт, что дает возможность без вреда подключать как 9-ти вольтовые батарейки, так и блоки питания на 7,5 или 12 вольт.

Стоимость всех элементов, примененных в этой сборке, составила не более 2 евро (на данный момент евро стоит около 40 рублей), что, в общем, не так уж и много.