Elektrika‎ > ‎

15 Napájení Arduino

Desku Arduino lze napájet několika různými způsoby. Volba napájení záleží na zvolené aplikaci. Tento článek nepopisuje všechny možné způsoby zapojení.

Napájení nestabilizovaným stejnosměrným napětím

Desky Arduino mají svůj vlastní stabilizátor napětí. Arduino ProMini má stabilizátor MIC5205, který pracuje v rozsahu napájecích napětí 5 – 12 V. Napájecí napětí se přivádí na pin RAW.


Zdroj: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardProMini

 Výhodou tohoto řešení je jeho jednoduchost. Navíc je odolné proti přepólování.
 Nevýhodou tohoto řešení je omezená proudová zatižitelnost stabilizátoru. Maximální dovolený proud je pouze 150 mA. Skutečnou zátěž Arduina je třeba pečlivě hlídat.

Napájení z DCC

Podstatou tohoto řešení je, že Arduino není napájeno z externího zdroje, ale z vodičů DCC (kolejí). Napětí z kolejí je usměrněno můstkem B1 a potom stabilizátorem 7805 je napětím sníženo na 5 V. Stabilizované napětí se připojí na Arduino pin VCC. 


Zdroj: http://model-railroad-hobbyist.com/node/24891
 
 Výhodou tohoto řešení je, že nemusí být k Arduinu přivedeno žádné externí napájení. Další výhodou je výkon stabilizátoru. Maximální dovolené zatížení celého μC je 200 mA.
  Nevýhodou je použitý stabilizátor napětí 7805. Tento stabilizátor má velmi malou účinnost. Při napětí DDC 15 V bude jeho účinnost menší než 33 %. To znamená, že většina energie stabilizátoru bude spotřebováno na teplo. Problematické bude použití tohoto řešení ve stísněných prostorech, např. v podloží kolejí.
Další nevýhodou je použití napájení z DCC. K výpadku napájení v DCC dochází poměrně často, např. zkraty při vykolejení lokomotivy. Po opětovné obnově napájení dojde k resetu Arduina. To může být problém, protože Arduino se po resetu vrátí do výchozího stavu, což může být jiný než stav před výpadkem napájení.
Je třeba si dát pozor při připojování k DCC vodičů. Pokud je používána proudová detekce obsazení, tak Arduino nesmí být zapojeno do obvodu detekce. V tom případě by se takovýto úsek jevil jako neustále obsazený.

Napájení stabilizovaným napětím 5 V

Arduino je napájeno z externího zdroje stabilizovaného napětí 5 V. Vhodné stabilizátory s vysokou účinností jsou popsány např. zde http://www.masinky.info/2014/01/moduly-spinanych-zdroju-z-ciny/ Protože může při zapojování nechtěně dojít k záměně polarity zdroje, je třeba Arduino a ostatní integrované obvody chránit. Jako funkci ochrany někteří autoři doporučují používat Schottky diody. Ty se vyznačují velmi malým úbytkem napětí v propustném směru. Např. Schottky dioda 1N5817, kterou může protékat proud až 1 A při úbytku napětí 0,3 – 0,4 V. Nevýhodou Schottky diod je poměrně velký proud v závěrném směru. Tento proud omezuje funkci blokovacího kondenzátoru, viz. dále. Proto je vhodné ve funkci ochranné diody použít Fast diodu, např. BYV27-200. Ta má sice v propustném směru úbytek napětí okolo 0,8 V, ale proud v závěrném směru má pouze 5 μA. 



Zdroj: http://www.instructables.com/id/Reverse-polarity-protection-for-your-circuit-with/

 Maximální dovolené zatížení celého μC je 200 mA. Současně jsou z tohoto zdroje napájeny i všechny integrované obvody na desce. Deska je pod napětím i v případě, kdy dojde k výpadku napájení v DCC vodičích.
 Nevýhodou je nutnost přivedení dalších dvou vodičů napájení k desce.
Při nastavování stabilizátoru napětí je třeba zvýšit napětí o úbytek na diodě. Stabilizátor je dobré nastavit na 5,8 V.


Napájení FTDI kabelem nebo USB portem

Arduino Pro Mini je možné napájet kabelem z programátoru CP2102.


https://sites.google.com/site/sidloweb/_/rsrc/1451813724540/elektrika/12-programator-arduino/WP_20160102_003.jpg

Arduino Nano je možné napájet z USB portu. Tento způsob napájení používá např. DCC Nano Shield – DCC Sniffer.


Zdroj: http://www.masinky.info/2016/04/dcc-sniffer-arduino/

 Výhodou tohoto řešení je, že není potřeba shánět žádný zdroj napájení. Vše je napájené z připojeného počítače přes USB port.
 Nevýhodou je, že se toto řešení hodí pouze pro vývoj a ladění programu, nebo pro aplikace, kdy zůstává celou dobu aktivní připojení USB (např. DCC Sniffer). Pro praktické nasazení Arduina jako dekodéru nebo enkodéru (kdy už USB obvykle nepotřebujeme) není tento způsob napájení použitelný.
Při ladění programu, který vyžaduje připojení Arduina do kolejiště, je třeba dbát zvýšené opatrnosti. Výsledné řešení vyvíjeného dekodéru nebo enkodéru bude napájeno některou výše uvedenou metodou. Během ladění programu pravděpodobně vznikne situace, kdy se na desce sejde napájení z USB a napájení z kolejiště. Je třeba dávat velký pozor na to, abychom si nedopatřením nepoškodili počítač. A to buď tak, že bychom do USB portu počítače omylem přivedli příliš vysoké napětí (proti tomu by měla pomoct ochranná Schottkyho dioda na modulu Arduino Nano), nebo naopak omylem nezatížili USB port počítače příliš vysokým odběrem proudu do  kolejiště (to by měl zase chránit počítač, ale věřte dnes něčemu…)


Blokovací kondenzátor

Blokovací kondenzátor je lokální rezervní zdroj energie, viz. https://cs.wikipedia.org/wiki/Blokovac%C3%AD_kondenz%C3%A1tor Jeho úkolem je vykrýt krátkodobé potřeby na elektrickou energii. Kdyby totiž došlo k náhlému poklesu napětí na μC Arduina, tak by došlo k jeho nežádoucímu resetu. Na desce Arduina blokovací kondenzátor je. Protože je prostředí kolejiště plné nežádoucího rušení, tak je dobré tuto ochranu zdvojit. Proto se blízko k pinům VCC a GND připojuje svitkový nebo keramický kondenzátor s kapacitou 100 nF, který je doplněn elektrolytickým kondenzátorem 10 – 100 μF.

Spolupracoval: Bohuslav Partyk

aktualizace 25. 5. 2016
vytvořeno 24. 5. 2016

Comments