Стабилизаторы напряжения на 3 вольта. Как получить нестандартное напряжение

Метеостанции на .

Подумав, я пришел к выводу, что самой дорогой и объёмной частью метеостанции является плата Arduino Uno. Самым дешевым вариантом замены может стать плата Arduino Pro Mini. Плата Arduino Pro Mini производится в четырех вариантах. Для решения моей задачи подходит вариант с микроконтроллером Mega328P и напряжением питания 5 вольт. Но есть еще вариант на напряжение 3,3 вольта. Чем эти варианты отличаются? Давайте разберемся. Дело в том, что на платах Arduino Pro Mini устанавливается экономичный стабилизатор напряжения. Например такой, как MIC5205 c выходным напряжением 5 вольт. Эти 5 вольт подаются на вывод Vcc платы Arduino Pro Mini, поэтому и плата будет называться «плата Arduino Pro Mini с напряжением питания 5 вольт». А если вместо микросхемы MIC5205 будет поставлена другая микросхема с выходным напряжением 3,3 вольта, то плата будет называться «плата Arduino Pro Mini с напряжением питания 3,3 вольт»

Плата Arduino Pro Mini может получать энергию от внешнего нестабилизированного блока питания с напряжением до 12 вольт. Это питание должно подаваться на вывод RAW платы Arduino Pro Mini. Но, ознакомившись с даташитом (техническим документом) на микросхему MIC5205, я увидел, что диапазон питания, подаваемого на плату Arduino Pro Mini, может быть шире. Если, конечно, на плате стоит именно микросхема MIC5205.

Даташит на микросхема MIC5205:

Входное напряжение, подаваемое на микросхему MIC5205, может быть от 2,5 вольт до 16 вольт. При этом на выходе схемы стандартного включения должно быть напряжение около 5 вольт без заявленной точности в 1%. Если воспользоваться сведениями из даташита: VIN = VOUT + 1V to 16V (Vвходное = Vвыходное + 1V to 16V) и приняв Vвыходное за 5 вольт, мы получим то, что напряжение питания платы Arduino Pro Mini, подаваемое на вывод RAW, может быть от 6 вольт до 16 вольт при точности в 1%.

Даташит на микросхему MIC5205:
Для питания платы GY-BMP280-3.3 для измерения барометрического давления и температуры я хочу применить модуль с микросхемой AMS1117-3.3. Микросхема AMS1117 - это линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения.
Фото модуль с микросхемой AMS1117-3.3:

Даташиты на микросхему AMS1117:
Схема модуля с микросхемой AMS1117-3.3:

Я указал на схеме модуля с микросхемой AMS1117-3.3 входное напряжение от 6,5 вольт до 12 вольт, основывая это документацией на микросхему AMS1117.

Продавец указывает входное напряжение от 4,5 вольт до 7 вольт. Самое интересное, что другой продавец на Aliexpress.com указывает другой диапазон напряжений - от 4,2 вольт до 10 вольт.

В чем же дело? Я думаю, что производители впаивают во входные цепи конденсаторы с максимально допустимым напряжением меньшим, чем позволяют параметры микросхемы - 7 вольт, 10 вольт. И, может быть, даже ставят бракованные микросхемы с ограниченным диапазоном питающих напряжений. Что произойдет, если на купленную мной плату с микросхемой AMS1117-3.3, подать напряжение 12 вольт, я не знаю.
Возможно для повышения надежности китайской платы с микросхемой AMS1117-3.3 надо будет поменять керамические конденсаторы на электролитические танталовые конденсаторы. Такую схему включения рекомендует производитель микросхем AMS1117А минский завод УП "Завод ТРАНЗИСТОР".

Ниже приведены сразу две схемы 3-х Вольтовых блоков питания .
Они собраны на разных элементах, а конкретную вы сможете выбрать сами, познакомившись с их особенностями и исходя из своих потребностей м возможностей.
На первом рисунке приведена простая схема блока питания на 3 В (ток в нагрузкеке 200 мА) с электронной защитой от перегрузки (Iз = 250 мА). Уровень пульсации выходного напряжения не превышает 8 мВ.

Для нормальной работы стабилизатора напряжение после выпрямителя (на диодах VD1...VD4) может быть от 4,5 до 10 В, но лучше, если оно будет 5...6 В, ≈ меньшая мощность источника теряется на тепловыделение транзистором VT1 при работе стабилизатора. В схеме в качестве источника опорного напряжения используется светодиод HL1 и диоды VD5, VD6. Светодиод является одновременно и индикатором работы блока питания.

Транзистор VT1 крепится на теплорассеивающей пластине. Как рассчитать размер теплоотводящего радиатора можно более подробно посмотреть .
Трансформатор Т1 можно приобрести из унифицированной серии ТН любой, но лучше использовать самые малогабаритные ТИ1-127/220-50 или ТН2-127/220-50. Подойдут также и многие другие типы трансформаторов со вторичной обмоткой на 5...6 В. Конденсаторы С1...СЗ типа К50-35.

Вторая схема использует интегральный стабилизатор DA1, но в отличие от транзисторного стабилизатора, приведенного на первом рисунке, для нормальной работы микросхемы необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное не менее чем на 3,5 В. Это снижает КПД стабилизатора за счет тепловыделения на микросхеме.

При низком выходном напряжении мощность, теряемая в блоке питания, будет превышать отдаваемую в нагрузку. Необходимое выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R2. Микросхема устанавливается на радиатор. Интегральный стабилизатор обеспечивает меньший уровень пульсации выходного напряжения (1 мВ), а также позволяет использовать емкости меньшего номинала.

Кажется, что с надежными 5-вольтовыми логическими схемами медлен­но, но настойчиво, начинают конкурировать схемы, созданные для ра­боты с номинальным напряжением источника питания 3.3 В. Доказано, что работа с более низким уровнем напряжения может повысить ско­рость, плотность компоновки элементов и к.п.д. Хотя не ясно, как мно­го 5-вольтовых логических схем будет сохранено в тех случаях, когда не требуются оптимальные эксплуатационные параметры, очевидно, что вычислительные системы ближайшего будущего будут содержать, по крайней мере, часть логических схем, работающих с напряжением пита­нияЗ,3 В. При этом перед разработчиками источников питания встает интересная задача - как преобразовать напряжение уже имеющегося встроенного 5-вольтового источник до величины 3,3 В.

Естественной реакцией, вероятно, было бы применение для этой цели ИИП. Однако расчет и опыт имеющихся ИИП показывает, что при работе с 5-ю вольтами на входе и токе в нагрузке около 5 А, нельзя ожидать к.п.д. много выше 70 %. Трудность состоит в том, что падения напряжения, связанные с работой коммутатора, фиксирующего диода и выпрямительными диодами составляют слишком большую долю от 5 В. Задача усложняется относительно большими значениями тока. Таким образом, когда учитываются дополнительные факторы, такие как элект­рические помехи и сложности схемы, становится естественным вернуть­ся к возможности использования линейного стабилизатора. Интересно, что к.п.д. линейного стабилизатора, используемого для преобразования от 5,0 В к 3,3 В и обозначаемого просто 5,0/3,3, доходит до 66 %. Видно, что если выбрать импульсный стабилизатор вместо линейного, можно в лучшем случае получить незначительное повышение к.п.д.

Дальнейшее рассмотрение показывает, что подойдет не любая схема линейного стабилизатора. Правильнее воспользоваться специальной раз­работкой, чтобы получить необходимое низкое падение напряжения при наихудших условиях, связанных с разбросом параметров схемы и темпе­ратурой. Линейный регулируемый стабилизатор 171083 фирмы Linear Technology с низким падением напряжения удовлетворяет требованиям преобразования напряжения от 5 В до 3,3 В. Приятной особенностью этой специализированной ИС является отсутствие нежелательного пове­дения при форсированных режимах работы (например, чрезмерная на­грузка) в пределах допустимого падения напряжения на ней. У некото­рых линейных стабилизаторов при таких обстоятельствах возникает колебательный переходной процесс или резкое повышение тока. Как по­казано на рис. 20.4, применение ИС L71083 для преобразования напря­жения от 5,0 В до 3,3 В оказывается очень простым. Источник, исполь­зующий эту ИС, может обеспечить в нагрузке ток 7.5 А, имеет защиту от коротких замыканий и чрезмерного повышения температуры.

Рис. 20.4. Использование специализированной ИС линейного стаби­лизатора для преобразования от 5 В до 3,3 В. Требование низкого падения напряжения препятствует использованию других ИС стаби­лизаторов. Llinear Technology Соф.

Создавая различные устройства для дома на всяческих ***дуинах и просто на AVR-контроллерах столкнулся с необходимостью иметь два напряжения питания - 5В и 3.3В.
Многие платы Arduino имеют встроенные преобразователи и ножки, где можно взять оба этих напряжения.

К сожалению, сверхдешевый Arduino Pro Mini не имеет 3.3-выхода.
Недорогое решение - от Texas Instruments.

В корпусе SOT223 для SMD монтажа он присутствует на многих платах.
И стоит в таком корпусе

Для монтажа в домашних условиях SOT-233 не всегда удобен.

Делая очередной заказ на TAOBAO попались на глаза эти стабилизаторы в корпусе TO-220, с которыми гораздо приятнее иметь дело, если у вас не SMD монтаж.

Итак взял и (с подстраиваемым напряжением на выходе)

Вышло примерно по $0.25 за корпус, учитывая, что брал заодно к другому товару, а веса в них немого.

Упаковка - пластиковые планки, неподвластные Почте России.

LM1117 adj отложил до лучших времен. Обвязка там сложнее, надобности подстраивать напряжения пока нет - пусть лежат, пока надумаю на них стабилизатор тока сделать.

Самодельный модуль-стабилизатор выглядит так:

Кондер на входе ставить не стал, так как в выходном каскаде 5В БП он есть. (По крайней мере, должен быть)

Включаем - то что доктор прописал:

Что за обзор без тестирования? Как раз пришли
Они имеют немного дурацкое включение - шунт там разрывает "-", а не "+". Поэтому схемы с общей землей не получается.
Подключение такое:

Собираем схему. Вход берем с переделанного компьютерного БП, у которого на 12В стоит импульсник на LM2596, позволяющий регулировать напряжение на выходе.

Нагрузкой служит мощный нихромовый переменный резистор.

Прогоняем LM1117 на разных входных напряжениях, устаналивая резистором разный выходной ток.


Напряжение на выходе стабильное в пределах 0.1В. Как и предполагалось, мощность, рассеиваемая на стабилизаторе строго линейна.

Далее проверим «порог срабатывания» стабилизатора:


Стабилизация начинается при 4.4В без нагрузки и 4.6В с нагрузкой, то есть при разнице ~1.3В между входом и выходом

Погоняем стабилизатор на температуру.


При входном напряжении 5В можно использовать без радиатора практически при максимальном токе. Если напряжение выше, либо ток ограничить, либо радиатор ставить. Нагрел его до 120С - работоспособность сохранилась.

Линейные стабилизаторы LM1117 3.3 купленные на TAOBAO и вполне годны для применения в домашних конструкциях

Если освоена SMD пайка, гораздо дешевле брать в корпусе SOT-223

При большой разнице входного и выходного напряжения рекомендуется использовать только на маленьких тока. С большими токами лучше использовать импульсные стабилизаторы.

Успешно использовал данную микросхему в

Случается, что на плате APM разных версий, особенно касается клона с HobbyKing, сгорает стабилизатор напряжения 3.3В. В статье собрал материал, как проверить его работоспособность.

Ранее Алексей Козин писал в своем дневнике на RCDesign.ru заметку под названием « ». Первым делом рекомендую почитать данную заметку.

Перепечатка материала Алексея Козина:

По непроверенным данным, считайте слухам в серии китайских клонов ардупилота «HKPILOT» есть «баг»
я говорю о «серии» но не о том что все платы такие, потому что первую партию они выпустили как ардупилот, американцы сделали им замечание что ардупилот зарегистрированый ттоварный знак, и хотя схему и код использовать можно но товарный знак — нельзя.

моему коллеге в руки попала одна из реализаций этой платы. в этом релизе производитель видимо не найдя стабилизатора питания 3,3вольта по бюджетной цене заменил его на функциональный аналог.
но на этом функциональном аналоге имелся дополнительный управляющий вход — включающий и выключающий регулятор. непонимаю ход мысли производителя печатной платы но вместо того чтобы завести управляющий пин на + или — питания в зависимости от типа используемой микросхемы — они вывели управление на программируемый выход центрального процессора…
и немного изменив прошивку получили оригинальное решение — тип регулятора используемого в плате можно выбирать из программного кода.
однако покупатели приобретая плату заменяют исходную устаревшую прошивку на свежую версию и.. получают неработающий или периодически неработающий контроллер

вобщем у кого проблемы с китайскими платами — смотрите куда идет 3 нога 3 вольтового стабилизатора если на gnd или +5 — это нормально если на процессор — придется либо заливать модифицированную прошивку либо резать дорожки…

замена tps79133 на max8877-33
особенностью регулятора max8877-33 в отличие от родного является то что 3 ножка должна быть подтянута к плюсу питания а не к gnd, поэтому ее не припаиваем, а отгибаем вверх и соединяем перемычкой с ножкой №1 Особенностью регулятора max8877-33

попутно попалось интересное решение как заменить 3,3V регулятор в версии 2.5.2 на доступный AMS1117-3.3V (или аналогичный)
Решение замены

еще один вариант замены родного стаба TPS79118 на 3.3v на XC6206.
Коряво, но без разреза дорожек. Решение предложил .
Решение замены от IceMiner

визуальные отличия двух версий плат: Отличия плат

собственно весьма часто спрашивают какая надежнее 2.5.2 или 2.5
ответить сложно и те и другие попадались с выгоревшими стабилизаторами, из тех плат что я покупал оригинальные и рцтаймеровские все без нареканий, низкого качества оказались платы hkpilot (похожи на апм 2.5.2) 2шт с браком из 3 купленных, коллеги жаловались на платы 2.5.2 купленные с гудлакбай, с жалобой на версию arduflyer 2.5 c рцтаймера.

оригинальный регулятор 3,3 вольта имеет маркировку PESI
его даташит
согласно документации
-он имеет выходной ток 100ма (этого более чем достаточно)
-он имеет защиту от перегрузки и перегрева
это означает что спалить его случайным замыканием невозможно — тем не менее случаев отказа достаточно много

слабости регулятора:
Input voltage range(2) −0.3 V to 6 V
это означает что
1. даже малейшее кратковременное обратное напряжение приложенное к нему на вход может вывести его из строя (например включение питающего разъема от регулятора наоборот)
2. подача питающего напряжения свыше 6 вольт моментально прожжет в нем дыру.

Андрей Сивохин:

Сгорел очередной стаб на 3.3 В, порылся в загашнике и нашел LM 317 L , регулируемый стабилизатор напряжения, обточил его немного на наждаке , подобрал напряжение и впаял. Все заработало и даже полетело, распиновка у него необычная: 1-управление, 2-выход, 3-вход.
Решение замены Андрея Сивохина

Если вы нашли ошибку на странице, то нажмите Shift + Enter или , чтобы уведомить нас.