Розуміння джерел живлення постійного струму

Огляд

Блок живлення - це посилання на джерело електричної енергії. Для більшості електронних схем потрібне джерело постійного струму. Швидше за все, у вас його вже є вдома, і ви можете використовувати його для фізичних обчислювальних проектів.

Найпоширеніші робочі напруги для мікроконтролерів та цифрових процесорів - 5 В та 3,3 В. Ви можете знайти джерела живлення з різною напругою, але 5В і 12В є загальними. Для перетворення 12 В у 5 В або 3,3 В потрібен регулятор напруги. Лабораторія макетів розповідає, як це налаштувати.

Існує багато різних типів джерел живлення постійного струму, але цей, показаний на малюнку 1, найчастіше використовується в ITP:

- Клацніть на будь-яке зображення для збільшення

Рисунок 1. Джерело живлення постійного струму

Рисунок 2. Етикетка з рейтингом постійного струму Це зворотний бік подачі на малюнку 1.

Більшість джерел живлення мають етикетку, яка виглядає приблизно так, як на малюнку 2. Переконайтеся, що ви знаєте полярність штекера, щоб не змінити полярність вашої схеми та не пошкодити компоненти. Діаграма на рисунках 3 та 4 показує позитивну полярність кінчика зліва, а негативна полярність кінчика - праворуч. Позитивний центральний малюнок зліва вказує на те, що центр (кінчик) вихідної пробки позитивний (+), а ствол вихідної пробки - негативний (-).

Малюнок 3. Символ для позитивного джерела живлення.

Рисунок 4. Символ центрально-негативного джерела живлення.

Скорочення

V: Вольт
A: Ампер
W: Вт
мА: miliAmperes
VA: Вольт Ампер
VAC: Вольт змінного струму
VDC: Вольт постійного струму
Постійного струму: Постійний струм
Змінного струму: Змінний струм

Перевірка вашого джерела живлення

Завжди гарною практикою є тестування джерела живлення перед його першим використанням. Наведений нижче приклад покаже, як перевірити блок живлення з позитивною полярністю. Якщо у вас джерело живлення з негативною полярністю, ви отримаєте негативне значення. Потім слід змінити положення датчиків мультиметра.

Малюнок 5. Червоний зонд заходить у наконечник
Чорний зонд торкається стовбура

Підключіть джерело живлення до розетки змінного струму.
Червоний зонд заходить у наконечник
Чорний зонд торкається стовбура, як показано на малюнку 5.
Увімкніть мультиметр і встановіть його на зчитування постійної напруги.
Візьміть червоний (позитивний) щуп з мультиметра і вставте його в кінець штекера живлення.
Візьміть чорний (негативний) зонд з мультиметра і обережно торкніться його до стовбура штекера, не торкаючись кінчика або червоного зонда. Якщо ви встановите з'єднання, ви створите коротке замикання.
На мультиметрі ви побачите показники напруги, що надходить від вашого джерела живлення. Якщо ви перевіряєте джерело живлення 12 В, а ваш мультиметр показує «12,56 В», все нормально і чудово, як показано на малюнку 6. Якщо ви отримаєте показник «-12,56 В», ваші щупи прикріплені навпаки. Якщо це сталося, і ви впевнені, що правильно підключили зонди, перевірте полярність на етикетці блоку живлення та переконайтеся, що схема, яку ви будете живити за допомогою цього пристрою, розроблена для обробки цієї полярності.

Рисунок 6. Мультиметр, що відображає вихідну напругу постійного струму

Якщо напруга, що відображається на вашому мультиметрі, перевищує половину вольта або вольт від його номіналу, то ви, швидше за все, маєте те, що називається нерегульований живлення. Джерело живлення 12V Jameco, яке ми використовували в цьому прикладі, є регульованим, тому наша напруга була настільки близькою до напруги, на яку вона була розрахована.

Харчування проекту Arduino від зарядного пристрою для мобільних телефонів

Багато людей мають старі зарядні пристрої для мобільних телефонів по всьому будинку і дивуються: "Чи можу я використовувати це для живлення проекту Arduino?" Як правило, ви можете. Просто підключіть USB-кабель із відповідними роз’ємами, щоб підключити зарядний пристрій телефону до вашого Arduino. Більшість телефонних зарядних пристроїв виходять на 5 В і кілька сотень міліампер, що буде живити Arduino, деякі датчики та деякі світлодіоди.

Відповідність джерела живлення електронному пристрою

Щоб визначити, чи підходить джерело живлення для вашого проекту, вам потрібно врахувати напруги, на яких працює кожен компонент, і струм, який вони споживають, і переконатися, що ваш блок живлення може забезпечити потрібну кількість енергії.

Ось кілька прикладів:

Arduino, кнопки, потенціометри, світлодіоди, динамік

Уявіть, що ви створюєте проект, який включає Arduino, кілька світлодіодів, кілька кнопок, деякі потенціометри чи інші змінні резистори та, можливо, динамік. Лабораторія цифрового входу та виходу та лабораторія аналогового входу та лабораторія виведення тону описують проекти, які відповідають цьому опису. Всі компоненти, крім Arduino в цьому проекті, живляться від вихідної напруги Arduino. Жоден із зовнішніх компонентів не споживає більше декількох міліампер кожен. Вся схема, включаючи Arduino, споживатиме струм менше 200 міліампер. Ось пробій, виміряний за допомогою світлодіода та потенціометра:

Arduino Uno, відсутність зовнішніх компонентів: 0,04 А (40 мА)
Arduino Nano 33 IoT, без зовнішніх компонентів: 0,01 А (10 мА)
Світлодіод: 4 мА
потенціометр, підключений як аналоговий вхід: 0,29 мА
8-омний динамік, що відтворює тон на вихідному штифті: 0,5 мА

Телефонний зарядний пристрій, який подає на Arduino 5 вольт і близько 500 міліампер, цілком справить свою роботу. Arduino Uno працює від 5 вольт, а Arduino Nano 33 IoT, який працює при 3,3 вольта, має вбудований регулятор напруги, який перетворить 5 В на 3,3 В.

Якщо у вас був 12-вольтовий джерело живлення, як наведений вище, ви також можете використовувати його для цих проектів. Arduino Uno має напругу в штекері, яка відповідає йому, і може приймати до 15 В. Вбудований регулятор перетворює вхід високої напруги в 5В. Nano 33 IoT має вбудований регулятор, який може приймати до 20 В у своєму виводі Vin (фізичний вивід 15), тому, якщо ви підключили роз'єм живлення постійного струму і підключили землю 12-вольтного живлення до заземлення Arduino і Позитивне підключення 12-вольтового джерела живлення для штекера Arduino Vin, ваш проект буде працювати.

Arduino, сервомотор

Якщо ви керуєте сервомотором RD від Arduino, як показано в лабораторії сервомотора, вам слід трохи більше врахувати струм. Сервопривід, такий як Hitec HS-311, який популярний у проектах фізичних обчислень, працює на напрузі 4,8 - 6,0 В, тому він може отримувати достатню напругу від вихідної напруги Arduino. У режимі холостого споживання споживає близько 160 мА без навантаження. Однак при великому навантаженні він може споживати до 3-400 мА. Розумно планувати свій проект для максимального струму споживання кожного компонента, тому один сервопривід і Arduino можуть споживати до 440 - 450 міліампер при 5 вольт. Це майже межа того, що портативний комп’ютер може забезпечити через USB, і це межа деяких зарядних пристроїв менших розмірів. Якби ви керували кількома сервоприводами, вам не вистачало б струму.

Arduino Uno, відсутність зовнішніх компонентів: 0,04 А (40 мА)
Arduino Nano 33 IoT, без зовнішніх компонентів: 0,01 А (10 мА)
HS-311, велике навантаження: 400 мА

Arduino, двигун постійного струму або ліхтарі

Коли ви починаєте живити більші двигуни постійного струму, світлодіоди постійного струму чи інші силові струми, вам слід розрахувати напругу та струм, перш ніж вибрати джерело живлення. Як правило, ви працюєте з компонентом, який має найбільше споживання, і працюєте звідти.

Наприклад, для управління такою світлодіодною лампочкою, як ця, знадобиться джерело живлення постійного струму 12 В для лампочки. ІТ споживає 11 Вт енергії, а Вт = вольт * ампер, тому споживає близько 917 міліампер струму при 12 вольт. Транзистор і Arduino, які могли б ним керувати, могли б живитися від того самого 12-вольтового джерела живлення і споживати ту саму кількість, що і в прикладах вище.

Проекти двигунів та адресні світлодіодні проекти часто споживають найбільше електричної енергії і є найбільш складними для живлення. Типовий адресний світлодіод, такий як WS2812, він же NeoPixel LED, споживає від 60 до 80 мА струму при 5 вольтах. Коли у вас є рядок із 60, це 3,6 ампер струму! Їх точно не можна живити від типового джерела постійного струму. Коли ви досягнете такого рівня складності з проектом, зверніться до таблиць даних компонентів або до своїх інструкторів, щоб отримати додаткові вказівки. Відео про електрику, струм та потужність також є корисними з цього приводу.