Protoboard tápellátása USB-ről


2016-08-16 09:38:54

Az USB-n nyerhetünk 5V-ot. Ez mindenki fantáziáját beindítja. Készült is már USB-s porszívó, LED lámpa, de még USB-s mókuskerék is. Miért ne használhatnánk mi is egy protoboard tápellátására? Ez egészen addig jó móka is, míg az 5V GND-t sikeresen rövidre nem zárjuk. És lássuk be protoboard-os fejlesztésnél ez csak idő kérdése. Ekkor az történik, hogy elveszítünk egy USB csatlakozási felületet a nem túl sokból. Jó esetben az alaplapi HW érzékeli és kiírja, hogy a nagyobb áramfelvétel miatt lecsatlakoztatott USB slot-ot a BIOS-ban újra tudjuk éleszteni. Ez nem túl szerencsés ezért készítettem a következő eszközt.

Először is célokat kell kitűzni. Legfontosabb, hogy bírja a rövidzárat. Az USB felhasználható feszültsége ne csökkenjen, és legyen bárminemű visszajelzés az aktuális áramfelvételt illetően. A lehetőségeket megnézve nem a korlátra koncentrálnak az oldalak, inkább a feszültségszintek konvertálására. Amit védelemként betesznek, az egy reszetelhető PTC hőmérőbiztosíték. Bevallom nem teszteltem, de első ránézésre mivel hőmérsékletnek kell kialakulni hozzá, így rövid ideig az 500mA+ kialakulhat. Így nem ezen a vonalon haladtam tovább.

USB currenet limiter 

Építünk egy áramgenerátort. Néztem a LM317-et mint elterjed IC-t, viszont úgy láttam, áramgenerátoros üzemben a kimenő feszültsége esik egy diódányit, így közelebb kerültünk a 4V-hoz mint az 5-höz. Ekkor került a látóterembe

 az áramtükör.

Azt tudhatjuk, hogy a tranzisztor bázis-emitter adott áramával tudjuk szabályozni a kollektor-emi

tter áramát. Azaz ha a bázisosztóra fix ellenállásokat kötünk, készíthetünk egy áramgenerátort.

current mirror baseline

A hőmérsékletérzékenység elkerülése végett a B2-es ellenállás helyett diódát szoktak betenni.  Ezt megvalósíthatjuk úgy is, hogy egy tranzisztor kollektorát és bázisát közösítjük. Így elkészültünk az áramtükörrel:

current mirror

 

Itt az R1-en átfolyó áram egyenlő az R2-n átfolyó árammal. Ha az R2-t kivesszük meg is kapjuk az irányítható áramgenerátorunkat:

current mirror with usb

Az eltérések között láthatjuk, hogy nem bipoláris, hanem FET-et használtam. Ez a teljesítmény javítása érdekében történt. Az USB-n 5V, 500mA tudunk kinyerni, ami 2.5W.  Ehhez bizony nagyobb teljesítmény tranzisztor és hűtőborda szükségeltetik.
A másik eltérés a tranzisztor alatt található ellenállások. Ez két célt szolgál. A „MERO” csatlakozó rámegy az áramvisszajelző áramkörre. Így az itt található 1.7  Ohmos (3*4.7 párhuzamosan) ellenálláson eső feszültség jelzi a rajta átfolyó áramot. A másik célja az áramtükör asszimetrikusságának megvalósításában áll. Ha a áramtükörnél a tranzisztorok alá eltérő ellenállásokat teszünk (legyen az 1.7Ohm-os is), nem 1:1 lesz az áramtükör áttétele. Az általam elkészített elrendezésben, az állandóan folyó áramerősség (bal oldali ág) 160mA, a jobb oldali mért ágban pedig 260mA áram folyhat. Ennél természetesen optimalizálhatóbb lehetne az arány, de megelégedtem ezen kapcsolás megbízható működésével.

Már csak a visszajelzés maradt hátra:

 low current measurement

Mostanában ráálltam a minimális lábszámú PIC-ekre, így erre a célra is egy PIC12-est választottam. Így sokkal kisebb költséggel (mind idő, nyákfelület, anyagi) sikerült megvalósítani az árammérést (mint pl. műveleti erősítős komparátoros megoldással). A „MERO” analóg bemeneten jön a 0-0.447 V, a 4 LED-en pedig programozottan 20/100/180/250mA visszajelzése lett beállítva. A PIC adatlapjának becsapóssága miatt a referencia feszültség bekötése kimaradt (így csak 0-5V tartományban tud az AD működni), de így is szépen hiszterézisesen szét lehetett választani a tartományokat egymástól.

A videón azt lehet látni, hogy egy potival egyre kisebb ellenállást állítok be, egészen rövidzárig. Amit a panelen úgy láthatunk, hogy az összes áramvisszajelző LED világít (azaz már 250mA fölött járunk), és a kimenetvisszajelző LED kialszik (mivel rövidzárnál a feszültség 0).







Hozzászólások:


Hozzászólás beküldése (nyisd le)