Мнения о том, что я придумал для автомобильной цепи 12 В на 5 В?

Является ли это надежным решением для автомобильной цепи 12–5 В для питания ATtiny? Я пытался придумать решение для своих нужд, которое могло бы справиться с автомобильной средой, которая настолько страшна, что в некоторых местах даже не говорят об этом.

Из рекомендаций, изучения таблиц данных и множества поисков в Google это то, что я придумал до сих пор. Он будет размещен в салоне автомобиля (не в моторном отсеке), и все выбранное соответствует требованиям AEC, но я не знаю, будет ли он работать так, как задумано, или у меня недостаточно защиты (система ESD/TVS). должен убить большую часть автомобильного кошмара, верно?). Другая часть моей схемы (не показана) — это ATtiny, который будет управлять вспомогательным освещением.

Пожалуйста, не говорите, что просто используйте USB-адаптер 12 В, потому что я не пытаюсь соединить несколько плат вместе, поэтому пытаюсь прибить эту схему, чтобы я мог включить ее на печатную плату своего устройства, но кроме этого, пожалуйста, научите меня, если у меня есть ничего неправильного.

** Также обратите внимание, что номинал резистора для светодиода указан на схеме неправильно. Как в списке компонентов, должно быть 150 Ом.

Моя схема

Компоненты:

-- Необязательно, для тестирования (не очень важно) --

  • R1: ERJ-U06J151V (150 Ом)
  • LED1: 150080GS75000
Было бы лучше, если бы вы указали ожидаемый ток. Из вашей текстовой схемы получите примерно (5-1,2)/95 = ~ 40 мА. (Кстати, в вашем тексте написано 150 Ом, на вашей диаграмме написано 95 Ом...)
Доступны адаптеры «прикуривателя» с возможностью выбора выходного напряжения...
@Oldfart ек! Я заменил светодиоды и думаю, что пропустил обновление схемы, схема должна быть 150 Ом, как и список компонентов. Цепь на другом конце регулируемого 5В 1А не должна быть более 0,8А
@SolarMike да .. ясно, что вы пропустили последнее предложение.
Они поставляются в полном комплекте, а не в виде «нескольких плат», и, как правило, очень компактны и эффективны, обеспечивая чистое питание, и я обнаружил, что тот, который я купил, идеально подходит для многократного использования, которое я ему дал.
@SolarMike Я пытаюсь включить эту схему в специальную печатную плату, которая будет подключена к автомобилю, а не подключена через USB или розетку 12 В. Использование того, о чем вы говорите, будет двумя платами ... это и моя собственная или что-то внешнее, подключенное к моей плате, тоже не то, что я ищу.
@dawm Я позволю вам сделать это по-своему, однако, поскольку в прошлой жизни я был автомобильным электриком, я лично рассматривал различные варианты. Где-то понадобится кабель...

Ответы (7)

Вы указали потребляемый ток 800 мА. Падение напряжения составляет 12-5=7В, поэтому регулятор будет потреблять 0,8*7=5,6 Вт. Это, скорее всего, сожжет ваш регулятор с платы.

Даже если вы возьмете другой тип и радиатор, вам не нужен большой источник тепла в машине.

Я настоятельно рекомендую вам использовать готовый импульсный стабилизатор на 5 В. Они поставляются в немного большем корпусе TO220.

введите описание изображения здесь

Одна из моих ранних идей заключалась в переключающем регуляторе, но дополнительные компоненты, необходимые только для его правильного управления, занимали много места в дизайне платы (если только я никогда не сталкивался с тем, что изображено на изображении, которое все в одном?), друг мой использовал AZ1117CH-5.0TRG1, который является неавтомобильной версией ZLDO1117 в аналогичном приложении (используется на квадроциклах и автомобилях с круговым движением) без проблем с нагревом (утверждает, что он даже не нагревается), но его схема не хватает защита, которую я пытаюсь выяснить.
Все, что вам нужно сделать, это добавить защиту к регулятору, как вы это сделали с ZLDO1117QK50TC. Рассматривайте его как замену ZLDO1117QK50TC.
@dawm Попробуйте эту категорию цифровых ключей: digikey.com/products/en/power-supplies-board-mount/… Также есть опция параметрического поиска для «замены линейного регулятора» (в поле «тип»), которая, как правило, устройства, подобные предложенному Олдфартом; сменные заменители линейных регуляторов.
@dawm Не следуй отвлекающим маневрам. Безопасное рассеивание 5 Вт занимает гораздо больше места.

Ваши основные проблемы: -

  • +12В на самом деле может быть близко к +30В. Автомобильные аккумуляторы заряжаются примерно при +14 В, а эвакуаторы используют две последовательно соединенные батареи, чтобы обеспечить номинальное напряжение +24 В для запуска стартера, даже если им нужно использовать длинные соединительные провода. Ваш регулятор должен выдерживать постоянное перенапряжение, или вам нужно добавить для него защиту.
  • +12 В на самом деле может быть -12 В, если входы поменяны местами. (Или -30 В, см. выше.) Смогут ли с этим справиться ваш регулятор и электролитический конденсатор? Если нет, добавьте диод.
  • +12 В фактически могут быть закорочены вместе или во время запуска могут упасть ниже +12 В, разряжая любые конденсаторы перед регулятором и разряжая любые конденсаторы за регулятором обратно через регулятор. Вам может понадобиться диод, чтобы остановить это, и/или снять крышку 10 мкФ.
  • Источник питания +5 В может потреблять больше тока, чем может обеспечить регулятор. Вам может понадобиться предохранитель на стороне выхода.
  • Вся цепь может потреблять больше тока, чем может обеспечить проводка от +12 В. (Автомобильный аккумулятор может дать много, но помните, что обычно он проходит через блок предохранителей и реле.) Вам может понадобиться предохранитель на входе или дать явное предупреждение, что вы будете полагаться на собственный блок предохранителей автомобиля.
  • Ваш источник питания +5 В будет иметь мгновенные всплески тока, и регулятор и 100 мкФ не смогут угнаться за ним. (Электролитические конденсаторы довольно медленные.) Обычной практикой для этого является параллельное соединение электролита с более быстрым конденсатором меньшего размера (обычно таким же, который вы используете для развязки) для обработки переходных процессов.
  • Конденсаторы дадут вам огромный пусковой ток. Резистор в источнике питания +12 В — хорошая идея, а также помогает решить некоторые проблемы с коротким замыканием.
  • Тепло, как уже было сказано в других ответах.

Некоторые из ваших проблем с защитой цепи можно решить с помощью автомобильного регулятора, такого как LM2940. Другие по-прежнему являются проблемой. Точно так же переход на импульсный регулятор поможет вам с некоторыми проблемами, но не с другими, а также может вызвать другие проблемы (не в последнюю очередь шум / пульсации в линии питания).

Выяснение решений этих проблем остается в качестве упражнения для ОП, поскольку это вполне может быть курсовая работа. :)

Я не знаю, откуда взялась идея, что эвакуаторы прыгают с 24 вольтами... это вызовет всевозможные проблемы, особенно в гибридных автомобилях. Я думаю, что заблуждение состоит в том, что эвакуаторы в Северной Америке - это дизельные пикапы, и они всегда используют две 12-вольтовые батареи параллельно из-за высоких нагрузок при запуске и свечах накаливания. Тяжелые грузовые автомобили, такие как 18-колесные автомобили и строительная техника, действительно используют системы 24 В, но никогда не используются в транспортных средствах класса тягачей.
@ user71659 Да, запуск автомобиля на 12 В с аккумулятором на 24 В приведет к взрыву аккумулятора на 12 В. Пожалуйста, не делай этого.
@user71659 Работал в автомобильной электронике около 10 лет. Я знаю, для чего мы разработали нашу электронику, и причины, по которым нам это сказали. Я с радостью признаю, что у меня нет личного опыта работы с 24-вольтовым эвакуатором, и что, возможно, ребята, обучающие нас, не совсем правильно объяснили это. В конце концов, я в основном программный. :) Я согласен с комментарием Jeroen, если вы напрямую закорачиваете 12-вольтовую батарею - хотя помните, что вы не подключаете оба провода к батарее.

Если вы должны использовать линейный стабилизатор (Олдфарт прав насчет нежелательного рассеяния), то вам не нужен LDO. LDO выдерживает входное напряжение до 20 В; стандарт 7805 рассчитан на 35 В, что желательно для автомобильных приложений. Я бы также предложил предохранитель на входе; если это нежелательно, то, возможно, резистор 1 Ом 1 Вт, чтобы уменьшить остроту пика. Наконец, необходимо надежное заземление.

будет добавлен предохранитель, просто я еще не посмотрел, какой размер / тип ... и т. д., который мне потребуется. Я думал, что использование TVS поможет уменьшить вероятность попадания более высоких напряжений на LDO.

Наиболее распространенным решением является использование импульсного стабилизатора. Импульсные стабилизаторы рассеивают гораздо меньше тепла, чем линейные стабилизаторы, особенно при большом падении напряжения. Недостатком является то, что они производят больше шума, но это можно уменьшить, установив линейный регулятор для получения достаточно чистого питания.

Техас производит несколько хороших импульсных стабилизаторов и имеет на своем сайте бесплатный инструмент проектирования, который создаст схему, выберет компоненты и порекомендует разводку печатной платы. В качестве альтернативы вы можете купить модуль у таких поставщиков, как Recom и Meanwell, который буквально представляет собой черный ящик, установленный на печатной плате, принимающий 12 В и генерирующий выбираемое выходное напряжение.

Если ваша система не нуждается в низкошумном источнике питания, вы можете использовать выходной переключатель 5 В для большего питания. Если это так, вы можете выбрать выход 6 В и использовать LDO 5 В для дальнейшей регулировки и очистки питания. Популярным методом является использование выхода импульсного регулятора для управления мощными устройствами, которые не чувствительны к шуму, такими как фонари или зарядные устройства, и чтобы только чувствительные части работали от LDO, чтобы снизить тепловыделение.

Я бы использовал однонаправленный TVS на входе, чтобы отрицательный всплеск проходил с минимальным остаточным напряжением.

Также обратите внимание, что TVS должен защищать вход 12 В, который также может быть 15 В в нормальных условиях. Вы выбрали 5V TVS, что неверно. Используйте SMA6J18A 18В.

Извините, я все еще не понимаю, как работают диоды TVS, используя SMA6J18A с рабочим напряжением 18 В и фиксируя напряжение от 28,3 до 33,2 В, что, кажется, превышает защиту регулятора от более высокого, чем необходимо, напряжения. Будет ли TPD1E10B09QDPYRQ1 лучше подходить? Его рабочее напряжение составляет 9 В, а фиксация - 13 В, а пик кривой SOA ZLDO1117 составляет 10 В для 1 А, что приведет меня к SOA во время фиксации и нормальной работы, верно? В техническом описании указано, что Vin -Vout на графике кривой SOA, 9-5 = 4 В, 13-5 = 8 В для безопасного выхода 5 В 1 А.
Или я совсем не понимаю диоды TVS? Протекает ли ток через TVS нетронутым при рабочем напряжении, а затем начинает зажиматься, когда превышает напряжение пробоя? Я так понял, именно поэтому я взял SMA6J5.0CA-TR, я думал, что он пропустит через него хотя бы 5В и начнет зажимать его до 9В-13,4В после того, как он дойдет до пробоя.
@dawm Посмотрите на диаграмму на странице 2 таблицы данных . Поскольку диод обычно используется в обратном направлении, представляет интерес только левая половина диаграммы. Если вы собираетесь использовать, например, SMA6J15A, вы получите V[WM]=15 В, где при 15 В через диод будет течь всего 1 мкА, а при напряжении пробоя V[BR] = 18,5 В (макс.) устройство сработает. как резистор порядка 0,1...0,2Ом.
Вы захотите включить предохранитель в линию питания перед TVS, который перегорает в случае, если перенапряжение не просто ложное или питание меняется на противоположное, чтобы предотвратить короткое замыкание TVS и перегорание.

Просто добавлю свои два цента, если вам не все равно :) Я разработал 3 системы с автомобильным питанием. Они были для GE (я не работаю на GE, я работаю на OEM-производителя, с которым они заключают контракты).

  • Люди предложили диод для защиты от обратной полярности и переходных процессов. Вместо этого используйте P-Channel Enhancement MOSFET на стороне высокого напряжения или N-Channel Enhancement MOSFET на стороне низкого напряжения. Отличное видео о концепции здесь , показывающее, как легко это сделать и насколько это эффективнее. Убедитесь, что номинал Vds на МОП-транзисторе превышает 30 В.
  • Добавьте синфазный дроссель на две входящие линии, чтобы удалить синфазный шум. Убедитесь, что текущее значение приемлемо для тока, который вы ожидаете.
  • Добавьте феррит на линию 10-28 В, чтобы убрать шум дифференциального режима. Опять же, убедитесь, что текущий рейтинг приемлем для тока, который вы ожидаете.

Желаем удачи с вашим дизайном!

В прошлом я разрабатывал блоки питания для военных автомобилей, и большинство правил применимы и здесь. Я предлагаю вам загрузить некоторые из спецификаций mil, чтобы увидеть, на что вам следует обратить внимание. Вы можете игнорировать удары ЭМИ и ядерные события, что маловероятно в автомобиле, кроме того, я думаю, что отказ вашего источника питания будет последней из ваших проблем в этом сценарии. Я согласен с предложениями выше, где рекомендуется использовать P-канальный мосфет, предохранитель, синфазный дроссель, феррит и предохранитель, хотя, если вы не можете добраться до предохранителя, вы можете выбрать сбрасываемый предохранитель. Диод TVS поможет с пиками, хотя то, что я разработал, должно было использовать многоступенчатый подход, когда входные пики постепенно уменьшались до более разумных напряжений, т.е. 80 В, затем 18 В и, наконец, 5 В на выходе. При этом первый получает самый большой удар. Очевидно, что положение каждого важно, поэтому это должна быть последовательность: In-Fuse-80V TVS - конденсатор класса Y для ограничения ВЧ-пиков - синфазный дроссель - конденсатор класса Y - Mosfet TVS 18V - электролитическая крышка - импульсный регулятор - электролитическая крышка -керамический колпачок и 5V TVS. И Боб твой дядя.

Реальность такова, что в этой банке с червями немного больше работы, но только от вас зависит, как далеко вы хотите зайти в кроличью нору.