Запуск Arduino от сети переменного тока с мостовым выпрямителем

У меня проблема с запуском Arduino (требуется входная мощность 3,3 В) от цепи переменного тока 21 В. Вход схемы - от трансформатора дверного звонка и обеспечивает 21 В переменного тока. Затем входной переменный ток проходит через мостовой выпрямитель для получения выходного постоянного тока (около 26 В). Выход мостового выпрямителя сглаживается конденсатором, а затем выпрямитель напряжения преобразует входное напряжение ~ 26 В в выходное напряжение 3,3 В для Arduino.

Схема для преобразования переменного тока в 3,3 В постоянного тока

Однако у этой схемы есть проблема, которую я не могу понять. Измерение выхода регулятора напряжения 3,3 В показывает, что на самом деле он выдает 3,3 В, как и ожидалось. Тем не менее, Arduino, кажется, перезагружается снова и снова.

Моя рабочая теория на данный момент заключается в том, что проблема как-то связана с заземлением. Если я отключу вход переменного тока и заменю регулятор 3,3 В внешним регулируемым источником питания 3,3 В, система будет работать нормально.

Я был бы очень признателен за любую помощь, которую вы могли бы оказать в диагностике проблемы с этой схемой.

Вы действительно понижаете 26 В до 3,3 В с помощью линейного регулятора? Не становится жарко? Что ты сделал с радиатором? Учтите, что мощность тратится впустую, которую необходимо рассеять в виде тепла. 23 В при 100 мА — это более двух ватт, от которых вам нужно избавиться. Без радиатора регулятор нагреется, отключится, остынет и так далее, пока не испустит дух.
Если вы хотите оставаться простым, вы можете просто добавить трансформатор 7:1.
Каков общий ток, потребляемый от источника питания 3,3 В?

Ответы (3)

На вашей схеме показан LM340MP-05, который представляет собой регулятор 5,0 В. Я собираюсь предположить, что это ошибка в вашей диаграмме, а не то, что вы выбрали неправильный регулятор, поскольку вы упомянули, что измерили выходное напряжение 3,3 В, и оно было в порядке.

У меня есть несколько мыслей о том, что может быть не так:

  • Вы подключаете выход 3,3 В от вашего регулятора к выводу VIN на Arduino, а не напрямую к выводу 3,3 В. Вывод VIN на платах Arduino обычно проходит через стабилизатор 3,3 В, чтобы снизить входное напряжение (обычно 5-9 В). Регулятор не будет работать должным образом без небольшого перенапряжения (так называемого «напряжения падения»), превышающего целевое напряжение. будет означать, что вы понижаете напряжение своего Arduino.
  • Вы варите свой регулятор слишком большим током при заданном падении напряжения. LM340 предлагает максимум 1,5 А, но линейные регуляторы потребляют мощность, пропорциональную как току в цепи, так и падению напряжения. Вы теряете 22,7 В, а ток потребления Arduino в режиме ожидания составляет около 50 мА — это означает, что вы сжигаете 22,7 × 0,05 = 1,135 Вт мощности в регуляторе, просто запуская Arduino в режиме ожидания. Это вызовет повышение температуры примерно на 27°C, если вы используете корпусный регулятор TO-220, но на SOT-223 температура будет больше на 70°C выше температуры окружающей среды, чего достаточно, чтобы начать вызывать проблемы. Имейте в виду, что эти цифры предполагают, что вы потребляете только 50 мА; еще больше, и проблемы с теплом будут еще хуже.
  • Вы установили конденсатор емкостью 100 мкФ для сглаживания входного сигнала, но не разместили ни входной, ни выходной фильтрующие конденсаторы для регулятора, как это рекомендуется в техническом описании. Это вряд ли будет единственной причиной ваших проблем, но конденсатор 0,22 мкФ на входе регулятора является хорошей практикой.
После двойной проверки схемы в отношении подачи питания на Arduino кажется, что проблема связана с перегревом регулятора напряжения, как было предложено в этом ответе, а также в нескольких других комментариях. Система, кажется, запускается нормально, но регулятор напряжения действительно сильно нагревается, а затем, кажется, отключается. Я заказал сменный импульсный регулятор ( adafruit.com/product/1065 ), и когда он прибудет, я посмотрю, работает ли система должным образом. Я планирую использовать импульсный стабилизатор для преобразования в 5 В и линейный регулятор для перехода от 5 В к 3,3 В.
Это кажется разумным. Понижающий регулятор сбрасывает это входное напряжение гораздо эффективнее и почти не выделяет тепла (возможно, 10-15% мощности нагрузки будет теряться в виде тепла). Линейное регулирование от 5 В до 3,3 В должно подойти, просто убедитесь, что ваш регулятор относится к типу Low Drop-Out (LDO) с минимальным падением напряжения менее 1,7 В.

Это зависит от используемого вами варианта Arduino.
Например, Arduino UNO работает при напряжении 5 В, а не 3,3 В. У него есть регулятор на 3,3 В, но он предназначен для периферийных устройств, а не микроконтроллера.

Для питания Arduino UNO нужно минимум 7 В, а максимально рекомендуемое для платы 12 В.

Моя рекомендация: вы либо:

  1. Используйте регулятор 7812 12 В с небольшим радиатором.
  2. Используйте регулируемый преобразователь постоянного тока и установите входное напряжение примерно на 10 В.

Конечно, можно было бы усомниться в том, что вы используете блок питания от звонка ... что мешает вам использовать настенную розетку на 10-12 В.

У некоторых трансформаторов дверных звонков одна сторона вторичной обмотки заземлена. Он не обязательно будет помечен как таковой.

Если ваша схема Arduino подключена к заземленному USB-разъему или имеет какое-либо заземление на земле 3,3 В, а трансформатор заземлен на одной стороне вторичной обмотки, у вас будет путь утечки тока через заземление, что определенно вызовет проблемы.

Вы можете легко проверить это, отключив трансформатор и измерив сопротивление от вторичной обмотки к зеленому проводу и корпусу.

Ваша крышка 100 мкФ немного мала, но должна быть приемлемой для разумных токов, и выше 50 мА или около того вам в любом случае понадобится радиатор на регуляторе.

Это было бы намного лучше с подачей 5 В на ваш регулятор 3,3 В с использованием импульсного источника питания или трансформатора более низкого напряжения и конденсатора фильтра гораздо большего размера, работающего в регуляторе LDO. Трансформаторы дверного звонка также имеют очень плохую стабилизацию выходного сигнала (выходное напряжение сильно зависит от нагрузки), потому что они спроектированы так, чтобы жертвовать собой в случае короткого замыкания (так называемая защита импеданса класса 2).