Uniwersalny zasilacz do Rasberry i Banana Pi

Do zasilania mini-komputerków typu Banana Pi czy Raspberry Pi najczęściej wykorzystuje się ładowarki z wtykiem micro USB, o stabilizowanym napięciu wyjściowym 5V i wydajności 1A. Czasem jednak płytka jest wbudowana w jakieś inne urządzenie, które posiada już transformator bądź przetwornicę z których szkoda nie skorzystać. Sprawa jest prosta, jeśli mamy dostępne 5V, gorzej jak napięcie jest znacznie wyższe. Z potrzeby chwili zrobiłem prosty, uniwersalny zasilacz do bpi/rpi, na wejście którego można podać napięcie stałe z zakresu 10V…35V DC lub zmienne 8V…24V AC.

Schemat zasilacza i niezbędne części

Układ z założenia miał być prosty i uniwersalny. Założyłem sobie, że może być zasilany zarówno napięciem zmiennym i stałym w szerokim zakresie, co wyeliminowało zastosowanie samego stabilizatora liniowego. Początkowo chciałem od zera zbudować przetwornicę na MC34063 lub LM2596, ale poszedłem łatwiejszą drogą i zastosowałem gotowy moduł na tym ostatnim, który kupiłem za mniej niż dolara z wysyłką do domu. Trochę obawiałem się tej taniej mini przetworniczki i wstawiłem za nią dla pewności liniowy stabilizator LM7805. Po testach okazało się, że niepotrzebnie.

Schemat układu jest prosty i wygląda tak:

Cztery diody na wejściu prostują napięcie zmienne, w przypadku podłączenia stałego, nie musimy zwracać uwagi na polaryzację. Wytrzymałość takiego mostka Graetza to 2A. Kondensator filtrujący C1 o pojemności 2200μF wygładza tętnienia, dalej jest tania przetwornica na układzie LM2596. Na jej wyjściu ustawiłem 7,5V, by jak najmniej mocy tracić na stabilizatorze LM7805, który w sumie można pominąć, a napięcie ustawić na 5V…5,2V. Zgodnie z notą aplikacyjną stabilizatora, zastosowałem kondensatory C2…C4. Dioda LED D5 i rezystor ograniczający jej prąd pełnią funkcję sygnalizacji poprawnego działania jak i wstępnie obciążają stabilizator. Napięcie wyjściowe jest dostępne na gnieździe USB, które wylutowałem ze starego huba.

Spis elementów:
D1-D4: 1N4001…1N4007 lub podobne,
D5: dowolna dioda LED małej mocy,
U1: LM7805 (opcjonalnie),
C1: 2200μF/40V,
C2, C3: 100nF,
C4: 47μF/10V,
R1: 470Ω-1kΩ,
P1: ARK2 lub inne,
P2: Gniazdo USB do druku,
Przetwornica LM2596,
Uniwersalna płytka drukowana,

Montaż i uruchomienie zasilacza

Przed montażem warto skompletować wszystkie elementy i rozplanować jej na płytce, biorąc pod uwagę dostępne miejsce w docelowej obudowie. Koszt wszystkich nowych elementów nie powinien przekroczyć 10zł.

Jak pisałem wyżej, można zrezygnować z układu LM7805 i C3, C4. Napięcie wyjściowe będzie wtedy dostępne bezpośrednio z przetwornicy. Dość wysoki kondensator C1 można zamontować na leżąco. Diody prostownicze można ukryć pod przetwornicą. Można też zrezygnować z płytki drukowanej i całość zlutować w pająku, korzystając z gotowego mostka prostowniczego, czy nawet pomijając go, jeśli mamy do dyspozycji napięcie stałe.

Do połączeń na uniwersalnej płytce użyłem nóżek części i żył ze skrętki komputerowej. Przetwornicę przylutowałem do płytki przy pomocy czterech goldpinów.

Stabilizator LM7805 przy poborze prądu powyżej 500mA nagrzewał się dosyć mocno, dlatego przykręciłem do niego kawałek blaszki aluminiowej. Układ przetwornicy LM2596 był lekko ciepły, nawet przy napięciach wejściowych rzędu 30V – zaleta pracy impulsowej.

Przed pierwszym podłączeniem zasilania, warto sprawdzić wszystkie połączenia, nawet trzykrotnie. Pomyłka w polaryzacji kondensatorów elektrolitycznych może zaowocował efektowną i niekoniecznie bezpieczną eksplozją. Warto podpiąć jakieś w miarę niskie napięcie, np. 12V, po czym wyregulować napięcie wyjściowe przetwornicy na 7,5V jeśli dalej jest LM7805 lub 5V jeśli z niego zrezygnowaliśmy. Mini przetwornica bardzo ładnie stabilizuje napięcie, podczas testów z obciążeniem 700mA, podawanie na wejście od 12V do 30V DC nie powodowało zmian napięcia na wyjściu. Test ciągłej pracy przez 10 dni z obciążeniem również został zdany bez problemów.

W mojej wersji zasilacza, wydajność prądowa jest ograniczona stabilizatorem LM7805 i wynosi 1,5A. Bez niego wzrasta ona do 2A (ograniczenie mostka prostowniczego). Z ciekawości podłączyłem wyjście przetwornicy do oscyloskopu – brak śmieci w przebiegu napięcia świadczy o zastosowaniu “uczciwego” elektrolitu na wyjściu, a podobno różnie z tym bywa w tak tanich modułach. Przy poborze większego prądu, układ LM2596 zacznie się nagrzewać, można wtedy przykleić kawałek radiatora do płytki pod układem.