
Witajcie moi drodzy
Przedstawię tutaj pierwszą wersję mojego modułu zasilacza do płytki stykowej oferującego napięcia 3.3V i 5V oraz ograniczenie prądowe. Moduł wykonany jest w SMD i bazuje na układach takich jak MIC2019, MIC2940A oraz tranzystorach BC847 i IRLML6402TRPBF.
Co oferuje moduł?
Mój moduł zasilacza oferuje:
- wyjścia 5V i 3.3V wraz z możliwością niezależnego wyboru na którą szynę zasilania płytki stykowej idzie 3.3V a na którą 5V (można też na obie szyny dać 5V lub na obie szyny dać 3.3V)
- osobne moduły ograniczenia prądowego dla źródeł 3.3V i 5V
- wartość ograniczenia prądowego wybierana jest zworką, są 4 możliwe wartości które zależą też od rezystorów na PCB
- moduły ograniczenia prądowego informują nas o tym, czy wystąpiło przekroczenie dozwolonej wartości prądu poprzez zapalenie czerwonej diody LED
- dwie diody LED informujące o tym czy jest zasilanie na DC Jack czy na USB
- możliwość zasilenia poprzez USB (typ złącza USB Mini B)
- możliwość zasilania poprzez złącze DC Jack (do 12V a nawet wyżej, ale wtedy już mocno się grzeje)
- podłączenie się do DC Jack powoduje odpięcie 5V od USB
- wejście DC Jack zabezpieczone jest diodą na wypadek gdybyśmy niefortunnie trafili na zasilacz który ma odwróconą polaryzację
Projekt zasilacza
Zasilacz zaprojektowałem w programie Eagle, całość mieści się na płytce o wymiarach około 55mm na 36mm:

Zaznaczone poniżej czwórki goldpinów służą do wyboru wartości ograniczenia prądowego:

Zaznaczone poniżej piny służą do wyboru wyjścia 3.3V lub 5V na płytkę stykową:

Zaznaczone poniżej diody LED odpowiednio informują nas o obecności zasilania na DC Jack (z drobną poprawką, o tym później), 5V oraz o przekroczeniu ograniczenia prądowego (podpisane OCP - OverCurrentProtection):

Projekt Eagle daję tu do pobrania, choć zaznaczam, że nie jest on poprawiany i nie zawiera usprawnień wymienionych pod koniec tematu.
Sam schemat w png:
Eagle .brd i .sch:
Użyte elementy
Najważniejszym elementem w moim zasilaczu jest mało znany układ MIC2019. To on pełni rolę ograniczenia prądowego:

Posiada on 6 pinów i dostępny jest w małej obudowie SOT-23:

Jego piny mają następującą rolę:
- VIN - wejście zasilania
- VOUT - wyjście zasilania (wewnętrzna rezystancja około 150mΩ przy 5V); odcinane jest w razie wystąpienia przeciążenia
- ILIMIT - na ten pin podłączamy rezystor/rezystory które określają maksymalną dopuszczoną wartość prądu
- FAULT - na tym pinie pojawia się wartość niska jeśli układ limituje aktywnie prąd (pin ten jest w konfiguracji open-drain)
- ENABLE - pin ten pozwala włączyć lub wyłączyć układ; w zależności konkretnej wersji układu jego pracę blokować może stan wysoki lub niski na tym pinie (należy sprawdzić w dokumentacji, czy mamy wersję active-low czy active-high)
MIC2019 w różnych wersjach, na co trzeba uważać przy zamawianiu:

Wartość ograniczenia prądu dla MIC2019 określa się rezystorem i opisywana jest wzorem:

Warto podkreślić, że MIC2019 w trakcie działania ograniczenia prądu (gdy dozwolony prąd zostanie przekroczony) zachowuje się jak źródło prądowe:

MIC20XX nota katalogowa:
Oprócz tego użyłem dwóch regulatorów LDO z rodziny MIC2940A:


A dokładniej to MIC2940A-3.3WU (3.3V LDO) i MIC2940A-5.0WU (5V LDO). Tu macie kilka ich parametrów:

MIC2940A nota katalogowa:
Dodatkowo użyłem dwóch tranzystorów BC847 (czyli BC547 w SMD) do sterowania diodami OCP:

Oraz pojedynczego tranzystora MOSFET z kanałem typu P, IRLML6402TRPBF, do odcinania napięcia 5V na złączu USB gdy zasilamy moduł z DC Jack:

Lutowanie zasilacza
Samo PCB oczywiście zleciłem płytkarni, mi zostało "jedynie" lutowanie:


Kilka przygotowanych elementów:

Użyta lutownica (UYUE 301D/APD931/BT136S):

Początek lutowania; złącze USB; PTC fuse; tranzystora IRLML6402TRPBF:

IRLML6402TRPBF ma oznaczenie E8HAT:



Lutowanie pierwszego MIC2019 (jego oznaczenie SMD: FSAA):


Pierwsze sprawdzenie działania OCP (tego na 3.3V). Zrobienie zwarcia na szynie zasilania płytki stykowej powoduje zapalenie się czerwonej diody:


Lutowanie tranzystora od diody OCP na 5V:


(na schemacie jest to BC847, ale tu widzę, że użyłem MMBT2222A z oznaczeniem SMD 1P, ale to mała różnica tutaj)
Sprawdzenie OCP na 5V:

Gotowy zasilacz:

(uwaga: na jednym ze zdjęć wykonanych w trakcie lutowania jest pewien dość oczywisty błąd, który nie występuje na schemacie. Potem go oczywiście poprawiłem, ale nie sugerujcie się zdjęciami)
Sprawdzenie 5V na złączu USB przy zasilaniu z DC Jack
Zasilacz zawiera układ odcinający dopływ 5V od złącza USB w przypadku zasilania go przez złącze Jack. Układ ten opiera się na tym, że złącze Jack zawiera trzeci pin którego zwarcie do masy informuje nas o tym, że w złączu nie ma wtyczki. Układ ten korzysta z tranzystora MOSFET IRLML6402. Poniżej sprawdzenie, czy spełnia swoją rolę:


Układ działa i poprawnie odcina zasilanie ze złącza USB.
Sprawdzenie ograniczenia prądowego
Na koniec sprawdziłem jeszcze dokładnie ograniczenie prądowe za pomocą sztucznego obciążenia LD25. Wartość ograniczenia prądowego określana jest przez zworki na płytce, można wybrać jedną z czterech wartości, a to jakie cztery wartości zależy już od nas (od tego jakie rezystory na płytce przylutujemy).
Poziom pierwszy - 0.3A:


Poziom drugi - 0.4A (mógłby być nieco wyższy, zmienię odp. rezystor):


Poziom trzeci - 0.78A:


Poziom ostatni (poza skalą):

Co można by zrobić lepiej?
To było moje pierwsze podejście do zrobienia własnego modułu zasilacza. Również to było moje pierwsze starcie z MIC2019. Dużo można byłoby zaprojektować i zrobić lepiej, m. in:
- te rezystory do wyboru ograniczenia prądowego (za pomocą zworek) można by zamienić po prostu na jakiś mały potencjometr, może ze skalą na PCB...
- ew. można by lepiej dobrać rezystory do ograniczenia prądowego (ale to nie problem, w bieżącej wersji można po prostu wlutować inne wartości)
- podłączenie diody LED świadczącej o obecności napięcia na VIN (na Jack) jest niepoprawne i teraz ona się świeci nawet jak zasilamy moduł z USB. To trzeba poprawić, można po prostu ją przenieść przed diodę Schottky'ego
- na płytce jest już złącze USB, można by wyprowadzić jakoś na PCB sygnały D+ i D- bo mi by się mogły przydać (np. dla PICów z USB, są takie nawet w obudowach DIP)
- alternatywnie można by złącze USB użyć do zrobienia konwertera USB na UART, na płytce można zmieścić np. MCP2221 w obudowie QFN
- można by podwoić piny VOUT i GND wchodzące w płytkę stykową by moduł lepiej i solidniej w niej siedział
- można by ogólnie poprawić layout PCB
Tyle poprawek przychodzi mi teraz do głowy, reszta wyjdzie w trakcie użytkowania.
Podsumowanie
To była pierwsza wersja mojego modułu zasilania do płytek stykowych. Wkrótce zamierzam zrobić jego drugą, ulepszoną wersję, w której poprawię m. in. problemy wymienione w powyższym akapicie. Na razie jednak nie mam czasu go ulepszać, więc daję na forum w wersji w takiej w jakiej jest.
Wszystkie źródła PCB umieszczam do pobrania.
Cool! Ranking DIY