Схемы питания микроконтроллеров от разъёмов COM, USB, PS/2 (5-9В)

В настоящее время компьютер на столе у радиолюбителя является такой же обязательной вещью, как паяльник, тестер и пинцет. Напрашивается идея — использовать энергетические ресурсы компьютера для питания МК и узлов, которые он обслуживает. Доступ к питающим напряжениям — через компьютерные разъёмы.

Чтобы не повредить компьютер, рекомендуется повсеместно устанавливать защитные предохранители — обычные или самовосстанавливающиеся (Табл. 6.5) с рабочим током 0.1...0.3 А. Следует учитывать, что на самовосстанавливающихся предохранителях (PolySwitch) падение напряжения будет в среднем на 0.1...0.3 В больше по сравнению с обычными плавкими вставками.

На Рис. 6.13, а...з показаны схемы организации питания от СОМ-порта, Рис. 6.14, а...е — от USB, на Рис. 6.15, а...е — от других разъёмов компьютера.

Рис. 6.13. Схемы организации питания от СОМ-порта (начало):

а) питание от линии «RTS» СОМ-порта через параметрический стабилизатор на элементах RJ, VD1. Диод KZ)2уменьшает на 0.7 В напряжение, подаваемое на МК (с +5.6 до +4.9 В). Линию «DSR» можно не задействовать, а можно использовать для программной проверки компьютером наличия питающего напряжения +4.9 В;

б) двухполярное питание от СОМ-порта через диодный мост VD1. Выходные сигналы «RTS», «DTR» должны иметь разный знак или быть противофазными (устанавливается в программе);

в) особенность схемы — отсутствие фильтрующего конденсатора C1 между выводами «1п» и «Gnd» стабилизатора напряжения DA1 (при длинном кабеле конденсатор надо ставить);

Рис. 6.13. Схемы организации питания от СОМ-порта (окончание):

г) питание от выходных линий СОМ-порта через стабилизатор DA /. Диоды VD1...VD3 включаются по схеме «ИЛИ», что увеличивает отдаваемый в нагрузку ток. Все задействованные линии СОМ-порта надо программно настроить на выдачу положительного напряжения или на генерацию импульсов высокой частоты (конденсатор С2 будет накапливать энергию);

д) положительное напряжение +5 В стабилизируется микросхемой DAI. Отрицательное напряжение не стабилизировано и зависит от сопротивления нагрузки;

е) стабилитроны VD5, VD6hq имеют балластных резисторов. Их функцию выполняют динамические сопротивления диодов VD1...VD4, а также выходные цепи внутри компьютера;

ж) инверсное включение сигналов. Линии «RTS» и «DTR» СОМ-порта должны быть настроены на выдачу отрицательного напряжения. Резисторы RI, R2 ограничивают выходной ток;

з) питание от СОМ-порта через параметрический стабилизатор на элементах VD1, VD2. Диод VD1 защищает устройство при случайной смене полярности на линии СОМ-порта. Резисторы R2, R3задают выходное напряжение. Они должны быть одинаковыми, точность ±1%.

Рис. 6.14. Схемы питания МК от USB (начало):

а) XS1 — это разъём USB в компьютере, к которому подключается соединительный кабель, подающий питание +5 В в устройство. «Крейсерская» нагрузка по току не более 100 мА, максимальная — не более 500 мА (по стандарту). Однако на некоторых материнских платах ограничений по току вообще нет, поэтому устанавливают предохранитель FU1. Допускается «горячее» подключение/отключение кабеля к любому USB-разъёму работающего компьютера. Ёмкость конденсатора С J не должна быть слишком большой, иначе при начальной стыковке может сработать защита в компьютере (если таковая имеется на конкретной материнской плате);

б) резистор R1 выполняет функцию ограничителя тока при коротком замыкании в цепи питания, предохранитель здесь не нужен. Микросхема DAJ стабилизирует напряжение +3 В для МК. Конденсатор C1 можно зашунтировать керамическим конденсатором ёмкостью 0.1 мкФ;

в) элементы VTI, VT2, RJ...R5 нужны для того, чтобы начальный заряд ионистора C1 производился низким током (определяется резистором R2). Ионистор в заряженном состоянии позволяет поддерживать некоторое время напряжение питания МК на клеммах «±4.7 В» при отсоединении USB-кабеля от разъёма XS1

г) М К получает основное питание от разъёма XSI через диод VD1 {+4.8 В) и резервное от двух батарей GBI, GB2 через диод VD2 (+3 В). Если МК фиксирует на своём входе ВЫСОКИЙ уровень, значит, питание осуществляется от USB, если НИЗКИЙ уровень — от батарей. Это позволяет оперативно изменять режимы, увеличивать/уменьшать яркость подсветки ЖКИ и т.д.;

Рис. 6.14. Схемы питания МКот USB (окончание):

д) снижение входных ВЧ-помех SMD-дросселем L1 фирмы Murata Manufacturing (импеданс 120...600 Ом на частоте 100 МГц) и конденсаторами фильтра C1...CJ. Вместо дросселя L1 часто используют ферритовую «бусинку» (проводник, продетый через ферритовое кольцо или ферри-товую трубку) Стабилизатор напряжения DA I имеет встроенную защиту по току 0.1 А;

е) микросхема DA 1 (фирма Microchip) инвертирует входное напряжение и держитток нагрузки до 100 мА. Не исключено, что ёмкости конденсаторов C1, СЗ, С4 придётся уменьшить, если в компьютере начнёт срабатывать защита потоку при подключении USB-кабеля к устройству.

Рис. 6.15. Схемы питания МК от разных разъёмов компьютера (начало):

а) использование компьютерного блока питания PC/AT в качестве лабораторного источника четырёх напряжений. Резисторы RI...R4 нужны для устойчивого начального запуска. При низких токах нагрузки можно уменьшить акустический шум встроенного в блок питания воздушного вентилятора, если подавать на него пониженное рабочее напряжение;

б) организация питания от LPT-порта, выходные линии которого программно настраиваются на выдачу ВЫСОКОГО уровня. Диоды VD1...VD8 включаются по схеме «ИЛИ», что увеличивает отдаваемый в нагрузку ток. Замена диодов Шоттки обычными диодами Ш4148/КД522Б возможна, но не рекомендуется, поскольку уменьшается выходное напряжение. Число диодов 2...8 в зависимости от количества свободных линий LPT-порта. Конденсатор C1 можно применить не только электролитический, но и керамический, такой же ёмкости. Ток нагрузки и выходное напряжение напрямую зависят от материнской платы и типа логических элементов внутри LPT-порта. Эти элементы бывают «слабые», стоком отдачи около 1 мА на одну линию, и «сильные», стоком отдачи около 10 мА на одну линию (проверяется экспериментально);

Рис. 6.15. Схемы питания МК от разных разъёмов компьютера (окончание):

в) питание от разъёма «Game/MlDI», к которому в реальной практике подключают игровой компьютерный джойстик и музыкальную MIDI-клавиатуру. Розетку XS1 нельзя напрямую присоединять к 15-контактной розетке компьютера, необходим промежуточный кабель длиной 1.5...2 м. Другой вариант — заменить розетку XS1 вилкой DB-15M. Предохранитель Fill желательно применить самовосстанавливающийся. Он защищает блок питания компьютера от коротких замыканий в цепи +5 В устройства;

г) схема Ж.Томаса. Элементы VT1, R1, C1 служат активным фильтром, снижающим помехи от компьютера. Вилку ХР1 можно напрямую присоединять к 15-контактной розетке компьютера без промежуточного кабеля. Питание +5 В снимается с двух выводов I и 9 разъёма XPI (а не с одного вывода 8 как на Рис. 6.15, в), что не принципиально, поскольку они запараллелены внутри компьютера;

д) к шестиконтактному разъёму XS1 с маркировкой «PS/2» (модель «6-pin mini DIN») в реальной практике подключают клавиатуру или мышь. Нагрузочная способность 0.1...0.2 А. Допускается использовать разветвляющий тройник с одновременным питанием разрабатываемого устройства и клавиатуры/мыши;

е) к пятиконтактному разъёму XS1 в реальной практике подключается АТ-клавиатура («5-pin DIN»). Катушка индуктивности L1 должна выдерживать постоянный ток не менее 250 мА. Она совместно с конденсаторами C1, С2 фильтрует помехи, проникающие из компьютера в устройство и из устройства в компьютер.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.