Rango / tolerancia de voltaje de entrada Arduino Pro Mini (versión 3.3V)

Tengo algunos clones Arduino Pro Mini (material chino barato) y me gustaría alimentarlos con una fuente de alimentación de 12 V (igual que el voltaje del ventilador). De acuerdo con la especificación Arduino Pro Mini, el pin RAW puede tomar 3.35-12V (modelo 3.3V). En la práctica, esto significa que no se puede utilizar una fuente de alimentación de 12 V, ya que casi siempre superan los 12 V con poca carga. Leí que el regulador de voltaje en esta placa es capaz de recibir hasta 16V de entrada. Intenté enchufar un adaptador de corriente de 12V barato que leía 15.1V sin carga, pero un componente en la placa de clonación Arduino realmente explotó instantáneamente. La placa parece funcionar aún cuando funciona con un programador USB. El componente que se quemó está justo por encima de los pines VCC, RST y GND.

¿Por qué pasó esto? ¿Qué acabo de dañar y, lo más importante, cuál es un nivel de voltaje seguro para usar? Ya tengo algunas fuentes de alimentación de conmutación de 12 V, sería una pena si no pudiera usarlas.

Solución:

Al final, parece haber sido un clon arduino defectuoso, un adaptador de alimentación defectuoso o de baja calidad o el hecho de que encendí la fuente de alimentación antes de enchufarla al pin de entrada RAW de la placa. Las fuentes de alimentación baratas de conmutación de 12 V funcionan bien a pesar de que mi multímetro registra un pico de voltaje de hasta 30 V durante el encendido.

Los Pro Mini genuinos usan un regulador MIC5205 que debería aceptar hasta 16V en su entrada normalmente, con un máximo absoluto de 20V. Es poco probable que el regulador se dañe en 15.1V.

Sin embargo, el componente que ha indicado que se ha fundido es un condensador. Los condensadores SMD están disponibles en diferentes clasificaciones de voltaje, típicamente 4V, 6.3V, 10V, 16V, 25V, 35V y 50V (y superiores, pero ignórelos para esto). Es raro ver valores intermedios.

Los condensadores SMD son muy intolerantes con el uso a un voltaje más alto que el especificado. Esto es especialmente cierto para los condensadores electrolíticos y de tantalio. El condensador quemado en el Pro Mini genuino está polarizado (la banda gris no está empaquetada y el esquema lo indica), por lo que podemos inferir que es electrolítico o tántalo. Es improbable que un electrolítico SMD de 10 µF esté en este paquete, por lo que es casi seguro que sea un tantalio.

Sparkfun vende tantalios de 10 µF y tienen una potencia nominal de 16V. Es muy probable que estos sean los mismos que se usan en el Pro Mini. 15,1 V está muy cerca de 16 V; de hecho, si se trata de una fuente de alimentación mal suavizada, el medidor podría mostrar 15,1 V, pero los picos podrían ser 16 V o incluso 20 V. Se recomienda que reduzca las clasificaciones de voltaje en los tantalios al menos en un 50%.

Es realmente importante darse cuenta de que la mayoría de las fuentes de alimentación de CC de bajo costo no están reguladas y producen un voltaje de salida muy irregular sin regulación:

Los tantalios tampoco tienen tolerancia para el voltaje inverso, por lo que si aplicara el voltaje inverso, aparecería.

Por lo tanto, es muy probable que haya sobrevolteado la tapa y la haya volado. Podrías reemplazarlos por condensadores de mayor capacidad; yo elegiría los de 35 V si quieres suministrar 15,1 V. Desoldar y desoldar un solo condensador es relativamente fácil siempre que las almohadillas no se hayan dañado. Siendo realistas, podría usar un electrolítico de 10uF con plomo normal entre RAW y GND en lugar del SMD.

EDITAR: Sin embargo, mirando la hoja de datos del regulador, realmente no debería importar si ese 10uF está ahí o no:

Se debe colocar un condensador de 1 μF de IN a GND si hay más de 10 pulgadas de cable entre la entrada y el condensador del filtro de CA o si se usa una batería como entrada.

Algunos reguladores requieren absolutamente un condensador de entrada, con otros es simplemente recomendable. Parece que solo es aconsejable. Entonces, si no está funcionando con energía externa ahora, es posible que también haya quemado el regulador.

Incluso si la placa de clonación utiliza un regulador SMD diferente, todas sus características son muy similares. Como se indicó, algunos necesitan un condensador en la entrada para funcionar, por lo que reemplazarlo podría solucionarlo.

Hay una consideración adicional de que bajar de 15.1V a 3.3V en un regulador SMD no es una gran idea. Necesitarás quemar mucha energía.

El MC5205 puede disipar 455 mW con una huella mínima de PCB (que tiene el Pro Mini) con una temperatura ambiente de 25 ° C:

Entonces, sabemos la potencia máxima que podemos disipar, y sabemos la caída de voltaje; entonces podemos calcular la corriente:

P = (Vin - Vout) * I

0.455 / (15.1 - 3.3) = I

I = 38.5mA

Esto no es mucho en absoluto. Es posible que desee considerar la regulación fuera del tablero, y probablemente con un regulador de conmutación en lugar de un regulador lineal.

También tomo nota de tu PD:

la tierra de la fuente de alimentación de 12 V se comparte con el pin de tierra Arduino, no estoy seguro de si esta podría ser la causa.

Si no se compartieran, no habría forma de que esto pudiera funcionar. Deben compartirse; de ​​lo contrario, el Vcc de la fuente de alimentación no está referenciado a nada y es muy probable que no esté allí.

El componente que explotó durante su prueba es un condensador.

De acuerdo con la posición en el tablero que mencionó, es uno de los 2 condensadores electrolíticos utilizados en ambos lados del regulador de 3.3V (diría que probablemente sea el capcitor aguas arriba).

Hay algunas razones por las cuales un condensador puede explotar :

• aplicarle un voltaje invertido (solo condensadores polarizados)
• aplicar un voltaje por encima de su clasificación
• aplicar una corriente por encima de su calificación

Su situación es probablemente la segunda: demasiado alto voltaje aplicado.

De acuerdo con los esquemas originales de Sparkfun, este condensador debe estar polarizado con una capacidad de 10uF. Lamentablemente, los esquemas no mencionan el voltaje máximo.

De acuerdo con la especificación de la placa original , el voltaje máximo para esta tapa debe ser de al menos 12V, pero no hay garantía de que sea superior a 12V. Por lo tanto, debe considerar que 12V es el voltaje máximo aplicable a su placa (en el pin RAW).

Además, ha mencionado que está utilizando un clon chino barato, es perfectamente posible (aunque no esperado, ya que haría que la placa funcione de manera diferente a las especificaciones originales) que este utilice un límite de voltaje más bajo (por ejemplo, 10 V) que Ser un poco más barato.

Si desea reutilizar su fuente de alimentación de 12 V, deberá asegurarse de que su voltaje de salida nunca exceda los 12 V, para esto le quedan algunas opciones:

• use un divisor de voltaje hecho de 2 resistencias: primero debe conocer la salida de voltaje máximo de su PSU y luego calcular los valores de resistencia para obtener 12V en función de ese voltaje máximo. Eso es fácil pero puede desperdiciar mucha energía
• use un diodo Zener de 12V fuera de su PSU
• use un circuito regulador de voltaje de 12 V después de su PSU: esa es la solución más segura, pero también la más costosa

Editar:

Por supuesto, si ya lo ha hecho y está equipado para ello, puede encontrar reemplazos para el condensador que explotó y comprar uno de mayor voltaje, luego reemplácelo en sus tableros; eso requerirá un buen equipo de soldadura / desoldadura utilizable para componentes montados en la superficie.