Arduino Uno R3: ¿Suministra directamente un pin regulado de 5V a 5V?

24

Me gustaría usar una batería Arduino Uno R3 alimentada por un registrador de datos. Quiero suministrarlo directamente con una fuente de alimentación de batería recargable de 5V regulada por Step-Up en el momento de la alimentación pin 5V.

No quiero abastecerlo con 5V en el PowerJack o Vinporque no es necesario, daría como resultado un voltaje más bajo cuando se alimenta con 5V en Viny una disipación de energía innecesaria en U1.

Echemos un vistazo al esquema: http://arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdf

Lo he editado, mira las áreas verdes y los caminos azules (ignora el área amarilla al principio):
ingrese la descripción de la imagen aquí

pin 5VSin embargo, solo suministrarlo así podría destruir el regulador lineal U1que regula> 5V + Vinhasta 5V, me temo.

Pregunta

  • ¿Es aceptable y seguro suministrar 5V + regulado a pin 5V?
  • ¿Debería acortarlo adicionalmente Vin?

Desafortunadamente no hay un esquema interno para U1(NCP1117ST50T3G) en la hoja de datos .

Por interés

Observe el área amarilla: ¿estoy equivocado o el diodo de protección está invertido? ¿No debería tener el catodo USBVcc?

Edición 1:

Como tres respuestas indican que sería la forma más segura de suministrar el Arduino con 5V regulados a través de USB, debo aclarar un poco mi pregunta: me gustaría ajustar la configuración en un estuche pequeño, así que quiero evitar enchufar un Cable USB si es posible.

Excepto para propósitos de prueba donde esto puede suceder por accidente, no es posible que Vin/ VccUSBy Vcc 5Vestén disponibles al mismo tiempo.

tratar de atrapar finalmente
fuente
Estoy planeando hacer lo mismo, así que pregunto: ¿al final usaste el pin de 5V o el pin de USBVCC, o algo más?
heltonbiker 01 de
Encontré una situación en la que mi circuito funciona con alimentación externa, pero deja de funcionar correctamente con el USB conectado. Para permitir la conexión USB y seguir teniendo un comportamiento adecuado, utilicé aire caliente para levantar el fusible del Uno. Es el aspecto dorado junto al puerto USB y está etiquetado como 501H.
Chris K

Respuestas:

11

Aquí hay una forma menos formal de verlo: proporcionar energía directamente al pin + 5V es (casi) exactamente lo que sucede cuando el Uno se alimenta a través de USB. Como la alimentación USB está perfectamente bien, por diseño, su configuración también debería estar bien.

Los reguladores externos + 5V también se pueden suministrar a la red USBVCC, por ejemplo, utilizando un cable USB-B.

De acuerdo con la segunda pregunta, usted debe no conectarse a V_IN. La salida de NCP1117 puede convertirse en una fuente de energía alternativa y competitiva y es mejor evitarlo.

DimKo
fuente
1
"Proporcionar energía directamente al pin + 5V es (casi) exactamente lo que sucede cuando el Uno se alimenta a través de USB" - Tienes razón. Gracias por abrir mis ojos. :)
try-catch-finally
Después de comparar las respuestas, creo que su respuesta coincide mejor con mi pregunta, así que acepté su respuesta. (Pero debo decir que "por diseño" en su respuesta debe enfatizarse: mi PC solo suministra 4.85V;)
try-catch-finally
Gracias :) La especificación USB define el voltaje permitido como 5V +/- 5%, por lo que cada dispositivo USB debería poder manejar cualquier voltaje de 4.75V a 5.25V. Alternativamente, una fuente de alimentación que genera un voltaje regulado en este rango, se puede utilizar para alimentar un dispositivo USB (siempre que pueda suministrar suficiente corriente).
DimKo
14

La postura oficial sobre el suministro de energía directamente al pin de 5V en el Arduino Uno es así:

5V. Este pin emite un 5V regulado desde el regulador en el tablero. La placa se puede alimentar con el conector de alimentación de CC (7 - 12V), el conector USB (5V) o el pin VIN de la placa (7-12V). El suministro de voltaje a través de los pines de 5V o 3.3V evita el regulador y puede dañar su placa. No lo aconsejamos

Dicho esto, el suministro de 5 voltios regulados al conector VUSB (que no está roto como un pin, AFAIK) debería ser el camino a seguir: así es como se alimenta normalmente la placa cuando se ejecuta con un cable USB, por lo que evidentemente la caída de voltaje es aceptable.

Además, la única caída de voltaje en la línea de + 5V cuando se toma energía del VUSB es la caída a través de la resistencia de encendido del MOSFET FDN340P, entre 70 y 110 mOhms. Para operaciones típicas que no involucran la eliminación de altas corrientes del Uno, una demanda de corriente de 100 mA daría como resultado una caída de voltaje de 11 mV , según una estimación aproximada.

Para obtener una forma simple de alimentar VUSB, simplemente libere un cable USB cortándolo y aplique los 5 voltios a través de VUSB y los pines de tierra.

Anindo Ghosh
fuente
Gracias por la cita, debo haberlo pasado por alto porque también estaba buscando esto en esa página. Sin embargo, la frase "a través de 5V o 3.3V" es bastante engañosa. Omitir realmente puede dañar U2, pero como usted, DimKo y Passerby dicen, omitir 5V a través de T1 es lo que hace un Arduino alimentado por USB.
try-catch-finally
Vea mi Edición 1 también, me gustaría evitar enchufar un cable USB. Creo que impulsaré el Arduino a través del 5V pin(bajo mi propio riesgo;).
try-catch-finally
+1 para "Para una manera simple de alimentar VUSB, simplemente libere un cable USB al abrirlo y aplique los 5 voltios a través del VUSB y los pines de tierra". Gran idea.
Anonymous Penguin
No estoy seguro de a qué se refiere esta red "VUSB". ¿Asumo que te refieres al pin 1 del conector USB (veo que es "XUSB" en UNO) o la red "USBVCC"?
gwideman
@gwideman Sí, USBVCC se conoce como VUSB en muchos esquemas de Arduino, y ese conductor también tiene una etiqueta impresa de VUSB en mi placa.
Anindo Ghosh
10

No recomendado oficialmente

Arduino (la compañía) no recomienda suministrar directamente 5 voltios porque:

  1. El público objetivo no siempre comprende cómo se diseña el esquema, y ​​como principiantes / no técnicos, probablemente causaría que algo malo suceda, como conectar 5 voltios no regulados a la 5Vlínea y soplar cosas, provocando llamadas / reembolsos de servicio al cliente / reparaciones / etcétera.
  2. El suministro directo de 5 voltios omite el método de detección automática / protección de voltaje.

Cómo funciona la selección de energía externa / USB de Arduino

Suministrar 5 voltios directamente es fácil. La alimentación USB prácticamente hace esto, al igual que el protocolo / encabezado ICSP. El USB tiene un fusible PTC de 500 mA en la línea y un mosfet de canal p, que por sí mismos no ofrecen ninguna protección. Pero también está etiquetado el LMV358 U5A, por encima de ese mosfet. Es (mitad) un opamp, que se utiliza como comparador. Si VINse detecta, y por encima de 3,3 voltios, el opamp conduce la línea hacia abajo, desactivando el mosfet, cortando USBVCCla 5Vlínea. Esto hace que pueda usar VINy USBVCCal mismo tiempo sin problemas. De lo contrario, tendría dos fuentes de alimentación que compiten en el mismo riel (USB y el regulador de 5 voltios).

El mosfet tiene un diodo corporal

Es parte de la construcción mosfet, interna, y funciona como protección de voltaje inverso, evitando que el 5Vriel de energía fluya hacia el USBVCC. Se deshabilita cuando el mosfet está encendido y se polariza inversamente cuando está apagado.

Advertencias

  1. ¡NO CONECTE EL USB Y SU 5V AL MISMO TIEMPO!
    Al ingresar 5 voltios regulados en el 5Vpin, omite el útil mecanismo de selección de fuente de alimentación. Puede conectar fácilmente sus 5 voltios al conector USB, o entre el conector USB y el fusible PTC USB, pero eso hará que tenga un límite de 500 mA. Si necesita más corriente, puede evitar el fusible, pero no el mosfet.
  2. No ponga en cortocircuito 5Va VIN!
    El regulador de 5 voltios, en cualquier caso, será excelente, siempre que VINno se use.
Transeúnte
fuente
Con respecto a los encabezados ICSP (e ISP): el pin que está conectado a la red + 5V es ISP VTG, que está destinado al dispositivo de destino (aquí Arduino) para suministrar energía al programador, lo que permite que el programador se acomode a + 5V o +3.3 objetivos. No pretende ser una entrada para 5V, por lo que no es evidencia a favor de conectar un suministro de 5V a la red de + 5V. (Aunque no muy en contra de ninguno de los dos.)
gwideman
1
"Si se detecta VIN y es superior a 3.3v, el opamp hace que la línea sea baja": en realidad, hay un divisor de voltaje entre la entrada VIN y CMP a U5A, lo que significa que VIN debe ser superior a 6.6V para deshabilitar USBVCC como entrada . Además, dado que hay un diodo entre el conector de entrada de alimentación PWRIN y VIN, (agregando una caída de 0.6V) y la caída de NCP1117 es de 1 a 1.2V, eso significa que el suministro externo debe estar por encima de 7.2V para apagar USBVCC, aunque sin USBVCC el suministro externo podría suministrar energía confiable hasta 6.6 a 6.8V
gwideman
Pero estoy de acuerdo en que conectar un suministro de 5V al Arduino Shield + 5V funcionará, pero como enfatiza Passerby, el usuario debe asegurarse de no conectar ese suministro Y USB al mismo tiempo. Un posible resultado de conectar ambos sería dañar el host USB, el suministro externo o, de preferencia, el fusible F1.
gwideman
@Passerby Su respuesta explica en un buen lenguaje ficticio lo que está sucediendo. Sin embargo, no entiendo muy bien lo que le gustaría decir con "Diode on the mosfet, is Body Diode". Mi mejor conjetura es algo así: aunque el Mosfet contiene un diodo que normalmente protegería las corrientes del flujo hacia la dirección del host USB, este diodo interno (protección) se desactiva tan pronto como se aplica voltaje a Arduino su "USBVCC".
Pro Backup
@ProBackup El diodo en el MOSFET siempre está presente y nunca "deshabilitado" per se. Sin embargo, cuando el MOSFET está en su estado ENCENDIDO, la ruta de la fuente de drenaje tiene una resistencia tan baja que el diodo paralelo es irrelevante. (Por lo tanto, el diodo solo es relevante cuando el MOSFET está apagado, y en ese caso permite la corriente solo en la dirección de USBVCC a + 5V.)
gwideman
4

Creo que estarás bien.

De la hoja de datos NCP1117 , página 10:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Según el sonido de la hoja de datos, el regulador tiene diodos de protección internos que deberían ser capaces de manejar fácilmente la carga capacitiva presente VIN(por lo que se ve (y atornillarlo, etiquetas de red y esquema no buscable), la capacitancia total VINes 47 uF).

Como tal, incluso si todos los condensadores en el tablero están completamente descargados, la única corriente que fluirá a través de los diodos de protección del regulador es la corriente requerida para cargar ese condensador de 47 uF.


Si está realmente preocupado o desea ser más cauteloso, puede colocar un diodo Schottky entre el pin de 5V y el pin de Vin. Esto evitará que fluya corriente inversa a través del regulador (básicamente, esto es lo mismo que D1 en el diagrama anterior).

También puede simplemente saltar el pin Vin al pin de 5V, y simplemente alimentar 5V en el conector DC-in. Tenga en cuenta que si usted alimenta el Arduino con más penas hay 5.5V, que va dañar algo.

Connor Wolf
fuente
¿Quién está rechazando esto? Y por qué ?
Connor Wolf
El extracto de la hoja de datos que publiqué claramente dice que la parte tiene un diodo de protección interno desde la salida hasta la entrada. Puede que no sea una buena práctica usarlo así en un entorno de producción (no lo haría), pero lo único que podría dañar sería el regulador de voltaje, que de todos modos no se usa en esta situación.
Connor Wolf
1
Te he hecho +1 para una respuesta reflexiva y puntual. Dicho esto, a fin de cuentas, creo que suministrar la alimentación externa de + 5 V al conector USB es la mejor manera de hacerlo, ya que impide la conexión accidental de + 5 V externos simultáneamente con la alimentación USB, y aprovecha la F1.
gwideman
3

Otra idea podría ser conectar una resistencia de 2.2k de + 5v al punto etiquetado como "CMP", que es la entrada no inversora al pin del amplificador operacional 3. Esto desactivará la alimentación de USB + 5v a la placa pero aún permitirá las comunicaciones USB.

Por supuesto, un interruptor SPST para 'apagar' la resistencia también sería bueno para que pueda deshabilitar esta nueva característica. El interruptor se conectaría en serie con la resistencia de 2.2k. Sin embargo, si nunca planea usar la alimentación USB nuevamente, no será necesario el interruptor, solo si a veces tiene que alimentar la placa con la alimentación USB sin entrada de alimentación externa de + 5v.

Haga lo que haga, pruebe para asegurarse de que funciona midiendo la salida del LM358 cuando conecta el suministro externo de + 5v.

MrAl
fuente
0

Suministrar 5 voltios directamente es fácil. La alimentación USB prácticamente hace esto, al igual que el protocolo / encabezado ICSP. El USB tiene un fusible PTC de 500 mA en la línea y tiene un mosfet de canal p, que por sí mismos no ofrecen ninguna protección. Pero también está el LMV358 etiquetado U5A, por encima de ese mosfet. Es (mitad) un opamp, que se utiliza como comparador. Si se detecta VIN, y más de 3.3 voltios, el opamp conduce la línea a un nivel bajo, deshabilita el mosfet y corta el USBVCC de la línea de 5V. Esto hace que pueda usar VIN y USBVCC al mismo tiempo sin problemas. De lo contrario, tendría dos fuentes de alimentación que compiten en el mismo riel (USB y el regulador de 5 voltios).

Hmm, ¿no es esto al revés? El divisor de voltaje está conectado a la entrada no inversora del comparador y, por lo tanto, lo ALTA (+ 5 V) cuando el voltaje del divisor es superior a 3,3 V y BAJO cuando está por debajo de 3,3 V. El MOSFET del modo de mejora del canal P se apaga cuando el voltaje de la puerta es ALTO (es decir, Vgs = 0V) y se enciende cuando el voltaje de la puerta es BAJO (es decir, Vgs = -5V).

El resultado es el mismo (un voltaje superior a 3.3V en el divisor apaga el MOSFET y aísla la alimentación USB, y un voltaje bajo en el divisor conecta la alimentación USB al circuito) como dice el párrafo citado, pero creo que los voltajes indicados Hay al revés.

usuario3765883
fuente
-1

Creo que lo mejor que se puede hacer en ese caso es alimentar el arduino a través de un pin de + 5V desde una fuente regulada de 5V y, si alguna vez es necesario conectar el USB al código o imprimir valores en la computadora, use un cable USB con su cable de 5V desconectado.

De esa manera nunca pondrás a tu arduino en una pelea de fuente de poder tampoco. Pero no tendrá su pin de 3.3V funcionando. ¡¿Correcto?!, Porque el riel de 5V no va al regulador de voltaje 3.3.

Eduardo Arruda
fuente