แหล่งจ่ายไฟของ Arduino ทำงานอย่างไร


10

ใครช่วยได้โปรดช่วยฉันในการวิเคราะห์งานจ่ายไฟของบอร์ด Arduino นี้

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

เพื่อความเข้าใจของฉัน

  1. เมื่อมีไฟ DC ผ่าน DC jac แรงดัน Dc จะถูกป้อนเข้ากับเครื่องควบคุม MC33269 เพื่อสร้าง + 5V แรงดันไฟฟ้าเดียวกันนี้ถูกป้อนผ่านตัวแบ่ง R10 / R11 ถึง + เทอร์มินัลของตัวเปรียบเทียบในขณะที่ 3.3v OUTPUT ของ FT232RL ถูกป้อนไปยัง -terminal ผลต่างที่เป็นบวกจะทำให้เกิดผลผลิตสูง อย่างไรก็ตามฉันไม่แน่ใจว่าจะมีผลกับตัวเปรียบเทียบตัวที่สองและ FET อย่างไร
  2. เมื่อใช้ขั้วต่อ USB เพื่อจ่ายไฟให้กับบอร์ดฉันไม่แน่ใจว่าจะเกิดอะไรขึ้น

รุ่นใหญ่กว่า:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คำตอบ:


6

ฉันไม่ประทับใจกับคุณภาพของแผนผังนี้ มีคนขี้เกียจเกินกว่าจะส่งออกสิ่งนี้ในอีเกิลโดยไม่มีสีซึ่งไม่ได้มีความหมายอะไรกับคนที่อยู่นอกอีเกิล จากนั้นมีสิ่งที่เหลืออยู่สองบล็อกลึกลับที่เหลืออยู่ ตัวท็อปแสดง 5V และ GND พร้อมฝาปิด แต่ไม่มีอะไรที่บ่งบอกว่ากำลังเชื่อมต่อกับพลังงาน ด้านล่างเชื่อมต่อกับ PWRIN และ GND แต่ไม่มีคำใบ้ว่าจริง ๆ แล้วคืออะไร ฉันจะไม่เชื่อใจจากบุคคลหรือองค์กรนี้มากนักเพราะพวกเขาไม่สามารถเข้าใจสิ่งที่ถูกต้องและขาดความภาคภูมิใจในงานของพวกเขาที่ควรทำให้มันน่าอายเกินไปที่จะแสดงความยุ่งเหยิงนี้ในที่สาธารณะ ฉันเดาว่านี่เป็นอีกการยืนยันหนึ่งว่า Arduinos ไม่ได้เป็นเพียงไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับหุ่น แต่ยังเป็นผู้ควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์ด้วยหุ่น

อย่างไรก็ตามกลับไปที่คำถามของคุณ ดูเหมือนว่าจุดคือการสลับระหว่างสาย USB และสายไฟ PWRIN อย่างแข็งขัน เมื่อมี PWRIN อยู่มันจะถูกใช้เสมอไม่ว่าจะเป็นพลังงาน USB หรือไม่ก็ตาม เพื่อให้ VIN มีประโยชน์จะต้องมีค่าสูงกว่า VCC30 หลังจากถูกหารด้วย R10 และ R11 สอง จากชื่อเราสามารถเดาได้ว่าจะเป็น 6V ซึ่งอาจเป็นค่าต่ำสุดของ IC4 ที่ต้องใช้ 5V ที่เชื่อถือได้ (ฉันไม่รู้จักหมายเลขชิ้นส่วน IC4 และไม่ได้ตรวจสอบ) คุณถูกต้องไม่มีวัตถุประสงค์เพื่อ IC5B เป็นบัฟเฟอร์การรวมกำไร แต่ผลลัพธ์ของ IC5A ควรมีความต้านทานและความสามารถในการขับเคลื่อนเดียวกัน

โปรดทราบว่าวิธีการที่มุ่งเน้น T1, ไดโอดร่างกาย FET ช่วยให้แรงดันไฟฟ้า USB ไปยัง 5V สุทธิเสมอ สิ่งนี้จะทำให้ระบบบูตขึ้นและในที่สุดก็เปิด FET อย่างเต็มที่หากบอร์ดใช้พลังงานจาก USB เท่านั้น หากใช้พลังงานจากภายนอก FET จะถูกปิดและการลดลงของไดโอดจะป้องกันไม่ให้กระแสไฟไหลออกมาจาก USB


ความรุนแรงเล็กน้อยในทีม Arduino คุณจะไม่พูดเหรอ? และด้วยวิธีที่ฉันล้มเหลวในการส่งออกภาพโดยไม่มีสีเสียใจเกี่ยวกับเรื่องนั้นฉันไม่ได้ใช้นกอินทรีดังนั้นฉันเพิ่งทำสิ่งแรกที่ฉันเห็นเป็นไปได้ และขอบคุณมากที่มีประโยชน์มากแน่นอน
TiOLUWA

@TiOLUWA: นั่นไม่สมเหตุสมผล หากคุณไม่ได้สร้างแผนผังแล้วทำไมคุณถึงเรียก Eagle เข้ามาในตอนแรก คนที่ดูแผนผังไม่ควรต้องรู้และไม่สนใจว่าซอฟต์แวร์นั้นผลิตขึ้นมาด้วยเหตุใดจึงมักส่งออกเป็น PDF ไม่ว่าในกรณีใดความโง่เขลาอื่นยังคงอยู่
Olin Lathrop

1
@OlinLathrop โดยปกติจะมี PDF และสำเนาแผนงานที่แก้ไขได้ ช่วยสนับสนุนแนวคิด "ฮาร์ดแวร์เปิด" เพื่อให้ผู้ใช้สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามที่ต้องการและสร้างบอร์ดของตนเอง และเท่าที่สีมีปัญหาที่มีแผนงานในสี? ฉันสามารถดูปัญหาได้ถ้าสีมีความหมายอะไรบางอย่างหรือถ้าสีอ่อนเกินกว่าจะมองเห็น แต่ฉันไม่คิดว่านี่เป็นกรณีที่นี่ อย่างไรก็ตามฉันเห็นด้วยกับประเด็นอื่น ๆ ของคุณรวมถึงไม่เชื่อถือแผนงานจากคนที่ออกจากกล่องโดยไม่มีป้ายกำกับว่ามันคืออะไร
Kellenjb

5
ฉันคิดว่าสีช่วยนำเสนอข้อมูลได้ดีขึ้นมากเพราะมันง่ายกว่าที่จะบอกสิ่งที่ถูกพิจารณาว่าเป็นเส้นลวดกับส่วนประกอบ นี่เป็นสิ่งที่แยกจากซอฟต์แวร์ที่สร้างขึ้นมาอย่างสมบูรณ์
Kellenjb

7
-1, โกรธพร่ำเพ้อและเยาะเย้ยเกี่ยวกับ Arduino ขึ้นอยู่กับโทนสีของวงจรเป็นเพียงโง่ ใครก็ตามที่สับสนกับวงจรที่ใช้ไอกรน 2 สีไม่ควรให้คำแนะนำในการออกแบบวงจร
Cerin

23

แหล่งจ่ายไฟ Arduino นี้ออกแบบมาเพื่อ "ทำในสิ่งที่ถูกต้อง" ไม่ว่าจะเสียบปลั๊กแหล่งจ่ายไฟใด

สิ่งที่ถูกต้อง

"สิ่งที่ถูกต้อง" คือ:

  • เมื่อมีคนเสียบสาย USB เท่านั้น CPU และทุกสิ่งอื่นที่ขับเคลื่อนโดยสาย + 5V จะใช้พลังงานจาก + 5V USB
  • เมื่อบุคคลเสียบปลั๊กไฟผนังอย่างถูกต้องเพียง 12 โวลต์ซีพียูและทุกอย่างอื่นที่ขับเคลื่อนโดยสาย + 5V จะได้รับพลังงานจากตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า + 5V ที่ขับเคลื่อนโดยกำแพงหูด
  • เมื่อมีคนเสียบสาย USB และผนังหูดอย่างถูกต้องในเวลาเดียวกันพลังงานทั้งหมดมาจากผนังหูดและไม่มีกระแสไฟฟ้า "ไหลย้อนกลับ" ไปยังโฮสต์ USB
  • เมื่อบุคคลทำการเสียบและถอดปลั๊กสายไฟจะทำการเปลี่ยนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งอย่างราบรื่นดังนั้นตราบใดที่มีอย่างน้อยหนึ่งที่เสียบอย่างถูกต้องตลอดเวลา CPU จะยังคงทำงานอย่างต่อเนื่อง
  • เมื่อ (ไม่ใช่ "If"!) เมื่อมีคนเสียบผนังหูด 12 V ไม่ถูกต้อง - ขั้วกลับขั้ว - ไม่มีกระแสไหลเข้าหรือออกจากผนังหูดไม่มีความเสียหายและระบบจะทำหน้าที่เหมือนกับว่า หูดที่ผนังไม่ได้เสียบอยู่เลย

หูดผนัง

ระบบจำนวนมากใช้ 1 ไดโอดสำหรับแหล่งพลังงานแต่ละแหล่งเพื่อให้พลังงานระบบจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สูงกว่าซึ่งจะจัดการกับข้อกำหนด "การเปลี่ยนผ่านอย่างราบรื่น" โดยอัตโนมัติ

ไดโอดทำงานได้ดีบนด้านพลังงานผนังหูด

พลังงาน USB

อนิจจาไดโอดทางด้านพลังงาน USB ไม่สามารถใช้งานกับ Arduino ได้ เมื่อปิดการใช้งาน USB เพียงอย่างเดียวการลดลงของไดโอด (โดยทั่วไปจะประมาณ 0.6 V) จะทำให้ทุกอย่างของการทำงานลดลงไดโอดที่ต่ำกว่าพลังงาน USB - ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจะมี 4.4 V ซึ่งไม่เพียงพอ

ส่วนลึกลับ

วงจร Arduinoรุ่นที่ใหม่กว่าติดป้ายกล่อง 3 พิน "powersupply DC 21mm" ไว้อย่างชัดเจนเพื่อระบุปลั๊กกระบอกขนาด 21 มม.

พิน "4" และ "8" ลึกลับที่อยู่ด้านบนซ้ายของวงจร Arduinoคือพินพาวเวอร์ของ op-amp คู่ 8 พิน op-amp นั้นถูกใช้ที่นี่เป็นตัวเปรียบเทียบ

ความคิด

ฉันไม่รู้ว่าทำไมผู้ออกแบบไม่ได้ใช้ตัวเปรียบเทียบ IC หรือทำไมนักออกแบบจึงใช้ทั้ง op-amps ในแพ็คเกจเมื่อ op-amp เพียงอันเดียวเพียงพอ - แต่เนื่องจากมันใช้งานได้อย่างชัดเจนฉันจะไม่ไป บอกว่ามันเป็น "ผิด"

op-amp และ pFET ใช้บางสิ่งบางอย่างที่ใกล้เคียงกับ "ไดโอดในอุดมคติ": เมื่อเสียบสาย USB เท่านั้น op-amp จะขับเคลื่อน pFET อย่างหนักใน ON ทำให้แรงดันตกคร่อม pFET น้อยกว่า 0.1 V (เช่นนั้น ทุกอย่างทำงานบนบางสิ่งที่ใกล้พอถึง 5.0 V)

เมื่อมีคนเสียบสาย USB เข้ากับ Arduino ที่ก่อนหน้านี้ไม่มีอะไรเสียบเข้าร่างกายของ pFET "T1" จะให้พลังงานจากสายเคเบิล USB รั่วไหลออกมาเพียงพอที่จะบูตแรงดันไฟฟ้าของ op-amp ได้ถึง 4.6 V มากเกินพอที่จะจ่ายไฟให้กับ op-amp ซึ่งเปลี่ยนเป็น pFET อย่างหนักดึงแรงดันไฟฟ้าที่เหลือไปจนถึงมากกว่า 4.9 V

เมื่อมีคนเสียบผนังหูดเข้ากับแจ็คไฟ Arduino, op-amps ปิด pFET ยาก ไดโอดตัว pFET ป้องกันไฟจากตัวปรับแรงดันไฟฟ้ากลับไปยังโฮสต์ USB ตามหลักการแล้วพลังงาน USB สามารถไหลผ่านไดโอดตัว pFET ไปยัง Arduino ได้ แต่มันจะไม่สำคัญเลยทีเดียวเนื่องจากพลังงาน USB นั้นใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าเดียวกับแรงดันไฟฟ้าควบคุมที่เกิดจากผนังหูด

ps: เมื่อ บริษัท เล็ก ๆ ขาย250,000 บอร์ดฉันใช้คำว่า "ประสบความสำเร็จ" โดยส่วนตัวแทนที่จะเป็น "หุ่น"

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.