Zasilacz liniowy do Raspberry Pi

W układzie zastosowano liniowy stabilizator napięcia o niskim spadku typu LT1674AET (U1), o regulowanym napięciu wyjściowym. Zasilany jest z napięcia przemiennego doprowadzonego do złącza AC z transformatora toroidalnego o napięciu wyjściowym 7 V i mocy 50 VA. Dobór transformatora jest dosyć istotny.

Po wyprostowaniu i odfiltrowaniu konieczne jest zapewnienie zapasu min. 400 mV w stosunku do ustalonego napięcia wyjściowego, w całym zakresie napięć sieciowych i po uwzględnieniu spadków na mostku prostowniczym i dławiku CMC. Transformator musi być „sztywny”, tj. charakteryzować się małą zależnością napięcia wyjściowego od obciążenia. Zbyt wysokie napięcie wyjściowe transformatora przyczynia się do zwiększenia i tak już sporych (w końcu jest to zasilacz liniowy) strat mocy i może uniemożliwić osiągnięcie pełnego prądu wyjściowego. Za niskie napięcie lub duży spadek na uzwojeniach może zakłócić pracę stabilizatora i zwiększyć poziom zakłóceń na wyjściu przy maksymalnym obciążeniu. Warto zwrócić więc uwagę na jakość transformatora i zastosować element wysokiej jakości, spełniający deklarowane parametry.

Budowa i działanie

Schemat zasilacza został pokazany na rysunku 1. Napięcie z transformatora poprzez filtr CMC oraz elementy C1 i C2 podawane jest na mostek prostowniczy, złożony z diod Schottky'ego D1...4 typu DSB20I15PA o obniżonym spadku napięcia. Diody podczas pracy nagrzewają się do temperatury ok. 60°C, co pozwala na utrzymanie niskiego napięcia przewodzenia.

Rysunek 1. Schemat elektryczny zasilacza

Za filtrację wyprostowanego napięcia odpowiadają kondensatory CE1, CE2 oraz CE3. Stabilizator U1 dostarcza napięcia wyjściowego ustalonego dzielnikiem RV+R2, R1. Potencjometrem wieloobrotowym RV można skorygować, w niewielkim zakresie, napięcie wyjściowe 5 V. Do zasilania Raspberry Pi warto ustawić zalecane przez producenta 5,1 V. Krytyczne do działania U1 są kondensatory odsprzęgające CE4, CE5. W modelu zrezygnowano z typowych kondensatorów ceramicznych na rzecz wysokiej jakości kondensatorów polimerowych o niewielkiej ESR typu 870025574001 Wurth Elektronik. Napięcie wyjściowe doprowadzone jest do złącza USB i złącza śrubowego DC. Dioda LED LD1 sygnalizuje pracę stabilizatora.

Montaż i uruchomienie

Zasilacz zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat i rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 2. Układ U1 musi zostać zamontowany na radiatorze o rozmiarach minimum jak SK645-50SA lub większych, za pomocą zestawu montażowego i podkładki izolacyjnej TO-220, posmarowanej pastą termoprzewodzącą. Do montażu radiatora i płytki można wykorzystać kątowniki MA1 i MA2, pamiętając o nieobciążaniu mechanicznym wyprowadzeń U1.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Prawidłowo zmontowany zasilacz wymaga tylko ustalenia napięcia wyjściowego potencjometrem RV. Warto przed podłączeniem do Raspberry przetestować zasilacz z maksymalnym obciążeniem 5,1 V/3 A, sprawdzając jakość stabilizacji, poziom zakłóceń na wyjściu i utrzymanie marginesu napięcia przed stabilizatorem w dopuszczalnym zakresie napięcia sieciowego, no i oczywiście skuteczność odprowadzania ciepła z mostka prostowniczego i U1. Jeżeli zasilacz przejdzie próby pomyślnie, można podłączyć go do RPi i sprawdzić, czy słyszymy różnice.

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl