YALC - Episode 4

YALC - Yet Another Linux Computer - procede spedito!

In questo post Vi propongo lo schema elettrico dell'alimentatore (Switching + Regolatori Lineari) che ho appena finito di assemblare (...prototipazione rapida) e provare con multimetro e oscilloscopio.

(click per ingrandire)

Tutto ok, funziona ...anche questa versione!

In passato vi ho proposto due soluzioni indipendenti (qui e qui) per la realizzazione di un circuito di alimentazione: una versione switching a frequenza fissa e tensione d'uscita fissa, e una versione lineare a tensione di uscita fissa (per valutare i pro e contro, di ciscuna soluzione, Vi consiglio di andare a rivedere i precedenti post).

Oggi parliamo dello schema utilizzato come PSU (Power Supply Unit) definitivo del sistema Linux Embedded che ho denominato YALC ...non è certo il primo sistema Linux Embedded che troverete sul Web, anche se ha qualche particolarità piuttosto interessante!

Quali particolarità? In tre parole: PortuxG20 + TFT Display indipendente + FPGA.

Andiamo a guardare subito lo schema, con la figura seguente:

(questa volta occorre davvero il click sull'immagine)

Nella parte alta trovate (da sinistra a destra) il diodo di protezione dalle accidentali (...ma  prima o poi, certe!!!) inversioni di polarità nell'alimentazione del circuito, il regolatore switching LM2575 ADJ (che significa Adjusted, quindi la tensione di uscita la deciderete Voi mediante R1 ed R2), l'induttore ed il diodo di recupero (che deve essere assolutamente un diodo a barriera di Schottky), il filtro d'uscita, il led di segnalazione che la tensione d'uscita è presente sul circuito.

Nella parte bassa dello schema, invece, trovate a sinistra il regolatore lineare LM7805, che fornisce una tensione stabilizzata di 5V alla scheda PortuxG20 ed al Display IDM-L35, nonché una tensione ausiliaria per la scheda FPGA, mentre a destra trovate il regolatore lineare che fornisce la tensione di 3,3V per la scheda FPGA e per il Video Decoder SAA7114H montato sulla stessa base di supporto.

Nell'immagine seguente è rappresentato lo stack composto dalla scheda PSU, sopra illustrata, e la scheda FPGA.

(sulla scheda FPGA troneggia un chip XC2S100 da 208 pin

...tutti microsaldati rigorosamente a mano)

Man mano che precederò nella realizzazione del prototipo Vi indicherò eventuali modifiche e/o criticità emerse durante le prove. Sicuramente ci attende un duro lavoro di montaggio, codifica VHDL e test, prima di poter vedere qualche immagine reale sul display TFT. Abbiate pazienza!

Qui Pianeta Terra, a presto!

Una sana alimentazione - Parte 2

Oggi voglio mostrarvi un circuito di alimentazione che potrete realizzare per i Vostri progetti elettronici digitali. La figura seguente mostra il prototipo utilizzato per le prove in laboratorio:

(Alimentatore da 5,0V e 3,3V 1A, a partire da una tensione Vin di 9-30V)

 

In un precedente post, che trovate qui, ho illustrato alcuni vantaggi e svantaggi degli alimentatori lineari, mentre ora è il momento di introdurre gli alimentatori a commutazione, detti anche switch-mode o switching.

Per fare ciò, prendiamo in considerazione un circuito integrato che ha fatto la storia di una particolare categoria di regolatori; il circuito è LM2575 nelle due varianti  con preset da 5,0V e 3,3V, la categoria è quella degli step-down ovvero circuiti che possono convertire una tensione continua da un valore di ingresso Vin ad un valore di uscita Vout, regolato e stabilizzato, tale per cui Vout<Vin. Analogamente, i regolatori step-up, sono ingrado di fornire una tensione Vout>Vin, cioè sono degli elevatori di tensione.

Nella figura seguente trovate lo schema applicativo standard suggerito dal data-sheet del componente, mentre il link sotto la figura vi porterà direttamente nella pagina della casa che lo produce.

(Cortesia National Semiconductor)

Avete già montato il vostro prototipo?

No? Occore mezz'ora ...al massimo!

Si? Benissimo, andiamo a misurare le tensioni di uscita. Dovremo leggere sul nostro multimetro i valori 5,0V +/- 2% e 3,3V +/- 2%. Poi, con l'aiuto di un oscilloscopio visualizziamo l'andamento temporale delle tensioni in uscita, che dovranno somigliare alla seguente figura:

(I due canali per le tensioni di 5 e 3,3V sono predisposti in AC e 50mV/Divisione)

Ok, funziona tutto, ma "sorpresa" ecco il punto debole dei regolatori switching: essi tendono ad introdurre del rumore nei circuiti a valle. Rumore che generalmente ha un contenuto armonico centrato sulla frequenza dell'oscillatore interno (nel nostro caso vediamo che è visibile un pattern a 52KHz). Tale rumore dovrà essere filtrato opportunamente, pena ritrovarlo su tutti i segnali del circuito a valle che si intende alimentare.

Ma allora perché li usiamo se hanno prestazioni inferiori ai regolatori lineari che risultano anche più semplici dal punto di vista del circuito applicativo?

Perché i regolatori SW hanno un pregio che li rende unici: l'efficienza di conversione è molto elevata  (77% TYP per LM2575-5.0, 88% TYP per LM2575-12) e può, in alcuni componenti, raggiungere e superare anche il 95%. Ciò significa che per differenziali di tensione elevati (Vin-Vout) la dissipazione di energia sul regolatore è minima, mentre con i regolatori lineari si avrebbero grandi problemi costruttivi e dispendiosi sistemi di raffreddamento, oltre a trasformare le nostre applicazioni in vere e proprie stufe elettriche, con un inutile quanto dannoso, spreco di energia.

Questo semplice ed efficiente circuito non può mancare nel vostro laboratorio.

Qui Pianeta Terra, a presto.