Faixa de tensão de entrada / tolerância do Arduino Pro Mini (versão 3.3V)

Eu tenho alguns clones do Arduino Pro Mini (material chinês barato) e gostaria de alimentá-los com fonte de alimentação de 12V (o mesmo que a tensão do ventilador). De acordo com as especificações do Arduino Pro Mini, o pino RAW pode suportar 3,35-12V (modelo 3,3V). Na prática, isso significa que uma fonte de alimentação de 12V não pode ser usada, pois quase sempre está acima de 12V com baixa carga. Eu li que o regulador de tensão nesta placa é capaz de entrada de até 16V. Tentei conectar um adaptador de energia barato de 12V com 15,1V sem carga, mas um componente na placa de clone do arduino explodiu instantaneamente. A placa parece funcionar ainda quando alimentada por programador usb. O componente queimado está logo acima dos pinos VCC, RST e GND.

Por quê isso aconteceu? O que acabei de danificar e, mais importante, qual é o nível de tensão seguro a ser usado? Eu já tenho algumas fontes de alimentação de 12V, seria uma pena se eu não pudesse usá-las.

Solução:

No final, parece ter sido um clone do arduino com defeito, um adaptador de energia com defeito ou de baixa qualidade ou o fato de eu ter alimentado a fonte de alimentação antes de conectá-la ao pino de entrada RAW da placa. As fontes de alimentação baratas de comutação de 12V funcionam muito bem, embora meu multímetro registre um pico de tensão de até 30V durante a inicialização.

Os genuínos Pro Mini usam um regulador MIC5205 que deve aceitar até 16V em sua entrada normalmente, com um máximo absoluto de 20V. É improvável que o regulador seja danificado por 15,1V.

No entanto, o componente que você indicou que explodiu é um capacitor. Os capacitores SMD estão disponíveis em diferentes classificações de tensão, normalmente 4V, 6,3V, 10V, 16V, 25V, 35V e 50V (e acima, mas vamos ignorá-los por isso). É raro ver valores intermediários.

Os capacitores SMD são muito intolerantes ao serem usados ​​em uma voltagem mais alta que a especificada. Isto é especialmente verdadeiro para capacitores eletrolíticos e de tântalo. O capacitor queimado no Pro Mini genuíno é polarizado (a faixa cinza não é o pacote e o esquema indica isso), para que possamos deduzir que é eletrolítico ou tântalo. É improvável que um eletrolítico SMD de 10µF esteja nesta embalagem, portanto é quase certamente um tântalo.

O Sparkfun vende tântalo de 10µF , e eles são classificados em 16V. É bem provável que sejam os mesmos usados ​​no Pro Mini. 15.1V está muito próximo de 16V - na verdade, se esta for uma fonte de alimentação suavizada, o medidor poderá mostrar 15.1V, mas os picos podem muito bem ser 16V ou até 20V. É recomendável que você desvalorize as classificações de tensão em tântalo em pelo menos 50%.

É realmente importante perceber que a maioria das fontes de alimentação CC de baixo custo não é regulada e produz uma tensão de saída muito irregular, sem regulação:

O tântalo também não tem tolerância para a tensão reversa; portanto, se você aplicasse a tensão reversa, ela apareceria.

Portanto, é bem provável que você tenha exagerado a tampa e explodido. Você poderia substituí-los por capacitores com classificação mais alta - eu compraria os de 35V se você quiser fornecer 15,1V. Dessoldar e dessoldar um único capacitor é relativamente fácil, desde que os blocos não tenham sido danificados. Realisticamente, você poderia usar um eletrolítico normal de 10uF com chumbo entre RAW e GND em vez do SMD.

EDIT: No entanto, olhando para a folha de dados para o regulador, realmente não deve importar se esses 10uF estão lá ou não:

Um capacitor de 1μF deve ser colocado de IN a GND se houver mais de 10 polegadas de fio entre a entrada e o capacitor do filtro de corrente alternada ou se uma bateria for usada como entrada.

Alguns reguladores exigem absolutamente um capacitor de entrada, com outros é apenas aconselhável. Parece que é apenas aconselhável. Portanto, se ele não estiver funcionando com energia externa agora, você também pode ter explodido o regulador.

Mesmo que a placa clone use um regulador SMD diferente, suas características são todas muito semelhantes. Como afirmado, alguns precisam de um capacitor na entrada para funcionar, portanto, substituí-lo pode corrigi-lo.

Há uma consideração adicional de que a queda de 15,1V para 3,3V em um regulador SMD não é uma boa idéia. Você precisará consumir muita energia.

O MC5205 pode dissipar 455mW com uma pegada PCB mínima (que o Pro Mini possui) com um ambiente de 25 ° C:

Portanto, sabemos a potência máxima que podemos dissipar e a queda de tensão - podemos então calcular a corrente:

P = (Vin - Vout) * I

0,455 / (15,1 - 3,3) = I

I = 38,5mA

Isso não é muito. Você pode considerar a possibilidade de regularizar fora da placa, e provavelmente com um regulador de comutação em vez de um regulador linear.

Também noto seu PS:

o aterramento da fonte de alimentação de 12V é compartilhado com o pino de aterramento do Arduino, não tenho certeza se essa pode ser a causa.

Se eles não fossem compartilhados, não havia como isso funcionar. Eles precisam ser compartilhados, caso contrário, o Vcc da fonte de alimentação não é referenciado a nada e pode também não estar lá.

O componente que explodiu durante o seu teste é um capacitor.

De acordo com a posição na placa que você mencionou, é um dos 2 capacitores eletrolíticos usados ​​nos dois lados do regulador de 3,3V (eu diria que é provavelmente o capcitor a montante).

Existem algumas razões pelas quais um capacitor pode explodir :

• aplique uma tensão invertida (apenas capacitores polarizados)
• aplique uma tensão acima da sua classificação
• aplicar uma corrente acima de sua classificação

Sua situação provavelmente é a segunda: tensão muito alta aplicada.

De acordo com os esquemas originais da Sparkfun, esse capacitor deve ser polarizado com capacidade de 10uF. Infelizmente, os esquemas não mencionam a tensão máxima.

De acordo com a especificação da placa original , a tensão máxima para esta tampa deve ser de pelo menos 12V, mas não há garantia de que esteja acima de 12V. Portanto, você deve considerar que 12V é a tensão máxima aplicável à sua placa (no pino RAW).

Além disso, você mencionou que está usando um clone chinês barato, é perfeitamente possível (embora não seja esperado, pois isso faria com que a placa funcionasse de maneira diferente das especificações originais) que este use uma tampa de tensão mais baixa (por exemplo, 10V) que seja um pouco mais barato.

Se você deseja reutilizar sua fonte de alimentação de 12V, precisará garantir que sua tensão de saída nunca exceda 12V; para isso, você tem algumas opções:

• use um divisor de tensão composto por 2 resistores: você deve primeiro conhecer a saída de tensão máxima da sua fonte de alimentação e, em seguida, calcular os valores de resistência para obter 12V com base nessa tensão máxima. Isso é fácil, mas pode desperdiçar muita energia
• use um diodo Zener de 12V fora da sua fonte de alimentação
• use um circuito regulador de tensão de 12V após a fonte de alimentação: essa é a solução mais segura, mas também a mais cara

Editar:

Obviamente, se você já fez e está equipado para isso, pode encontrar substitutos para o capacitor que explodiu e comprar um de alta voltagem e substituí-lo em suas placas; isso resultará em um bom equipamento de solda / dessoldagem utilizável para componentes montados na superfície.