giovedì 31 luglio 2014

Un piccolo regolatore da 5V 1A per il modulo dei Relè

Oggi ad aspettando il bus tratteremo un argomento classico: un regolatore a 5 Volt per i circuiti digitali di bassa potenza. Quando si cominciano a realizzare dei circuiti da collegare ad Arduino, può nascere la necessità di doverli alimentare separatamente perché il regolatore di Arduino non è sufficiente. Si cerca nei vari cassetti alla ricerca del LM7805 (in gergo detto il 7805) ma non lo si trova mai.

Mi sono chiesto: perché non assemblare il circuito classico su una piccola basetta mille fori?
Così sarà più difficile perderlo ! Questo è il risultato:

Regolatore 5V 1A di Paolo Luongo
Fig.1 - Regolatore 5V 1A di Paolo Luongo


Con uno slogan si può definire semplice, economico e commerciale. I pezzi sono stati recuperati nel famoso cassetto dell' hobbysta e il modulo ottenuto sarà subito pronto all'uso.
Vediamo lo schema:

Schema regolatore 5V 1A di Paolo Luongo
Fig. 2 - Schema regolatore 5V 1A di Paolo Luongo

Il circuito è basato sull'intramontabile 7805, regolatore a 5 Volt, con pochi componenti a corredo.
Vediamo la lista della spesa: 7805, dissipatore, 2 capacità da 100nF, 1 capacità da 100µF 16V, 1 capacità da 10µF 16V, 1 diodo 1N4007, 1 connettore a 3 poli, 1 LED rosso da 3mm e 1 resistore da 330 Ohm.  Per i codici dei colori sui resistori puoi leggere  questo articolo sul blog.
Vediamo la foto del cablaggio.

Regolatore da 5Volt e 1 Ampere di Paolo Luongo
Fig. 3 - Regolatore da 5Volt e 1 Ampere di Paolo Luongo
Come si nota dalla foto, il cablaggio è compatto e non è complicato. Vi mostro il lato saldature per chi volesse cimentarsi nella realizzazione, ovvero viva il DIY (Do It Yourself ovvero il fai da te).

Regolatore 5V 1A lato saldature di Paolo Luongo
Fig. 4 - Regolatore 5V 1A lato saldature di Paolo Luongo
Due note: delle 2 capacità in poliestere, da 100nF previste dallo schema, ne ho montate solo una sull' uscita a 5 Volt di valore leggermente diverso, da 220nF. Domani comprerò l'altra e la aggiungerò all' ingresso. Guardando la foto di inizio articolo, quella del modulo con la moneta da 50 Centesimi, avremo l'ingresso dei 12 Volt a sinistra, il negativo in comune al centro (massa) e l' uscita a 5 Volt a destra.

Bene, a questo punto abbiamo il necessario per utilizzare un modulo con 8 Relè che funziona a 5 Volt. Questo modulo lo collegheremo, nei prossimi giorni, ad Arduino per attivare circuiti a bassa tensione con Arduino. Ovviamente se sapete maneggiare con le dovute attenzioni tensioni superiori ai 24 Volt non vi devo dire come utilizzare questo gioiellino. Vi anticipo la foto del modulo e vi do appuntamento per i prossimi giorni per il montaggio completo. Aggiungo che ho in cantiere un mio modulo molto più spartano, ma è ancora sotto il saldatore !

Modulo HL-58S con 8 Relè e 50 Centesimi - Foto di Paolo Luongo
Fig. 5 - Modulo HL-58S con 8 Relè e 50 Centesimi - Foto di Paolo Luongo

Ecco le FAQ per riutilizzare lo stesso schema con tensioni diverse:

1) oltre all' LM7805 esistono altre versioni della stessa famiglia di regolatori. Basta sostituirlo con l' LM7809 per avere 9 Volt e LM7806 per i 6 Volt.

2) se la tensione di ingresso supera i 15 Volt si può utilizzare l' LM7812 per avere in uscita 12 Volt o con LM7818 per i 18 Volt. Servono almeno 27 volt per utilizzare l' LM7824. In generale, ci devono essere almeno 3 Volt di differenza fra l'ingresso e l'uscita, di ogni regolatore, per una buona stabilizzazione della tensione.

3) La massima tensione in ingresso è di 35 Volt, ma bisogna adeguare la capacità C4 da 47µF o 100µF alla relativa tensione. Ed esempio con la versione a 35 Volt (fino ai 26 Volt in ingresso) o a 50Volt (per i 35Volt in ingresso). Attenzione che a tensioni maggiori corrispondono ingombri e costi maggiori della capacità.

4) Per tutti i modelli la corrente massima erogabile è di circa 1 Ampere. Meglio non esagerare con la tensione in ingresso con forti correnti in uscita, altrimenti il regolatore si riscalderà parecchio. Nessun problema, ha la protezione termica integrata, ma è una emergenza e non deve intervenire continuamente, perché prima o poi il regolatore si romperà.

5) Non hai lo schema di un regolatore un regolatore con una corrente maggiore, magari a 3,3 Volt?
Si, puoi utilizzare questo progetto visibile in Fig. 6.

Fig. 6 - Modulo regolatore a 3,3 Volt da 1,5 A di Paolo Luongo
Fig. 6 - Modulo regolatore a 3,3 Volt da 1,5 A di Paolo Luongo
6) Ho notato che nella realizzazione pratica, del regolatore, hai utilizzato una capacità di valore diverso dai 100nF che indichi nello schema: Come mai?
Nelle note, aggiunte dopo la Fig.  4, spiego che il cambiamento del valore è legato a ciò che avevo disponibile al momento. In ogni caso il suo valore non è critico, ovviamente aumentando la sua capacità aumentano le dimensioni. Un buon valore è  fra i 100nF e i 330nF, mentre la sua tensione di funzionamento è legata ai valori in gioco che sono 5 Volt in uscita e, al massimo, 35 Volt in ingresso. Il tipo di condensatore non è critico, in questo caso  può essere sia ceramico che in poliestere. La sua funzione è quella di smorzare i transienti generati dal circuito regolatore e/o dal circuito collegato. Detto così sembra difficile ma, in parole semplici, serve ad eliminare i piccoli impulsi che "potrebbero disturbare" il normale funzionamento del regolatore 7805.

7) Non hai uno schema che utilizzi la breadboard?
Non ci avevo pensato, ma rimediamo subito:

Fig. 7 - Schema del regolatore su Breadboard di Paolo Luongo
Fig. 7 - Schema del regolatore su breadboard di Paolo Luongo

8) Non hai un video che mostri come collegarlo al modulo HL-58S ?
 Si, mentre qui troverai l'articolo che spiega come programmare i relè.



9) Vorrei alimentare il regolatore con Arduino UNO R3, come devo collegarlo?
Segui lo schema di Fig. 8.

Fig. 8 - Arduino UNO R3 collegato al regolatore a 5 Volt di Paolo Luongo
Fig. 8 - Arduino UNO R3 collegato al regolatore a 5 Volt di Paolo Luongo

Basta collegare il filo GIALLO al PIN Vin di Arduino UNO R3 ed il filo GND al filo nero. La tensione a 5 Volt è sul filo rosso, in basso a destra, e può essere utilizzata per alimentare i propri circuiti.

10) Ho notato delle differenze fra lo schema con Frizing e l'elenco dei componenti, in particolare il valore di C4 della Fig.1 e C3 della Fig. 8 sono da 47 µF ma nell'elenco è indicato 100µF. Qual'è il valore corretto ?
In realtà, sia una capacità da 47 µF che una da 100 µF vanno bene con una alimentazione a batteria.
Il problema è legato al programma Frizing che, per default, non prevede capacità di 100 µF a 16 Volt ma solo 47 µF e ho dimenticato di cambiarne il valore. Se l'ingombro non è un problema si può utilizzare una capacità di valore maggiore.

11) Nella Fig. 7 non c'è il dissipatore sul 7805, ma è presente in Fig. 3 , non serve ?
No, è sempre meglio aggiungerlo. Purtroppo, con Frizing, non sono riuscito ad inserirlo.
Con altri SW la Fig. 7 diventava poco leggibile e ho dimenticato di segnalarlo nelle note.

12) Vorrei collegarlo in auto ...
Approfitto della domanda del Sig. Aurelio, nei commenti all'articolo, per proporvi lo schema elettrico delle migliorie proposte. Lo schema da cui partire è quello della Fig. 7.

Fig. 9 - Modifiche per Auto di Paolo Luongo
Fig. 9 - Modifiche per Auto di Paolo Luongo
Il resto del circuito resta invariato. I cambiamenti riguardano:
  1.  la capacità C1 da 100 µF a 16 V che diventa da 2200 µF 25V;
  2. la tensione di C3 che deve essere superiore a 25 V;
  3. aggiungere in ingresso un diodo 1N4007, un fusibile da 1,5 A ed un interruttore se lo si vuole collegare in modo stabile. In alternativa si può utilizzare la presa per l'accendisigari.
Raccomando VIVAMENTE di curare l'isolamento del circuito dalla carrozzeria per evitare incendi, l'uso di un dissipatore sul 7805, di fare delle delle piccole feritoie per far circolare l'aria nel contenitore, non montarlo nel vano motore o almeno di metterlo in un luogo sufficientemente areato e di proteggerlo dall' acqua.
Buon lavoro !
Paolo :-)




22 commenti:

Michele Martino ha detto...

Molto interessante!!!

Vorrei realizzare una stazione di ricarica per un paio di dispositivi, diciamo 2.1A e 1A.

Ha qualche schema che possa permettermi di realizzare qualcosa di simile?

La ringrazio

Paolo PerCdS ha detto...

Mi dispiace per il ritardo con cui Le rispondo, ma sono molto impegnato e mi sono "perso" il Suo Questito. Questo regolatore fornisce una tensione di 5 Volt in modo continuo e quindi necessita di un regolatore di fine carica per poter esere utilizzato per ricaricare batterie oltre ad un eventuale limitatore di corrente. Se Lei lo volesse utilizzare per caricare i cellulari non ha questo problema ma un'altro: di solito i cellulari scambiano informazioni col dispositivo di ricarica e questo semplice dispositivo non è in grado di "rispondere" correttamente.
Paolo :-)

vincenzo ciotola ha detto...

Salve sig Paolo.
Guardavo il regolatore di tensione a 5v. sulla basetta ho notato un componente siglato 22j63 che nn compare nella lista dei componenti. Sono alle prime armi e mi scuserà se per lei sembra banale. Posso usare due condensatori da 100 ma a da 26v?
Grazie. La seguo con interesse. E' molto bravo a far apprendere le cose..
distinti saluti

vincenzo ciotola ha detto...

Scusi Paolo,
rispolverando un po i miei studi di elettronica, si parla del 1974, mi sono accorto che è un condensatore ceramico. Sbaglio?
Saluti...

Paolo PerCdS ha detto...

Egregio Sig. Vincenzo, ho aggiunto i Suoi quesiti alle FAQ del progetto sperando di renderlo un po' più chiaro. Qui aggiungo solo qualche nota visto che abbiamo studiato l'elettronica nello stesso periodo. :-) Il condensatore in questione (marchiato .22j63) è da 220nF a 63VL con una tolleranza del 5% (la lettera j), è in poliestere e deve avere una tensione di lavoro (VL) di almeno 1 Volt in più della tensione di funzionamento, ma è meglio esagerare. La ringrazio per i complimenti e spero che continuerà a seguirmi, segnalandomi i punti in cui sono poco chiaro. Buon lavoro !

vincenzo ciotola ha detto...

Salve Paolo, non vorrei sembrare uno scocciatore patentato.
Avrei da farLe una richiesta (anche se mi vergogno) e magari gli altri lettori rideranno, ma potrebbe riportare lo schema del regolatore 5v disegnato, magari con fritzing, su una basetta breadboard?
La ringrazio, e ricordando anche io quando da giovane aspettavo il bus a Fuorigrotta per andare al Vomero le invio distinti saluti..

Paolo PerCdS ha detto...

Come vede, ho provveduto ad aggiornare l'articolo con la Fig. 7.
Magari ci saremo incontrati tante volte aspettando il bus in attesa del leggendario 181 !
Non si preoccupi delle richieste "strane", sapesse cosa mi chiedono nelle email ;-)
Mi faccia sapere come è andata con la realizzazione del progetto.
Cordialmente
Paolo :-)

Aurelio Lammendola ha detto...

Salve molto interessante come schema ma ho notato una cosa se potrebbe chiarirmela: nella figura 1 lei riporta il C4 come un condensatore da 47µF ma nel materiale è da 100µF idem per le altre figure dove è C3 montando il 100 al posto del 47 è uguale giusto?
Saluti Aurelio....

Paolo PerCdS ha detto...

Egregio Sig. Aurelio, la ringrazio per la puntuale segnalazione: ha ragione, nell'articolo c'è un pò di confusione.
Ho aggiornato le FAQ (punto 10) e spero sia più chiaro.

Cordialmente
Paolo :-)

Aurelio Lammendola ha detto...

Grazie mille gentilissimo praticamente lo utilizzo in auto quindi 100 dovrebbe andare bene

Paolo PerCdS ha detto...

Di nulla, però, considerando che lo vuole montare in auto le suggerirei quelche piccola miglioria:
1) Esageri pure con il valore della capacità (ad Es. 1000µF o 2200µF);
2) La tensione di questa capacità (veda C3) DEVE essere di 25 Volt e NON di 16 Volt. Così miglioramo il circuito in un ambiente elettricamente "rumoroso" come l'auto;
3) Aggiunga in ingresso un fusibile da 1,5 Ampere e un diodo 1N4007.
Per il loro collegamento veda questo articolo.
4) Isoli bene il circuito, evitando ASSOLUTAMENTE contatti accidentali con la carrozzeria, che normalmente collegata al polo negativo della batteria. Anche se c'è il fusibile è meglio prevenire possibili incendi.
Buon lavoro.

Cordialmente
Paolo

Aurelio Lammendola ha detto...

Molto gentile, il fusibile ed una scatola di protezione erano preventivate ho fatto da sempre l'elettrauto di mestiere e ne ho vistio parecchi casini combinati da fai da te fatti male :-D; ricapitolando quindi dovrei mettere un altro 1N4007 in serie ed a valle del fusibile quindi a monte del 7805 e mettere il C3 di valore compreso tra i 1000ed i 2200µF 25V mentre gli altri tre lasciarli di quel valore giusto o mi sono saltato qualcosa?
Aurelio

Paolo PerCdS ha detto...

Non credo si sia dimenticato di qualcosa ma, per facilitare il compito agli altri utenti, ho inserito il punto 12 alle FAQ dell'articolo, con le modifiche suggerite allo schema elettrico che potrebbero indurre in errore. Ovviamente non mi riferisco a Lei, Sig. Aurelio, ma a quelle persone che non hanno dimestichezza con i termini "a valle" o "a monte" del "gergo" elettrotecnico. :-)

Cordialmente
Paolo

Ps. Di solito gli schemi si leggono da sinistra a destra (è una convenzione) ed "a valle" significa "dopo di/del" mentre "a monte" ... "prima di/del".
;-)

Aurelio Lammendola ha detto...

Certamente lo avevo capito Sig. Paolo ;-)
Cordiali saluti Aurelio

Valerio Uberti ha detto...

Salve, ho creato un circuito simile alimentato da una dinamo per la bicicletta, ho raddrizzato la tensione e stabilizzato a 5 Volt con il 7805. Il mio problema è che però la corrente erogata è solamente di 300mA oppure 460mA per i dispositivi android nessun problema per l'iphone invece nessun segno di ricarica.

Paolo PerCdS ha detto...

Buonasera, come ho già detto in una precedente risposta, credo che il mancato funzionamento (con l'iphone) sia legato al modo con cui si ricaricano i cellulari di nuova generazione. Quando si collega il caricabatterie al cellulare questo chiede al caricabatterie che "cosa è in grado di offrire" come corrente massima. Se non riceve una risposta può limitarsi ad una corrente massima di 500mA oppure ignorare il caricabatterie, come fà l'iphone.

Cordialmente
Paolo

Antonio Valenti ha detto...

La seguo sempre con molto interesse.
La domanda che volevo farle riguarda la tensione di ingresso Vin, ed in particolare se invece dei 12V uso 9V, il circuito rimane lo stesso?
Grazie.

Paolo PerCdS ha detto...

Gentile Sig. Valenti la ringrazio per l'interesse.
Per l'alimentazione a 9 Volt non credo sussistano problemi. In generale, la tensione di ingresso deve essere superiore di almeno 3 Volt a quella di uscita per una sua corretta regolazione. Purtroppo le batterie a 9 Volt hanno una modesta capacità, per cui dopo un pò, la loro tensione si abbassa al di sotto del valore minimo di 8 Volt ed il circuito diventa potenzialmente instabile. Inoltre la corrente di picco, della batteria, è di circa 200-300mA e si possono verificare sporadiche oscillazioni sull'alimentazione con il blocco della circuiteria collegata a valle. Se si utilizza un normale "alimentatore a muro" da 9 volt nessun problema, ovviamente la corrente erogabile deve essere almeno di 1 Ampere.
Buon lavoro.
Paolo :-)

Davide ha detto...

Salve,
vorrei usare il suo regolatore di tensione con un alimentatore da 9V 1A. E' necessario apportare delle modifiche al circuito oppure può funzionare correttamente senza modifiche. Grazie

Paolo PerCdS ha detto...

Caro Davide, puoi vedere la risposta che ho dato a Antonio Valenti prima: quindi, lo puoi utilizzare senza problemi e senza ulteriori modifiche. Se non hai problemi di spazio puoi seguire le modifiche che suggerisco per alimentarlo a 12-14 Volt : un fusibile non ... fa mai male ;-)
Ricordati di aggiungere un piccolo dissipatore sul 7805.

Buon lavoro
Paolo :-)

Davide ha detto...

Ciao Paolo,

desidero sapere se nella fig.9 il fusibile da 1,5A deve essere da 12V.

Grazie

Paolo PerCdS ha detto...

Ciao Davide,
per i fusibili, oltre alle dimensioni fisiche (in Fig. 9 è un 5 x 20 mm), contano: la corrente di interruzione (fonde con una corrente maggiore di 1,5 Ampere), il tempo di intervento (rapido, normale, ritardato) e la tensione massima prima che scocchi un arco fra gli elettrodi in caso di interruzione. In questo caso la tensione nominale del fusibile è di 250 Volt (è il tipo più comune in commercio) , mentre il tempo di intervento è "normale".

Ciao
Paolo