Do tej pory nie zastanawialiśmy się nad kwestią zasilania. Płytka prototypowa STM32F4 Discovery była bowiem podłączona bezpośrednio do portu USB komputera, który dostarcza napięcia 5V, niezbędnego do działania układu. Ale przecież tak nie może pozostać na zawsze! W pewnym momencie będziemy musieli podłączyć nasze urządzenie w samochodzie, a tam raczej nie znajdziemy wolnego gniazda USB 🙂 Skąd więc “wyciągnąć” zasilanie? To właśnie temat na dziś…

Wystarczy obniżyć napięcie z 12V na 5V jakimś stabilizatorem i po kłopocie!

Hola hola, przede wszystkim nie z 12V 🙂 Pamiętajmy, iż w czasie pracy silnika nominalne napięcie w instalacji elektrycznej wzrasta do poziomu nawet 14.5V. A musimy wytrzymać o wiele więcej – w zastosowaniach automotive przyjęło się, iż maksymalne napięcie jakie powinna wytrzymać elektronika to 18V.

Oj tam, przecież nadal jakiś prosty i tani stabilizator 7805 da sobie radę!

Zanim podejmiemy pochopną decyzję, zastanówmy się ile faktycznie prądu będzie pobierał nasz układ. Według noty katalogowej mikrokontroler STM32F407 potrzebuje około 120-150mA przy napięciu 3.3V i częstotliwości zegara 168MHz – przyjmijmy 200mA z pewnym zapasem. Drugim największym pożeraczem energii będzie… podświetlanie panelu LCD, na które należy przewidzieć około 100mA. Trzecia w kolejce stoi karta pamięci. Co prawda w czasie spoczynku jej apetyt ogranicza się do kilku-kilkunastu miliamperów, jednak w czasie odczytu/zapisu potrafi podskoczyć do 50-80mA. Pozostałe komponenty, takie jak transceivery CAN oraz interfejs diagnostyczny OBD sumarycznie będą potrzebowały około 50mA. Za pomocą zgrubnych, inżynierskich estymat uzyskaliśmy wynik na poziomie 350-400mA.

Idealnie…. Nasz 7805 pociągnie spokojnie 1A 🙂

Pociągnie, ale będzie mu dość ciepło… Pamiętajmy, że prąd na wejściu liniowego musi być równy prądowi na wyjściu. To oznacza, iż musi on jakoś wytracić całą różnicę mocy, zgodnie ze wzorem:

P = (Uin-Uout) * I

Czyli w naszym przypadku:

(14.4V-5V) * 400mA = 3.76W

Jak wytracić, ano w formie ciepła!

Około czterech watów mocy – to przecież niewiele

Ogromnie dużo! Spróbujcie chwycić w ręce malutką, 5W żarówkę oświetlenia kabiny w Waszych samochodach po kilku minutach pracy. Gwarantuje, że nie będzie to przyjemne doświadczenie. To samo będzie się działo w ciasnej obudowie licznika, bez wentylacji, w upalny dzień, kiedy deska rozdzielcza rozgrzeje się do ponad 50 stopni Celsjusza. Tego nasz biedny kolega 7805 długo nie wytrzyma.

Jedyną sensowną opcją wydaje się więc być przetwornica DC/DC, która obniży napięcie instalacji elektrycznej przy akceptowalnej ilości wydzielanego ciepła.

Pamiętajmy przy tym, że nasze urządzenie wymaga tak na prawdę dwóch napięć zasilających: 3.3V dla mikrokontrolera oraz 5V dla układów peryferyjnych. O ile przejście z 14-12V na 5V przy użyciu stabilizatora liniowego było kiepskim rozwiązaniem, to już konwersja 5V do 3.3V wydaje się mieć sens, zwłaszcza że jedynie część obwodów wymaga niższego napięcia zasilania.

To oczywiście nie koniec tematu zasilania. Chciałbym poświęcić mu znacznie więcej czasu, gdyż jest to zagadnienie bardzo często pomijane lub traktowane zdawkowo w zdecydowanej większości wszelkich kursów programowania systemów wbudowanych i mikrokontrolerów.