Come realizzare un regolatore di tensione a 5V utilizzando un L4940v5

[lambdafly]

Ciao a tutti,

recentemente per il mio DLG ho realizzato un regolatore di tensione per alimentare l'elettronica di bordo a 5V partendo da una LiPo 2S. Non ho fatto altro che seguire i suggerimenti che ho trovato su questo forum. Sono stato poi contattato piu' volte in privato per spiegazioni dettagliate sulla realizzazione e quindi ho deciso di pubblicare il lavoro che ho fatto in maniera da fornire una guida chiara alle persone che non hanno conoscenze elettroniche.

Il regolatore che ho utilizzato e' L4940v5, della ST Microelectronics. Lo vende sia RS che Farnell ma si puo' trovare anche nei negozi di elettronica. Nelle relative pagine dei due siti trovate il datasheet in formato PDF con le specifiche dettagliate ed alcuni schemi da utilizzare:

Regolatori di tensione low dropout I.c. L4940v5 STMicroelectronics L4940V5 consegna in 24 ore

L4940V5 - STMICROELECTRONICS - IC, V REG LDO +5.0V, 4940, TO | Farnell Italia

Lo schema che ho utilizzato io e' il primo che trovate nei datasheet:



Oltre all'integrato servono due condensatori, la lista completa della spesa e' quindi la seguente:

- 1 integrato stabilizzatore L4940v5
- 1 condensatore 0.1 microfarad
- 1 condensatore elettrolitico 22 microfarad
- 1 connettore di uscita
- 1 connettore di entrata
- cavi elettrici bipolari
- guaina isolante termorestringente o nastro isolante

La piedinatura dell'integrato si mette facilmente in corrispondenza con lo schema come mostrato nella figura sottostante:



Le connessioni sono abbastanza semplici:

* la massa e' comune, quindi saranno collegati insieme il piedino centrale dell'integrato, un piedino dei due condensatori e la massa (cavo nero) dei connettori di ingresso (quello che va alla pila) e di uscita (quello che entra nella ricevente);
* il cavo positivo di ingresso (rosso) si collega all'ingresso "IN" dell'integrato unitamente all'altro piedino del condensatore di ingresso;
* il cavo positivo di uscita (rosso) si collega all'ingresso "OUT" dell'integrato unitamente al piedino positivo del condensatore di uscita.

Fate attenzione al condensatore di uscita che, essendo elettrolitico, bisogna rispettarne la polarita' che e' indicata chiaramente sul lato del condensatore in prossimita' dei piedini.

Di seguito il risultato finale:







Io ho usato una guaina termorestringente per isolare le connessioni, ma potete tranquillamente usare un normale nastro isolante da elettricisti. Ovviamente tutte le saldature vanno effettuate a stagno con un saldatore a bassa potenza.

L'integrato regge tranquillamente 1.5A, quindi sicuramente una ricevente e due microservi, ma se avete configurazioni che assorbono piu' corrente dovrete misurare l'assorbimento della vostra elettronica di bordo ed assicurarvi che sia entro il limite dell'integrato. Se l'assorbimento e' elevato sarebbe opportuno usare una piccola aletta di dissipazione. Qualcuno fa anche a meno dei condensatori, ma io non avendo conoscenze approfondite di elettronica mi sono attenuto allo schema che ho trovato sul datasheet.

Il dropout dell'integrato e' molto basso, solo 0.5V: questo significa che basta fornire una tensione in ingresso 0.5V maggiore di quella in uscita (5V) per farlo funzionare. Non avete quindi problemi ad alimentarlo con una lipo 2S in quanto, anche con le batterie molto scariche, si supera abbondantemente la soglia dei 5.5V.

Sperando di aver fatto una cosa gradita, chiedo gentilmente alle persone del forum esperte di elettronica (ce ne sono molte!) di segnalarmi eventuali imprecisioni o migliorie.

Ciao
Lambda

[Asso52]

Grazie infinite, articolo ben fatto ed interessante.
Se dovessi avere problemi quando lo farò .....ci sentiamo
Enry

[FrancoC.]

Molto meglio usare un LM1084IT-5.0, un LDO (Low Drop Out) da 5Amp.
https://www.distrelec.it/regolatore-...C95.daechj013u

[lambdafly]

Grazie FrancoC, da tener presente per amperaggi piu' grossi.

Leggendo il datasheet il circuito di applicazione base sembrerebbe lo stesso, a meno della differente capacita' dei condensatori. C'e' da stare attenti alla piedinatura perche' e' differente.

Vedo che c'e' anche una versione con uscita regolabile al variare del valore di una resistenza. Potrebbe servire per alzare un po' la tensione di uscita ad esempio per rendere i servi piu' reattivi (es. 6V).

[FrancoC.]

Originalmente inviato da lambdafly

Grazie FrancoC, da tener presente per amperaggi piu' grossi.

Leggendo il datasheet il circuito di applicazione base sembrerebbe lo stesso, a meno della differente capacita' dei condensatori. C'e' da stare attenti alla piedinatura perche' e' differente.

Vedo che c'e' anche una versione con uscita regolabile al variare del valore di una resistenza. Potrebbe servire per alzare un po' la tensione di uscita ad esempio per rendere i servi piu' reattivi (es. 6V).

Per alzare la tensione in uscita di un po' (0,6Volt) non serve la versione Adj, basta mettere un diodo (1N4148) in serie fra il piedino GND e la massa, col catodo rivolto a massa.
Il riferimento di tensione viene così aumentato di un valore pari alla caduta di tensione del diodo e in uscita avrai 5,6Volt.
Ovviamente se ne metti due in serie otterrai 6,2Volt.

[FrancoC.]

@lambdafly
Dimenticavo, da un TO220 (la confezione del L4950 e del LM1084) senza raffreddamento difficilmente potrai ottenere una erogazione continua di 500mA (1/3 del nominale) senza che intervenga la protezione termica.
Più sicuro comunque montare una lastrina di alluminio di almeno 2x3cm.
Fai attenzione che l'aletta dell'integrato è in corto col piedino di uscita.

[lambdafly]

Grazie FrancoC.

Si, l'avevo notato, sul datasheet e' scritto Vout sull'aletta. Grazie anche del consiglio del diodo.

[lambdafly]

Su suggerimento di un utente del forum, ho apportato una miglioria allo schema aggiungendo un diodo tra l'uscita e l'ingresso con il catodo rivolto verso quest'ultimo:

Considerato che il condensatore di uscita ha capacita' maggiore di quello in ingresso (e quindi si scarica piu' lentamente), quando si stacca l'alimentazione il pin di uscita si trova in breve tempo ad un potenziale più alto di quello in ingresso e questo può danneggiare il regolatore. Il diodo mostrato nello schema conduce solo nel caso l'uscita sia più alta dell'ingresso, riportando l'ingresso al medesimo potenziale durante la scarica del condensatore.

Per il diodo va bene uno qualunque tra 1N4001 e 1N4007 (quest'ultimo e' uno dei piu' usati). Il catodo si riconosce dalla presenza di una fascetta vicino al piedino.

Ciao
Lambda

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da lambdafly

Su suggerimento di un utente del forum, ho apportato una miglioria allo schema aggiungendo un diodo tra l'uscita e l'ingresso con il catodo rivolto verso quest'ultimo:

Considerato che il condensatore di uscita ha capacita' maggiore di quello in ingresso (e quindi si scarica piu' lentamente), quando si stacca l'alimentazione il pin di uscita si trova in breve tempo ad un potenziale più alto di quello in ingresso e questo può danneggiare il regolatore. Il diodo mostrato nello schema conduce solo nel caso l'uscita sia più alta dell'ingresso, riportando l'ingresso al medesimo potenziale durante la scarica del condensatore.

Per il diodo va bene uno qualunque tra 1N4001 e 1N4007 (quest'ultimo e' uno dei piu' usati). Il catodo si riconosce dalla presenza di una fascetta vicino al piedino.

Ciao
Lambda

Ciao,
devo farti i complimenti per la chiarezza espositiva.

Carlo

[lambdafly]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Ciao,
devo farti i complimenti per la chiarezza espositiva.
Carlo

Grazie, ma per quest'ultima aggiunta dovete ringraziare l'utente MSchiepp che in PM mi ha chiaramente descritto le motivazioni del diodo e che io ho quasi integralmente riportato.

Lo schema l'ho disegnato in Linux con il software Open Source XCircuit il cui link trovate nel menu a sinistra di questa pagina (quello precedente era uno screenshot del datasheet):

Open Circuit Design

Nella pagina ci sono link ad altri tool che potrebbero essere utili in ambito elettronico. E' un po' "laborioso" come software e con un'impostazione grafica un po' vecchiotta, ma e' il primo che ho trovato facendo una breve ricerca in Internet. Ho fatto qualche circuitino da piccolo ma li disegnavo a matita su un foglio di carta e mi stampavo da solo il circuito facendo le tracce a mano con l'apposita penna e poi giu' nell'acido. Ora le cose sono un po' cambiate....

Ciao
Lambda