Альтернативные способы питания плат Arduino
Узнайте больше о пинах и разъёмах питания плат Arduino®, их основных характеристиках и о том, как правильно ими пользоваться.
Авторы: José Bagur, Taddy Chung, Karl Söderby
Последняя ревизия: 16.04.2024
Платы Arduino можно запитывать несколькими способами: можно использовать специальные разъёмы (USB-порт, гнездо barrel jack или разъём для аккумулятора), либо специальные пины. Один из ключевых вопросов, который возникает при использовании платы Arduino в реальных задачах, — какой именно разъём или пин питания нужно использовать. В этой статье описаны основные характеристики и правила корректного использования пинов и разъёмов питания плат Arduino.
Альтернативы питания
Платы Arduino имеют пять способов подачи питания:
Питание через USB-разъём
Питание через бортовой разъём barrel jack (если он есть на плате)
Питание через бортовой разъём для аккумулятора (если он есть на плате)
Питание через пин VIN (Voltage In)
Питание через пин 3V3/5V*
Предупреждение
Питание платы через пины 3V3/5V не рекомендуется, так как может повредить регулятор напряжения. Подробнее см. ниже в разделе «Пин 3V3/5V».
В этой статье каждая из альтернатив рассмотрена подробнее.
USB-разъём
Самый распространённый и простой способ питания платы Arduino — использовать её бортовой USB-разъём. USB-разъём обеспечивает стабилизированную линию 5 В для питания электроники платы. Однако 5 В от USB-разъёма также могут питать внешние компоненты через пин 5V платы Arduino.
Micro USB разъём платы Arduino Nano RP2040.
Важный момент при USB-подключении — токовая характеристика USB-хоста. Например, USB-хостом может быть компьютер; это значит, что USB-порт компьютера служит источником 5 В для подключённой к нему платы Arduino. Помимо USB-портов компьютеров, в качестве источника питания плат Arduino можно использовать пауэрбанки. У пауэрбанков обычно есть один или несколько USB-выходов, обеспечивающих стабилизированную линию 5 В с разной силой тока. Платы Arduino, работающие на 5 В, используют стабилизированные 5 В от USB напрямую; платы, работающие на 3,3 В, понижают 5 В от USB-разъёма до 3,3 В встроенным регулятором напряжения. Выходной ток с пина 5V будет варьироваться в зависимости от источника питания.
Примечание
Ток с USB-портов компьютера обычно ограничен 500 мА.
Разъём barrel jack
Некоторые платы Arduino имеют бортовой разъём barrel jack для подключения внешних источников питания. Платы Arduino с бортовым barrel jack:
Важно
Платы Arduino с бортовым barrel jack настроены на положительную полярность: отрицательная гильза и положительный штырёк. Платы с бортовым barrel jack используют отрицательную гильзу 5,5 мм и положительный штырь 2,1 мм.
Разъём barrel jack платы Arduino Zero.
Напряжение с разъёма barrel jack стабилизируется на платах Arduino встроенным регулятором; обычно сначала оно стабилизируется до 5 В, а затем — до 3,3 В на большинстве плат Arduino. Рекомендуемые напряжения и токи для внешних стабилизированных DC-источников питания, подключаемых к разъёму barrel jack, приведены в таблице ниже:
Плата |
Напряжение внешнего БП (В) |
Ток внешнего БП (А) |
|---|---|---|
Arduino UNO Rev3 |
7–12 |
1 |
Arduino UNO WiFi Rev2 |
7–12 |
1.5 |
Arduino Leonardo |
7–12 |
1 |
Arduino Mega 2560 Rev3 |
7–12 |
1 |
Arduino Due |
7–12 |
1.5 |
Arduino Zero |
5–18 |
1 |
Разъём для аккумулятора
Некоторые платы Arduino имеют бортовой разъём для аккумулятора, позволяющий подключить аккумулятор и использовать его как основной или резервный источник питания. Платы Arduino с бортовым разъёмом для аккумулятора:
Примечание
Платы семейства Pro используют 3-контактный SMD ACH разъём 1,2 мм; платы семейства MKR — 2-контактный SMD PH разъём 2 мм.
Разъём для аккумулятора платы Arduino MKR WAN 1310.
Перечисленные выше платы оснащены бортовой интегральной схемой управления зарядом аккумулятора. Эта схема объединяет наиболее распространённые функции управления питанием и аккумулятором: зарядное устройство, регулятор напряжения и переключатель нагрузки в одном корпусе.
Примечание
Платы Arduino с бортовым разъёмом для аккумулятора работают с одноэлементными Li-Ion и Li-polymer аккумуляторами 3,7 В.
Пин VIN
Пин VIN на платах Arduino — это пин питания с двойной функцией. Он может работать как вход для стабилизированного внешнего источника питания, не использующего разъём barrel jack. Этот же пин может работать как выход напряжения, когда внешний источник питания подключён к разъёму barrel jack (на платах, где он есть). Важно учитывать, что пин VIN подключён напрямую к входу бортового регулятора напряжения. Поскольку VIN подключён напрямую к регулятору, у пина VIN нет защиты от обратной полярности.
Предупреждение
Используйте пин VIN осторожно, чтобы не повредить плату Arduino, поскольку у него нет защиты от обратной полярности.
Минимальные и максимальные напряжения, которые можно подавать на пин VIN, определяются бортовым регулятором напряжения и отличаются от платы к плате. Они приведены в таблице ниже:
Плата |
Напряжение VIN (В) |
|---|---|
UNO Mini |
5–18 |
UNO Rev3 |
7–12 |
UNO WiFi Rev2 |
7–12 |
UNO Rev3 SMD |
7–12 |
Leonardo |
7–12 |
Mega 2560 Rev3 |
7–12 |
Due |
7–12 |
Micro |
7–12 |
Zero |
5–18 |
Portenta H7 |
5 |
Nicla Sense ME |
5 |
Nano RP2040 Connect |
5–18 |
MKR NB 1500 |
5–7 |
MKR GSM 1400 |
5–7 |
MKR Vidor 4000 |
5–7 |
MKR WiFi 1010 |
5–7 |
MKR Zero |
5–5.5 |
MKR1000 WIFI |
5–5.5 |
MKR WAN 1300 |
5–5.5 |
MKR WAN 1310 |
5–7 |
Nano |
7–12 |
Nano Every |
7–18 |
Nano 33 IoT |
5–18 |
Nano 33 BLE |
5–18 |
Nano 33 BLE Sense |
5–18 |
Пин 3V3/5V
Пины 3V3 и 5V — это также пины питания с двойной функцией. Они могут работать как выходы питания, поскольку подключены напрямую к выходам бортовых регуляторов напряжения 3V3 и 5V (в зависимости от платы). Кроме того, пины 3V3 и 5V могут использоваться как входы питания, если стабилизированный источник питания не подключён через другие входы (USB-порт, разъём barrel jack или пин VIN).
Предупреждение
Поскольку пины 3V3 и 5V подключены напрямую к выходам бортовых регуляторов 3V3 и 5V, у них нет защиты от обратной полярности. Используйте их осторожно при работе как входы питания, чтобы не повредить регулятор напряжения платы.
Хотя пины 3V3 и 5V можно использовать как входы питания, это не рекомендуется, если источник питания не подключён через USB-порт, barrel jack или пин VIN. Пины 3V3 и 5V подключены напрямую к выходному пину бортового регулятора напряжения. Если напряжение на выходном пине регулятора станет выше входного напряжения регулятора, через регулятор от выхода ко входу может потечь большой ток. Этот большой ток может необратимо повредить регулятор напряжения платы.
Подсказка
Безопасно, но не рекомендуется подавать на пины 3V3 или 5V напряжение, не превышающее входное напряжение регуляторов напряжения.
Максимальный ток, который можно получить с пинов 3V3 и 5V в режиме выхода, приведён ниже. Обратите внимание, что эти токи могут обеспечиваться как бортовыми регуляторами напряжения 3V3 и 5V, так и источником питания, подключённым к плате:
Плата |
Ток пина 5V (А) |
Ток пина 3V3 (А) |
|---|---|---|
UNO Mini |
1 |
0.5 |
UNO Rev3 |
1 |
0.15 |
UNO WiFi Rev2 |
1 |
0.5 |
UNO Rev3 SMD |
1 |
0.15 |
Leonardo |
1 |
0.15 |
Mega 2560 Rev3 |
0.8 |
0.05 |
Micro |
1 |
0.15 |
Zero |
1 |
0.5 |
Portenta H7 |
— |
1 |
Nicla Sense ME |
— |
0.5 |
Nano RP2040 Connect |
— |
1 |
MKR NB 1500 |
— |
0.5 |
MKR Vidor 4000 |
1 |
0.3 |
MKR WiFi 1010 |
1 |
0.5 |
MKR Zero |
— |
0.5 |
MKR1000 WIFI |
— |
0.5 |
MKR WAN 1300 |
— |
0.5 |
MKR WAN 1310 |
— |
0.5 |
Nano |
0.8 |
0.15 |
Nano Every |
1 |
0.5 |
Nano 33 IoT |
1 |
0.5 |
Nano 33 BLE |
— |
1 |
Nano 33 BLE Sense |
— |
1 |
Выбор входа питания
Теперь, когда мы знаем больше об альтернативах питания плат Arduino, можно ответить на вопрос, заданный в начале статьи: какой разъём или пин питания использовать. При выборе разъёма или пина питания для конкретного приложения или проекта следует учитывать доступный источник питания и бюджет питания проекта.
Примечание
Бюджет питания анализирует, сколько энергии требуется приложению или проекту для корректной работы.
Когда рекомендуется использовать каждый из способов подачи питания на плату Arduino:
USB-разъём
Этот вариант часто рекомендуется при экспериментах с малой нагрузкой, требующей 5 В; ток ограничен USB-хостом, к которому подключена плата.
Разъём barrel jack
Этот вариант рекомендуется при наличии стабилизированного источника питания с разъёмом barrel jack. Ток ограничен источником питания и бортовым регулятором напряжения.
Разъём для аккумулятора
Этот вариант рекомендуется для портативных проектов или проектов, требующих вторичного или резервного источника питания. На данный момент поддерживаются только Li-Ion и Li-polymer аккумуляторы 3,7 В; ток ограничен ёмкостью аккумулятора.
Пин VIN
Этот вариант рекомендуется при наличии стабилизированного источника питания без разъёма barrel jack. Учтите, что использование пина VIN должно быть аккуратным, поскольку у него нет защиты от обратной полярности. Ток ограничен источником питания и бортовым регулятором напряжения.
Пин 3V3/5V
Избегайте этого варианта, так как риск повредить бортовой регулятор напряжения высок. Это можно сделать безопасно, если подаваемое напряжение на пины 3V3 или 5V не превышает входного напряжения регуляторов.
Дополнительные материалы
Если вы хотите узнать больше об источниках питания, посмотрите следующие ссылки:
Источники питания — одни из самых популярных и востребованных средств электронного тестирования. Подробнее в этом руководстве от BK Precision®.
LiPo-аккумуляторы используются повсюду. См. это руководство от Roger’s Hobby Center, чтобы узнать больше о LiPo-аккумуляторах.