Варианты питания плат Arduino
Разбираемся, как правильно питать плату Arduino: через USB, Barrel Jack, батарейный разъём, пин VIN или пины 3V3/5V — и когда что использовать.
Платы Arduino можно питать несколькими способами: через специальные разъёмы (USB-порт, Barrel Jack или батарейный разъём) или через специальные пины. Когда проект выходит за рамки стола и начинает жить в реальных условиях, сразу возникает вопрос: какой именно разъём или пин выбрать? В этой статье разберём характеристики и правила использования каждого варианта питания.
Варианты питания
У плат Arduino есть пять способов подачи питания:
- Питание через разъём USB
- Питание через встроенный разъём Barrel Jack (если он есть на плате)
- Питание через встроенный батарейный разъём (если он есть на плате)
- Питание через пин VIN (Voltage In)
- Питание через пин 3V3/5V*
*Питание платы через пины 3V3/5V не рекомендуется, так как это может повредить встроенный стабилизатор напряжения. Подробнее — here.
Рассмотрим каждый вариант подробнее.
Разъём USB
Самый простой и распространённый способ питания — подключение через встроенный разъём USB. Он обеспечивает стабилизированные 5V для питания электроники платы. Помимо этого, 5V с разъёма USB можно использовать для питания внешних компонентов через пин 5V, который есть на большинстве плат Arduino.
Разъём Micro USB платы Arduino Nano RP2040
Важный момент: характеристики по току определяются хост-устройством USB. Например, если хост — компьютер, то именно его USB-порт является источником 5V для подключённой платы. Кроме компьютеров, в качестве источника питания отлично подходят пауэрбанки: они имеют один или несколько USB-выходов со стабилизированными 5V при разных значениях тока. Платы, работающие от 5V, используют эту линию напрямую; платы на 3V3 понижают напряжение до 3V3 с помощью встроенного стабилизатора. Максимальный ток с пина 5V зависит от конкретного источника питания.
Ток из USB-портов компьютеров обычно ограничен 500 мА.
Практическое замечание
Если вы питаете плату от компьютера и подключаете к ней несколько внешних компонентов (сервоприводы, модули связи), суммарный ток может превысить 500 мА. В таком случае лучше использовать пауэрбанк или отдельный блок питания.
Разъём Barrel Jack
На некоторых платах Arduino есть встроенный разъём Barrel Jack для подключения внешних блоков питания. Он присутствует на следующих платах:
- Arduino UNO Rev3
- Arduino UNO WiFi Rev2
- Arduino Leonardo
- Arduino Mega 2560 Rev3
- Arduino Due
- Arduino Zero
Платы Arduino с разъёмом Barrel Jack сконфигурированы с положительной полярностью: внешняя гильза — минус, центральный контакт — плюс. Гильза имеет диаметр 5.5 мм, центральный контакт — 2.1 мм.
Разъём Barrel Jack платы Arduino Zero
Напряжение, поступающее через Barrel Jack, стабилизируется встроенным регулятором платы: как правило, сначала до 5V, затем до 3V3. Рекомендуемые параметры внешних блоков питания постоянного тока для подключения через Barrel Jack приведены в таблице ниже:
| Board | External Power Supply Voltage (V) | External Power Supply Current (A) |
|---|---|---|
| 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 |
Типичные ошибки
- Неправильная полярность — самая частая проблема. Всегда проверяйте, что центральный контакт вашего блока питания — плюс.
- Слишком высокое напряжение — подача напряжения выше допустимого перегреет или сожжёт стабилизатор.
- Напряжение ниже минимального — плата будет работать нестабильно или вовсе не запустится.
Батарейный разъём
Некоторые платы Arduino оснащены встроенным батарейным разъёмом для подключения аккумулятора в качестве основного или резервного источника питания. Такой разъём есть на следующих платах:
- Arduino Portenta H7
- Arduino Nicla Sense ME
- Arduino Nicla Vision
- Arduino MKR NB 1500
- Arduino MKR Vidor 4000
- Arduino MKR WiFi 1010
- Arduino MKR ZERO
- Arduino MKR WAN 1310
- Arduino MKR GSM 1400
Платы семейства Pro используют 3-контактный разъём ACH 1.2 мм (SMD); платы семейства MKR — 2-контактный разъём PH 2 мм (SMD).
Разъём для батареи платы Arduino MKR WAN 1310
Все перечисленные платы имеют встроенную схему управления зарядом аккумулятора. Она объединяет в одном корпусе зарядное устройство, стабилизатор напряжения и коммутатор нагрузки.
Платы Arduino с батарейным разъёмом работают с одноэлементными Li-Ion и Li-Polymer аккумуляторами напряжением 3V7.
Где пригодится
Батарейный разъём незаменим в портативных устройствах: носимая электроника, датчики на улице, автономные роботы. Встроенная схема заряда позволяет заряжать аккумулятор прямо на плате, подключив USB-кабель.
Пин VIN
Пин VIN на платах Arduino выполняет двойную функцию. Во-первых, он служит входом напряжения для внешних регулируемых блоков питания, у которых нет разъёма Barrel Jack. Во-вторых, когда к плате подключён внешний источник через Barrel Jack, пин VIN становится выходом напряжения и позволяет «снять» входное напряжение с платы.
Важно понимать: пин VIN подключён напрямую ко входу встроенного стабилизатора напряжения. Именно поэтому пин VIN не имеет защиты от переполюсовки.
Будьте внимательны при работе с пином VIN — из-за отсутствия защиты от переполюсовки неправильное подключение может необратимо повредить плату.
Минимальное и максимальное напряжения для пина VIN определяются встроенным стабилизатором и различаются для разных плат. Значения приведены в таблице ниже:
| Board | VIN Voltage (V) |
|---|---|
| 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 |
Практическое замечание
Если вы подключаете питание через VIN, используйте источник с токоограничением или предохранитель в цепи. При случайной переполюсовке это может спасти плату.
Пины 3V3/5V
Пины 3V3 и 5V тоже выполняют двойную функцию. В режиме выхода они отдают напряжение непосредственно с выходов встроенных стабилизаторов 3V3 и 5V — это основной режим их использования для питания внешних компонентов. В режиме входа через них можно подавать питание на плату, но только если ни один другой источник питания (USB-порт, Barrel Jack или пин VIN) не подключён.
Пины 3V3 и 5V напрямую связаны с выходами стабилизаторов и не имеют защиты от переполюсовки. Будьте осторожны при использовании их в качестве входов.
Почему подавать питание через эти пины опасно? Пины 3V3 и 5V подключены прямо к выходу стабилизатора. Если напряжение на выходном пине стабилизатора окажется выше, чем на его входе, через стабилизатор потечёт большой обратный ток — от выхода к входу. Это может необратимо вывести стабилизатор из строя.
Подавать напряжение на пины 3V3 или 5V допустимо, но только если оно не превышает входное напряжение стабилизаторов.
Максимальный ток, который можно получить с пинов 3V3 и 5V в режиме выхода, приведён ниже. Учтите, что этот ток ограничен либо встроенным стабилизатором, либо источником питания платы:
| Board | 5V Pin Output Current (A) | 3V3 Pin Output Current (A) |
|---|---|---|
| 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 |
Как выбрать способ питания
Теперь, зная все варианты, можно дать конкретный ответ на вопрос из начала статьи. При выборе способа питания нужно учитывать два фактора: доступный источник питания и энергетический бюджет проекта.
Энергетический бюджет — это расчёт того, сколько мощности требует ваш проект для нормальной работы.
Вот когда рекомендуется использовать каждый из вариантов:
Разъём USB
Хорошо подходит для экспериментов и разработки с небольшими нагрузками на 5V. Максимальный ток ограничен хост-устройством USB, к которому подключена плата.
Разъём Barrel Jack
Оптимальный выбор, если у вас есть стабилизированный блок питания с разъёмом Barrel Jack. Ток ограничен блоком питания и встроенным стабилизатором платы.
Батарейный разъём
Идеален для портативных проектов или устройств, которым нужен резервный источник питания. На данный момент поддерживаются только Li-Ion и Li-Polymer аккумуляторы 3V7; ток ограничен ёмкостью аккумулятора.
Пин VIN
Подходит, если есть стабилизированный блок питания без разъёма Barrel Jack. Помните об отсутствии защиты от переполюсовки — подключайте аккуратно. Ток ограничен блоком питания и встроенным стабилизатором.
Пины 3V3/5V
Избегайте этого варианта — риск повредить встроенный стабилизатор слишком высок. Технически это допустимо, если подаваемое напряжение не превышает входное напряжение стабилизатора, но на практике лучше выбрать любой другой способ.
Дополнительные материалы
Если хотите глубже разобраться в теме источников питания, посмотрите следующие ресурсы: