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Mar 18

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Convertitore DC-DC regolabile step-down

Continuando sull’argomento alimentazione dei progetti ho testato il Convertitore DC-DC regolabile step-down.

Convertitore DC-DC regolabile step-down

Una parte sempre critica dei progetti con arduino è senza dubbio l’alimentazione sia perché spesso sviluppi tutto il progetto connesso al computer e ti preoccupi solo in un secondo momento di come renderlo autonomo sia perché alcuni componenti richiedono più corrente di quella erogabile da arduino e dal computer o tensioni differenti da quelle di alimentazione.

E’ il caso ad esempio dei servo a cui ho dedicato l’articolo Tutorial: arduino servo con alimentazione esterna o nella realizzazione di acuni robot come Rover5 Leonardo WiRC: pilota il tuo rover con l’iPad/iPhone e Android o il Mi presento sono robot sfera.

In questi casi è bene avere a disposizione un convertitore DC-DC regolabile step-down.

Cos’è un convertitore DC-DC regolabile step-down

Da wikipedia:

“In ingegneria elettronica, un convertitore DC-DC è un circuito che converte una sorgente di corrente continua da una tensione a un’altra. Costituisce una classe di convertitori di potenza.”

Un convertitore DC-DC regolabile step-down è un dispositivo in grado di convertire una tensione in ingresso in una tensione in uscita più bassa di quella in ingresso ( step-down ) nell’ambito di tensioni in corrente continua come quella comunemente utilizzata per i tuoi progetti arduino prelevandola ad esempio da una pila LiPo.

Senza addentraci troppo nel mondo dei convertitori regolabili puoi aver bisogno di un  convertitore DC-DC regolabile step-down quando nel tuo progetto:

  • sono presenti componenti che necessitano di tensioni di alimentazione differenti dai 5v o dalla tensione di alimentazione arduino 7-20v come ad esempio i servomotori, motori a 3v, led di potenza, ecc..
  • sono presenti componenti che richiedono una corrente superiore ai 350mA erogabili da arduino: 2 o più faretti a led o strisce Led
  • vuoi alimentare con una sola batteria da 7,4 o 11,1 progetti con sensori a tensioni differenti

Il  convertitore DC-DC regolabile step-down che ho provato fa uso del chip LM2596 per convertire tensioni in ingresso da 3v a 40v in tensioni di uscita comprese tra i 1,5 e 35v ed una corrente massima di 3A.

Come collegare il convertitore dc-dc step-down

Il collegamento elettrico del  convertitore DC-DC regolabile step-down è alquanto semplice, da un lato, serigrafato come IN- ed IN + devi collegare la tensione di ingresso:

Convertitore DC-DC regolabile input

e dal lato opposto, serigrafato come OUT- ed OUT+ puoi prelevare la tensione di uscita:

Convertitore DC-DC regolabile step-down

per regolare la conversione puoi utilizzare il trimmer multigiro che ti assicura una regolazione precisa della tensione di uscita.

I test eseguiti con il convertitore dc-dc

Come già fatto in passato per dispositivi di alimentazione come questo ho fatto qualche test per verificare la stabilità della conversione e la possibilità di raggiungere i risultati previsti dalle caratteristiche del prodotto.

Il primo test l’ho eseguito incrociando il convertitore DC-DC regolabile step-down con il 3.3V-5V power supply module:

Convertitore DC-DC regolabile 4.86v

in questo caso la tensione di ingresso è pari a 4,97 circa, leggi articolo sul modulo di alimentazione 3,3v-5v, per cui il massimo valore in tensione che sono riuscito a ad ottenere è 4,86v

ho quindi connesso direttamente il convertitore DC-DC regolabile step-down ad una batteria LiPo da 7,4 v e regolato nuovamente il trimmer fino ad ottenere prima la tensione di 5v:

Convertitore DC-DC regolabile 5v

ed in seguito la tensione di 6v utile per alimentare i servomotori:

Convertitore DC-DC regolabile 6v

avrai capito che presto vedrai questo prodotto impegnato in un progetto con i servomotori 🙂 Intanto ne ho ordinati altri perché ritengo che un convertitore DC-DC come questo possa trovare impiego in molti dei progetti che intendo realizzare.

Permalink link a questo articolo: http://www.mauroalfieri.it/elettronica/convertitore-dc-dc-regolabile-step-down.html

42 comments

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  1. Simone

    Sarebbe interessante vedere pubblicata la stabilità della tensione di uscita al variare di quella in ingresso, in special modo regolando una Vout a 5v e impostando vari step di Vin da 7 a 24 volt.

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Simone,
      potresti eseguire questi test e mandarmi le foto così completiamo l’articolo?

      1. Simone

        Lo farei volentieri ma non ho il convertitore in oggetto…

        1. Mauro Alfieri

          Ok, se lo acquisti e fai dei test sarò felice di poterli pubblicare.

          1. Antonio

            Ho fatto in questi giorni delle prove proprio con questi “ottimi” convertitori DC-DC step down da te recensiti. In particolare con tensioni di ingresso variabili da 7 a 15 Volt e con il trimmer di uscita settato a 5 Volt ho notato una più che ottima stabilità di tensione di uscita.
            Le misure sono state eseguite utilizzando in ingresso ed in varie fasi utilizzando due alimentatori stabilizzati da laboratorio e misurando l’uscita con il multimetro UNI-T UT61E.

          2. Mauro Alfieri

            Grazie Antonio per il test e la conferma.
            Io li uso spesso nei progetti che realizzo e con grande soddisfazione !!!

  2. Chris

    Salve, scusate se disturbo e riesumo questo post, vi seguo sempre, ma siccome sto imparando, non scrivo mai 🙂 .Però ora avrei bisogno di aiuto per quanto riguarda questi convertitori. Mi sto cimentando in progettino che non riguarda Arduino,ma ritenevo alla mia portata per cominciare,e invece mi sta levando il suono perché non vengo a capo. La mia domanda è : un convertitore dc dc step down ma ancora meglio step up, quanto consuma? Mi spiego, mi stavo approntando un power bank per cell. Ho comprato un modulino s/u su eBay,che mi permette con un minimo di 0,9v fino a 4,5v di salire a 5v. Io gli mando 3,7v da 4 batterie li-ion parallelate. Il tutto funzionerebbe se non fosse per l’assorbimento del convertitore. Per avere 500 ma in uscita lui assorbe altri 400 ma e rotti. Totale quasi 1A di assorbimento dalle batterie che dopo 30 minuti sono scariche. Credevo in un difetto, ne ho ordinati altri tre,ma la musica non cambia. Poi sono passato ad un dcdc s/d come quello in foto,e portando il voltaggio in ingresso a 7,4 (4 batterie in serie/parallelo) e settato i 5v in uscita. Siamo sempre lì,il cell assorbe circa 450ma in ricarica,ma se metto con il tester tra batterie e convertitore leggo 830/900ma. Sbaglio io,oppure questi moduli non sono adatti? Se questa è la loro natura, non posso neppure pensare di usarli in apparecchiature portatili a batteria visto l’elevato assorbimento. Cosa mi sfugge? Grazie per le risposte.

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Chris,
      i convertitori step-up hanno necessità di assorbire più corrente per compensare la differenza di potenziale tra IN ed OUT.
      Se ricordi la legge della conservazione della massa in fisica ed il postulato fondamentale di Lavoisier:
      “nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma”
      da cui non puoi creare energia dal nulla, se hai 3,7v e vuoi ottenere 5v dovrai assorbire più corrente.
      Tutto questo poi è da mixare con la qualità e la precisione dei componenti utilizzati che devi valutare attentamente perchè non tutti hanno eguale guadagno, quello dell’articolo è un convertitore dc-dc step-down con elevato guadagno che vuol dire che per il suo funzionamento usa poca energia.

      Premesso questo una domanda: non sono delle LiPo quelle che stai collegando in serie/parallelo, vero?

  3. Chris

    Salve,grazie per le risposte. No,le batterie che sto parallelando sono delle li-ion da 3,7 v e 2500 ma di capacità nominali. Per quanto riguarda la legge “del nulla si crea e …….” si conosco ,e che semplicemente,siccome sto imparando da poco,ignoravo questa necessità di assorbimento maggiore rispetto alla capacità di erogazione. Ma questo vale anche per un step dw? Perché se è così credo che non siano circuiti adatti per quello che sto facendo. Un ultima domanda,quindi questi moduli possono essere usati in apparati portatili ma a patto che il carico non richieda troppo assorbimento….pena la “morte” prematura della/lle batteria/e?
    Grazie per il tempo dedicato.

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Chris,
      per la stessa legge se hai uno step-down che da 12v ti eroga 5v, ad esempio, l’energia in eccesso dovrà essere trasformata in qualcosa, solitamente calore; anche se con alcuni nuovi circuiti step-down di tipo switching la tecnologia ti permette di ridurre notevolmente l’emissione di calore.
      Puoi usarli a patto di trovare un DC-DC con elevato guadagno e disporre di corrente sufficiente a garantire la corretta conversione di tensione.

  4. Ros

    Buongiorno,
    chiedo un aiuto sull’LM2596, vorrei sapere se alimentandolo a 12V riesco ad avere una tensione in uscita di 24V, di quanti ampere in questo caso?

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Ros,
      se non ricordo male è uno step-down non uno step-up.
      A te occorrerebbe quest’ultimo.

  5. Ros

    Grazie, ti chiedo un’altra cosa, se uso il step-up la tensione regolabile in uscita partira’ da 0 fino a 24V? Ciao.

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Ros,
      dipende dal tipo di step-up che scegli, io ti consiglio di prenderne uno in grado di erogare almeno fino a 30v.

  6. angelo

    non sono molto pratico di queste cose ma volevo comprare un convertitore” 9-60V a 3,7 V DC a DC Buck” perche volevo fare un piccolo progetto, praticamente ho visto queste bici con le quali carichi il cellulare, volevo farlo io ma da casa ovvero collegare alla dinamo il filo del caricatore dell iphone, ma facendo delle prove ho visto che a seconda di quanto la ruota gira forte la dinamo produce piu tensione, la mia domanda era, se io ci metto in mezzo al circuito quel convertitore, si brucia qualocsa?
    riassumo
    dinamo(V variabile)—->convertitore(da 9/60 a 3.7)—–> filo del caricatore—–> cellulare(batteria ovviamente da 3.7V) basta che io produca una tensione suoperiore a 9 v anche se tipo non è costante cioè tipo ha un po di picchi magari sta a 11 poi 10 poi9 poi torna 11 ecc.. grazie mille( non sono un elettronico ma mi piace fare queste cose )

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Angelo,
      se non sei pratico di elettronica io ti consiglio la lettura di qualche manuale, anche base, prima di procedere a esperimenti che potrebbero danneggiare il tuo cellulare ed essere pericolosi per la tua incolumità come quello che hai descritto.

  7. Giovanni

    Ciao a tutti,

    da una ricerca in rete in merito a circuiti step-down mi è stato suggerito il vostro sito.
    Provo ad esporre il mio problema sperando in un vostro aiuto.

    Mi trovo ad alimentare un servomotore (quelli da modellismo) con una batteria lipo da 7.4V che in condizioni di carica max arriva anche a 8.4 V.

    La tensione max ammissibile dal servomotore è 6.5 V, quindi mi trovo costretto ad abbassare la tensione della batteria.
    In commercio si trovano step-down specifici ma riducono la tensione di uscita a 5 V, valore per cui le prestazione del servomotore decadono troppo.

    Mi trovo quindi costretto a costruirmi un circuito step down con le seguenti caratteristiche:

    Input 7.4-8.5 V Output 6.5 V correnti di funzionamento 1A

    Potreste suggerirmi uno schema con le caratteristiche di ogni componente?

    Grazie a tutti per il vostro aiuto.

    Giovanni

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Giovanni,
      per 6v e 1A puoi utilizzare un integrato tipo LM7806.
      Non hai prestazioni di DC-DC step in guadagno ottimali ma certamente avrai 6v dai 8.5 fino a i 7.4v

      1. Giovanni

        Ciao Mauro, grazie mille per la risposta.

        In merito ai LM7806 avrei da chiederti un altra questione: è sufficiente un normale lm7806 o mi serve qualcosa che lavori in low drop?

        Non vorrei che quando la batteria inizia a scaricarsi e quindi va sotto i suoi valori nominali (7.4 v) l’integrato non riesce piu a fornirmi nemmeno i 6 volt.

        Cercando in rete ho trovato questo esempio abbastanza calzante per il mio caso:

        http://www.grix.it/UserFiles/jabber47/File/risorse2/Circuiti_Integrati_-_Regolatori_di_tensione.pdf

        Ho iniziato a studiare un po e ho dimensionato il circuito in slide 11, in pratica un integrato piu un partitore.

        Seguendo le equazioni suggerite, e ipotizzando R1 200 ohm, R2 mi risulta essere 856 ohm (ipotizzando Vout 6.6)….e fin qui credo sia tutto ok.

        Ma quando valuto le potenze (di picco) a cui devono lavorare le mie resistenze qualcosa non mi torna.

        L’equazione che seguo è: W=RI^2 ovvero 856ohm * 1A * 1A= 856 W…..possibile?? 856 W?

        Proprio stasera ho valutato l’assorbimento del mio servomotore con un tester ed in condizioni gravose la corrente arriva fino a 1 A…quindi la mia ipotesi si è rivelta corretta.

        Dove sbaglio?? Devo valutare una corrente “media” di lavoro?

        Grazie per il supporto.

        1. Giovanni

          Probabilmente ho capito il mio errore sulla questione delle potenze….devo prima calcolarmi la corrente che passa in ogni resistenza con I= V/R,nel caso specifico I= 6.5V / 200ohm = 0.03A
          e poi da questa calcolarmi la potenza di funzionamento ,ovvero W = V*I= 6.5 V * 0.03 A= 0.21 W
          Se tutto corretto delle resistenze da 1 A sono piu che sufficienti.

          Cortesemente potresti darmi la tua approvazione?? non vorrei rovinare un servomotore da qualche centinaia di eurini 🙂

          Ancora mille grazie

          1. Mauro Alfieri

            Ciao Giovanni,
            è certamente una strada più corretta per valutare la potenza delle resistenze, anche se ribadisco sia più corretto chiedere a chi ne sa di più di me.

        2. Mauro Alfieri

          Ciao Giovanni,
          bel documento quello del link.
          Non sono un ing elettronico e non vorrei suggerirti fandonie.

          Lascio a chiunque ne sappia più di me la possibilità di risponderti.

          1. Giovanni

            Ciao Mauro,

            grazie per il supporto!

            In ogni modo io oggi provo a comprare i componenti…faccio qualche prova e nel caso posto qualche immagine per aiutare chiunque voglia cimentarsi.

            Ciaooo

  8. Martina

    io voglio mettere un orologio digitale scatolina nella mia auto ….

    DC 7-30V .. vedo nelle foto che spuntano due fili… Ma dove li collego alla macchina???

    Grazie

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Martina,
      questo tipo di stabilizzatore non è ideale per l’auto in quanto switching e soggetto alle oscillazioni dell’alternatore.
      Ti consiglierei un DC-DC realizzato con componenti tipo 7805 o specifici per automotive.

      Se comunque vuoi utilizzare questo modello collega il + al +12v della batteria e il Gnd al negativo. Puoi utilizzare la presa accendisigari se non puoi/vuoi stendere i cavi fino alla batteria dell’auto

  9. Gabriele

    Ciao Mauro, se volessi stabilizzare una tensione da 20V a 5V e volessi un uscita da 10 A, diversamente da 3.5A, che modulo step down mi consigli? E quali sono le marche di qualità ?

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Gabriele,
      lo step down mostrato è di buona manifattura cinese.
      La caduta di tensione e la corrente di cui hai bisogno sono elevate e non penso esistano molti DC-DC converter step-down con caratteristiche simili in ambito hobbystico, dovresti provare sui siti semi-professionali o professionali.

  10. Marcello

    Salve!
    Mi sono imbattuto casualmente in questo blog, cercando notizie su un alimentatore switching step-down per tre faretti da 4,4 w ciascuno. Dal momento che sono assolutamente “digiuno” di elettricità e dintorni, Le sarei molto grato se mi spiegasse, per filo e per segno, cosa acquistare e quali operazioni compiere per una giusta installazione. Ringrazio anticipatamente.

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Marcello,
      in questo blog si tratta principalmente di elettronica ed il controllo di led e faretti è più legato al mondo dell’elettricità.
      Nulla contro il controllo dei led da parte di sistemi a microcontrollore ma se parliamo di alimentatori switching per faretti a led è meglio se consulti un rivenditore di materiale elettronico a cui magari puoi mostrare il tipo di faretto in tuo possesso.

  11. Raffaele

    Ciao Mauro,
    ottimo l’articolo li ho comprati anch’io e sono ottimi.
    Mi domando però cosa succede quando le batterie in input erogano MENO volt delle impostazioni su output.
    Mi spiego meglio. Ho due batterie 18650 in serie quindi erogo 7,4 volt. IN output metto i 5 di arduino.
    Però queste batterie arrivano a 4,8 in serie quando sono da ricaricare.
    Volevo appunto usare come questi DC.DC per far smettere di erogare corrente quando vanno sotto la soglia che ho impostato sul trimmer. Metterei quindi un 5,2 volt in uscita e così dovrebbe spegnersi poi Arduino.
    Secondo te ?
    Grazie

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Raffaele,
      dai test che ho eseguito io mi sono accorto che quando l’input varia anche l’output non è rispettato.
      Non eseguito un test di linearità di rapporto per cui ti consiglio comunque di dare un test.
      Considera inoltre che questi convertitori non bilanciano la scarica delle batterie e le 18650, in quanto LiPo, sarebbe meglio l’avessero.

  12. Gabriele

    Ciao Mauro, se ci collego una lipo 7.4 V per abbassare la tensione a 6V, e la scarico a 2C, l’autonomia sarà mezz’ora o 7.4/6 * 0.5h = 0.617 h? Quello che voglio dire è, dato che abbasso la tensione ma ho una limitata quantità di carica elettrica disponibile, avrò meno energia utilizzabile? O il modulo step dowm sfrutta la tensione non utilizzata per immagazzinare energia e quindi riuscirò ad avere piu Ah?

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Gabriele,
      il sistema step-down non è in grado di fare quello che chiedi, tutti i regolatori hanno un “guadagno” che nel caso degli step down sarebbe meglio chiamare “perdita” relativo all’energia che ti serve per funzionare.

      1. Gabriele

        Ah ho capito ti ringrazio per la spiegazione.

  13. Domenico

    Ciao Mauro sto costruendo un alimentatore con suddetto circuito come posso ottenere la corrente massima su tutta la scala di voltaggio??

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Domenico non ho compreso la domanda.

  14. Andre

    Ciao, sto costruendo un alimentatore variabile per macchinette per Tattoo
    Ho usato come alimentatore un . 220v in e out 12v 5a (ho bisogno quasi tutti i 5 amp )
    Ho uno step dow che sopporta appunto max 5 amp a cui ho modificato il potenziometro integrato e usato uno esterno. Lo step down oltre a permettermi di regolare i viky a mio piacimento, come si comporta con gli ampere?? Mi sembra che non renda bene come se gli mancasse spunto ?
    Grazie

    1. Mauro Alfieri

      Ciao Andrea,
      purtroppo gli stepdown esistono di modelli differenti e ciascuno ha caratteristiche specifiche, in particolare ti chiedo di verificare il guadagno del DC-DC converter, la modalità di funzionamento e la corrente di innesco.
      Senza questi dati è complesso comprendere cosa accada.

  15. Andre

    Ecco i dati :
    Tensione di ingresso: da 5 Vdc a 32 Vdc
    Tensione di uscita: da 0,8 Vdc a 30 Vdc (regolabile)
    Corrente di uscita: 5 A
    Efficienza di conversione: 90%
    Ripple di uscita: 50 mV (max)
    Dimensioni (mm): 51×26,3×14
    Temperatura di funzionamento: da -40°C a +85°C

    1. Mauro Alfieri

      Ok, Andrea

  16. Andre

    misure:

    Vin [V] Iin[A] Pin[W] Vout[V] Iout[A] Pout[W] η [%]
    6 0,08 0,48 1,2 0,24 0,3 62
    6 1 6 4,9 0,96 4,7 78
    30 0,03 0,9 1,2 0,24 0,3 33
    30 1,2 36 12 2,4 28,8 80

    Con tensione in ingresso di 30 V, in uscita non è possibile alzare la tensione a più di 12 V perchè con il carico usato,la corrente diventa troppo alta e le resistenze iniziano a surriscaldarsi.

    La differenza tra tensione di uscita e tensione di ingresso è minimo 1,2 V in quanto il convertitore è uno STEP-DOWN e la tensione di uscita non può essere maggiore di quella in entrata.

    Dalle misure fatte si può notare anche che il rendimento è maggiore quando il valore di tensione in uscita regolata è il più vicino possibile a quello in entrata.

    1. Mauro Alfieri

      Bene Andrea

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