Собственный регулируемый источник питания на Arduino UNO: схема и код

Как сделать регулируемый блок питания на Arduino UNO (0–5 В)

Разные электронные модули (Wi-Fi, реле, моторы) требуют разные напряжения. Батареи быстро сажаются, не выдают большой ток, греются. Решение — регулируемый источник питания на Arduino с ШИМ (PWM) и транзисторным ключом.

Компоненты

• Arduino Uno
• LCD 16×2 (JHD162A, драйвер HD44780)
• Конденсаторы 100 мкФ (сглаживание)
• Резисторы 1 кОм
• Транзистор 2N2222 (NPN)
• Перемычки, источник 5 В
• Две кнопки (инкремент/декремент напряжения)

Принцип работы

1. Arduino генерирует ШИМ на пине 3 (D3, ~490 Гц, 8 бит: 0–255).
2. ШИМ через резистор на базу 2N2222 → транзистор работает как ключ/усилитель.
3. На эмиттере получается усредненное напряжение, пропорциональное скважности (duty cycle).
4. Конденсаторы 100 мкФ сглаживают пульсации.
5. Выходное напряжение снимается с эмиттера и через делитель (или прямо, если <5В) подается на АЦП A0 для обратной связи.
6. Arduino измеряет АЦП (10 бит, 0–1023 ≡ 0–5 В, шаг ~4,9 мВ), показывает на LCD.
7. Кнопки на D4/D5 меняют duty cycle (ref_volt 0–255) → меняется выходное напряжение.

Важные нюансы

• Выходное напряжение нелинейно зависит от duty cycle из-за Vbe транзистора (~0,7 В) и нагрузки. Нужен калибровочный расчет или опорный источник.
• Максимальный ток ограничен коллектором 2N2222 (~600 мА пик, ~200–300 мА постоянно). Для больших токов — мощный MOSFET/биполярный транзистор с радиатором.
• Напряжение питания Arduino (5 В) — верхний предел. Для более высоких напряжений — нужен внешний источник и DC-DC преобразователь.
• АЦП измеряет после сглаживающего конденсатора — это реализует простой замкнутый контур (feedback).

Ключевые фрагменты кода

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8,9,10,11,12,13);
int ref_volt = 125;  // 50% duty = ~2.5V старт
float flag = 0;

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);   // PWM
  pinMode(4, INPUT);    // кнопка +
  pinMode(5, INPUT);    // кнопка -
  lcd.begin(16,2);
  lcd.print("Variable Voltage");
  delay(1000);
  lcd.clear();
}

void loop() {
  float value = analogRead(A0);
  value = (value * 5.0) / 1024.0;  // Вольты
  analogWrite(3, ref_volt);        // PWM на D3

  // Кнопка увеличения (активный LOW с подтяжкой)
  if (digitalRead(4) == LOW) {
    if (ref_volt < 250) { ref_volt++; delay(100); }
  }
  // Кнопка уменьшения
  if (digitalRead(5) == LOW) {
    if (ref_volt > 0) { ref_volt--; delay(100); }
  }

  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Vout: ");
  lcd.print(value);
  lcd.print(" V  ");
  delay(100);
}

ADC и PWM на Arduino Uno — справочно

• ADC: 6 каналов (A0–A5), 10 бит (0–1023), опорное 5 В → шаг 4,88 мВ. Функция analogRead(pin).
• PWM: 6 каналов (D3,5,6,9,10,11), 8 бит (0–255). Частота ~490 Гц (D5,D6 ~980 Гц). Функция analogWrite(pin, duty). Duty cycle = Ton/(Ton+Toff) × 100%.

LCD 16×2 (4-битный режим)

Подключение: RS, EN, D4–D7 → цифровые пины Arduino. Библиотека LiquidCrystal упрощает работу: lcd.begin(16,2), lcd.print(), lcd.setCursor().

Применение и развитие

• Питание маломощных схем, тестирование датчиков, заряд малых АКБ.
• Улучшения: добавить кнопку «Enter» для установки точного напряжения, использовать DAC (MCP4725) вместо PWM+транзистор для линейности, добавить ограничение тока, охлаждение, корпус.

Простой, дешевый и наглядный способ получить 0–5 В переменного напряжения без батареек. Идеален для обучения ШИМ, ADC, транзисторным ключам и обратной связи.