USB Gücünü Arttırmak USB Güç Enjektörü

USB Güç Enjektörü, veri bağlantısını bilgisayardan almaya devam ederken USB çıkışındaki 5V beslemeyi harici kaynaktan üretmek için hazırlanmış pratik bir devredir. Özellikle standart USB portunun akım sınırına yaklaşan ya da bu sınırı aşan uygulamalarda, cihazın beslemesini bilgisayar portuna yük bindirmeden ayrı bir kaynaktan sağlamak için kullanılabilir. Bu yapıda D+ ve D- veri hatları doğrudan aktarılır, besleme hattı ise yeniden oluşturulur.

Devre 9V AC veya DC giriş ile çalışabilecek şekilde hazırlanmıştır.

Bu sayede küçük adaptörler, yardımcı trafolar veya uygun bir harici besleme ile USB çıkış tarafında regüle 5V elde etmek mümkündür.

Eski tip projelerde, harici beslemeli USB devreleri ya da deneysel düzeneklerde bu yaklaşım oldukça işe yarar.

Devrenin ana elemanları ve görevleri

USB AGüçlendirici Devre

CON3 üzerinden uygulanan 9V AC/DC giriş önce D1-D4 1N4004 köprü doğrultucu bölümünden geçer.

Ardından 1000uF kondansatör bu gerilimi filtreleyerek daha kararlı hale getirir.

Bu noktadan sonra enerji Q2 IRF9540 P kanal MOSFET ve REG1 7805 regülatör bölümüne ulaşır.

Devrenin en dikkat çekici kısmı Q1 PN100 ile Q2 IRF9540 ikilisidir.

CON1 USB girişindeki Vbus hattı, 22k direnç üzerinden Q1 transistörünün bazını tetikler.

Bilgisayar tarafında USB beslemesi bulunduğunda Q1 iletime geçer ve Q2 IRF9540 MOSFET kapısını aşağı çekerek harici beslemenin devreye alınmasını sağlar.

Böylece harici 5V çıkış, rastgele değil, USB bağlantısı gerçekten mevcutken aktif olur.

Bu yapı röle kullanılmadan elektronik anahtarlama yapılmasını sağlar.

Mekanik kontak olmadığı için sessiz çalışır, yer kaplamaz ve USB hattına eklenen geçiş direnci de uygun MOSFET seçimiyle düşük tutulabilir.

MOSFET anahtarlama yaklaşımına benzer farklı uygulamalara bakmak isteyenler için MOSFET sürme mantığına dair notlar da faydalı olabilir.

USB veri hatları ve güç hattı nasıl ayrılıyor?

Bu devrede USB veri hatları olan D+ ve D- girişten çıkışa doğrudan geçirilmiştir.

Yani veri iletişimi bilgisayar ile çevre birimi arasında devam eder.

Asıl fark, USB çıkışındaki Vbus hattının bilgisayardan doğrudan alınmaması, harici kaynaktan üretilen 5V ile beslenmesidir.

Bu nedenle devre bir anlamda veri yolunu korurken güç yolunu yeniler.

Özellikle USB beslemeli deney kartları, bazı arabirimler ve akım ihtiyacı yükselen yardımcı modüller için işe yarayabilir.

USB tarafındaki bağlantı mantığını ve farklı USB uygulamalarını incelemek isteyenler izole USB adaptör örneklerine de göz atabilir.

7805 regülatör bölümü ve önemli sınırlar

REG1 7805 doğrusal regülatörü, doğrultulmuş giriş gerilimini 5V seviyesine düşürür. Devre basit ve anlaşılır olsa da en önemli sınırlama burada ortaya çıkar: 7805 lineer çalıştığı için giriş ile çıkış arasındaki gerilim farkı kadar güç ısıya dönüşür.

Örnek olarak girişte yaklaşık 9V DC varsa ve çıkıştan 500mA akım çekiliyorsa regülatör üzerinde yaklaşık 2W seviyesinde ısı oluşur. 9V AC giriş doğrultulup filtrelendiğinde regülatör girişinde daha yüksek DC seviye oluşabileceğinden kayıp daha da artabilir. Bu nedenle 500mA civarı ve üzerindeki kullanımlarda 7805 için soğutucu düşünmek gerekir. USB çıkışından sürekli yüksek akım bekleniyorsa lineer yapı yerine anahtarlamalı dönüştürücü daha verimli olur. Bu noktada 12V-5V DC-DC USB dönüştürücü mantığı daha uygun bir alternatif olabilir.

PCB yerleşiminde dikkat edilmesi gerekenler

PCB yerleşimi küçük tutulmuş olsa da güç yolu üzerinde çalışan elemanlar ihmal edilmemelidir.

D1-D4 doğrultucu diyotları, 7805 regülatörü ve Q2 IRF9540 MOSFET akım taşıyan bölümde yer alır.

Bu yüzden özellikle 5V çıkış hattı ile GND hattında mümkün olduğunca kalın yol tercih edilmesi, regülatör çevresinde de hava akışına dikkat edilmesi iyi olur.

LED gösterge ve direnç bölümü yalnızca durum göstergesi olduğu için kritik değildir.

Asıl kritik olan bölüm giriş doğrultma, regülasyon ve USB çıkış hattıdır.

USB soketlerinin lehim noktaları da mekanik zorlanmaya açıktır.

Sık tak-çıkar yapılan uygulamalarda bu bölge sağlam tutulmalıdır.

Pratik kullanım notları

• Bu devre USB veri iletimini korurken beslemeyi harici kaynaktan üretir.
• USB portundan yüksek akım çekmek yerine harici adaptör kullanıldığı için anakart üzerindeki yük azalır.
• Şema 9V AC/DC girişe göre hazırlanmıştır, daha yüksek girişlerde 7805 ısınması ciddi şekilde artar.
• 7805 ile çok yüksek akım almak pratik değildir; akım arttıkça soğutma ihtiyacı büyür.
• Çizimde bazı bağlantılar sade görünse de ana mantık; doğrultma, elektronik anahtarlama, regülasyon ve USB çıkış beslemesi üzerine kuruludur.
• Bu tip devreler basit USB çevre birimleri ve deneysel projelerde işe yarasa da modern hızlı şarj protokollerinin yerine geçmez.

USB Güç Enjektörü devresi, veri hatlarını bozmadan USB çıkış beslemesini harici kaynaktan üretmek için hazırlanmış pratik bir çözümdür.

D1-D4 1N4004 köprü doğrultucu, Q2 IRF9540 MOSFET, Q1 PN100 transistörü ve REG1 7805 regülatörü birlikte çalışarak bilgisayardaki USB portunun güç sınırını zorlamadan çevre birimine 5V besleme sağlar.

Basitliği sayesinde hobi ve deney amaçlı projelerde değerlendirilebilir.

Ancak sürekli yüksek akım gereken uygulamalarda lineer regülatörün ısınması mutlaka hesaba katılmalıdır.

Kısa süreli, orta akımlı ve kontrollü kullanımlarda işe yarayan bu devre, daha verimli sistemler için DC-DC dönüştürücü temelli tasarımlara geçiş öncesinde anlaşılması gereken güzel bir ara çözümdür.

Kaynak: http://siliconchip.com.au/cms/A_102685/article.html