Power supplies for retro computers and arcade
Alimentatori per retro computer e schede arcadePower supplies for retro computers and arcade boards
Una guida pratica per progettare e costruire un alimentatore: dal trasformatore al condensatore di livellamento, dai regolatori 7805, 7812, 7905 e LM317 fino ai 5 A con transistor di potenza, LM338 o moduli switching. Poi il recupero di un alimentatore ATX, le tensioni negative −5 V e −12 V e il collegamento a una scheda arcade JAMMA. Ogni sezione ha il suo calcolatore: inserisci i tuoi valori e ottieni condensatori, potenza dissipata, temperatura, dissipatore e caduta sui cavi.
A practical guide to designing and building a power supply: from the transformer to the smoothing capacitor, from the 7805, 7812, 7905 and LM317 regulators up to 5 A with a pass transistor, an LM338 or a switching module. Then reusing an ATX power supply, the negative −5 V and −12 V rails and wiring a JAMMA arcade board. Every section has its own calculator: enter your values and get capacitors, dissipated power, temperature, heatsink and cable voltage drop.
La tensione di rete a 230 V uccide. Il primario del trasformatore, il fusibile, l'interruttore e l'interno di un alimentatore switching sono a tensione di rete. Usa un contenitore chiuso, il fusibile sul primario, il filo di terra collegato alle parti metalliche e guaine termorestringenti su ogni saldatura. Se non hai esperienza con la rete, parti da un alimentatore già fatto (ATX o alimentatore da banco) e lavora solo sulla parte in bassa tensione.
230 V mains can kill. The transformer primary, the fuse, the switch and the inside of a switching supply are all at mains voltage. Use a closed enclosure, a fuse on the primary, earth bonded to any metal part and heat-shrink sleeving on every joint. If you have no mains experience, start from a ready-made supply (ATX or bench supply) and work only on the low-voltage side.
Dal trasformatore alla tensione continuaFrom the transformer to DC
Un alimentatore lineare classico ha quattro blocchi: trasformatore (abbassa e isola la rete), ponte raddrizzatore (porta tutte le semionde dalla stessa parte), condensatore di livellamento (riempie i buchi tra un picco e l'altro) e regolatore (toglie il ripple e fissa la tensione).
- La tensione scritta sul trasformatore è il valore efficace (RMS) a pieno carico. Il picco è √2 volte più alto: un 12 V~ arriva a circa 17 V di picco.
- Il ponte toglie due cadute di diodo, perché la corrente passa sempre in due diodi: circa 2 × 1 V con i ponti al silicio alla corrente nominale, meno con i ponti Schottky.
- Tra un picco e l'altro il condensatore si scarica sul carico: la tensione scende di ΔV (ripple). Con il ponte i picchi arrivano 100 volte al secondo (rete a 50 Hz), quindi
C ≈ I / (2 · f · ΔV). - Il regolatore funziona finché il punto più basso del ripple resta sopra Vout + dropout. Conta anche la rete bassa: in Italia la tensione può scendere del 10%.
- A vuoto e con la rete alta la tensione sale: i trasformatori piccoli danno anche il 15–25% in più senza carico. Il condensatore deve reggere quella tensione con margine.
A classic linear supply has four blocks: the transformer (steps the mains down and isolates it), the bridge rectifier (flips every half-wave to the same polarity), the smoothing capacitor (fills the gaps between peaks) and the regulator (removes the ripple and fixes the voltage).
- The voltage printed on the transformer is the RMS value at full load. The peak is √2 times higher: a 12 V~ secondary reaches about 17 V peak.
- The bridge drops two diode voltages, because the current always flows through two diodes: about 2 × 1 V for silicon bridges at rated current, less with Schottky bridges.
- Between peaks the capacitor discharges into the load and the voltage falls by ΔV (ripple). A bridge gives 100 peaks per second on 50 Hz mains, hence
C ≈ I / (2 · f · ΔV). - The regulator works as long as the lowest point of the ripple stays above Vout + dropout. Allow for low mains too: it can be 10% under nominal.
- With no load and high mains the voltage rises: small transformers give 15–25% more when unloaded. The capacitor must stand that voltage with some margin.
Il condensatore giustoChoosing the capacitor
Elettrolitico da 105 °C, a bassa ESR se la corrente è alta. Meglio due in parallelo che uno enorme: la corrente di ripple si divide e scaldano meno. Tensione di lavoro almeno il 25–50% sopra la massima a vuoto.
Use a 105 °C electrolytic, low-ESR if the current is high. Two in parallel are better than one huge part: the ripple current is shared and they run cooler. Voltage rating at least 25–50% above the no-load maximum.
Fusibile e trasformatoreFuse and transformer
Sul primario un fusibile ritardato (T): all'accensione il trasformatore e i condensatori scarichi assorbono un picco. Il trasformatore va scelto in VA: con il ponte e il condensatore la corrente efficace del secondario è circa 1,6–1,8 volte la corrente continua.
Put a slow-blow (T) fuse on the primary: at switch-on the transformer and the empty capacitors draw a surge. Size the transformer in VA: with a bridge and capacitor the secondary RMS current is about 1.6–1.8 times the DC current.
Il ponteThe bridge
Il ponte conduce solo vicino ai picchi, con impulsi di corrente molto più alti della media: scegli un ponte da almeno 2–3 volte la corrente del carico e 100 V o più. Oltre 2–3 A serve un ponte con foro (KBPC, GBU) fissato al dissipatore.
The bridge conducts only near the peaks, in current pulses much higher than the average: choose a bridge rated at least 2–3 times the load current and 100 V or more. Above 2–3 A use a bridge with a mounting hole (KBPC, GBU) bolted to the heatsink.
Regolatori lineari: 78xx, 79xx e LM317Linear regulators: 78xx, 79xx and LM317
I 78xx danno una tensione positiva fissa (7805 = +5 V, 7809 = +9 V, 7812 = +12 V…), i 79xx la tensione negativa corrispondente (7905 = −5 V, 7912 = −12 V). L'LM317 è regolabile da 1,25 a 37 V con due resistori, l'LM337 è la sua versione negativa. Funzionano tutti allo stesso modo: tengono l'uscita fissa e bruciano in calore la differenza tra ingresso e uscita.
- Dropout: l'ingresso deve stare sopra l'uscita di circa 2 V per i 78xx (dato tipico a 1 A), 1,1–1,3 V per i 79xx, fino a 3 V per LM317, LM338 e LM350. Gli LDO (LM2940, LM1117, LM1084…) si accontentano di 0,5–1,5 V.
- Potenza dissipata:
P = (Vin − Vout) × I, più la piccola corrente di riposo (3–5 mA nei 78xx). Un 7805 con 12 V in ingresso e 1 A in uscita scalda 7 W: senza dissipatore va in protezione termica in pochi secondi. - Condensatori: quelli del datasheet vanno saldati vicini ai piedini, anche se c'è già il grosso elettrolitico di livellamento. Tensione di lavoro con margine: almeno 1,5 volte la tensione che vedono.
- Diodo di protezione: se all'uscita c'è un condensatore grande e l'ingresso va in corto (o si scarica prima), la corrente torna indietro nel regolatore. Un 1N4001/1N4002 tra uscita e ingresso, polarizzato inverso, la devia.
The 78xx give a fixed positive voltage (7805 = +5 V, 7809 = +9 V, 7812 = +12 V…), the 79xx the matching negative voltage (7905 = −5 V, 7912 = −12 V). The LM317 is adjustable from 1.25 to 37 V with two resistors, the LM337 is its negative version. They all work the same way: they hold the output steady and burn the input-output difference as heat.
- Dropout: the input must stay above the output by about 2 V for the 78xx (typical at 1 A), 1.1–1.3 V for the 79xx and up to 3 V for the LM317, LM338 and LM350. LDOs (LM2940, LM1117, LM1084…) need only 0.5–1.5 V.
- Dissipated power:
P = (Vin − Vout) × I, plus the small quiescent current (3–5 mA in the 78xx). A 7805 fed with 12 V delivering 1 A dissipates 7 W: without a heatsink it goes into thermal shutdown within seconds. - Capacitors: the datasheet ones must sit close to the pins, even if the big smoothing electrolytic is already there. Voltage rating with margin: at least 1.5 times the voltage they see.
- Protection diode: with a large output capacitor, if the input is shorted (or discharges first) the current flows back into the regulator. A reverse-biased 1N4001/1N4002 from output to input diverts it.
| RegolatoreRegulator | Piedini TO-220 (frontale, da sinistra)TO-220 pins (front, left to right) | La linguetta è collegata aTab connected to | Condensatori del datasheetDatasheet capacitors |
|---|---|---|---|
| 78xx | 1 IN · 2 GND · 3 OUT | GND | 0,33 µF in ingresso, 0,1 µF in uscita (onsemi MC7800, ST L78; TI LM340: 0,22 µF in ingresso)0.33 µF input, 0.1 µF output (onsemi MC7800, ST L78; TI LM340: 0.22 µF input) |
| 79xx | 1 GND · 2 IN · 3 OUT | IN (tensione negativa!)(negative voltage!) | 0,33 µF in ingresso, 1 µF in uscita (onsemi MC7900); TI LM79: 2,2 µF e 1 µF al tantalio o ceramici, oppure 25 µF elettrolitico in uscita0.33 µF input, 1 µF output (onsemi MC7900); TI LM79: 2.2 µF and 1 µF tantalum or ceramic, or 25 µF electrolytic on the output |
| LM317 · LM338 · LM350 | 1 ADJ · 2 OUT · 3 IN | OUT | 0,1 µF in ingresso, 1 µF in uscita, 10 µF su ADJ (con i diodi di protezione)0.1 µF input, 1 µF output, 10 µF on ADJ (with protection diodes) |
| LM337 | 1 ADJ · 2 IN · 3 OUT | IN | come l'LM317, con le polarità invertiteas the LM317, with reversed polarities |
Solo nei 78xx la linguetta è a massa. Su 79xx, LM317 e LM337 la linguetta è ingresso o uscita: se il dissipatore tocca il telaio o un altro regolatore, serve l'isolamento (foglietto di mica o silicone e rondella isolante per la vite). Controlla sempre col tester che tra linguetta e dissipatore non ci sia continuità .
Only on the 78xx is the tab grounded. On the 79xx, LM317 and LM337 the tab is the input or output: if the heatsink touches the chassis or another regulator, you need insulation (mica or silicone pad and an insulating bush for the screw). Always check with a meter that there is no continuity between tab and heatsink.
L'LM317 tiene 1,25 V tra OUT e ADJ: in R1 passa quindi una corrente fissa, che attraversa anche R2. Dal piedino ADJ esce in più una corrente di circa 50 µA, che sposta un po' l'uscita (il calcolo ne tiene conto). Con R1 = 240 Ω (lo schema del datasheet) passano 5,2 mA: bastano per il carico minimo tipico di 3,5 mA, ma il datasheet garantisce la regolazione solo da 10 mA. Con 120 Ω passano 10,4 mA e l'uscita resta regolata anche senza carico. Per un'uscita variabile usa per R2 un potenziometro della taglia indicata sotto, con un piccolo resistore in serie se vuoi limitare la tensione minima.
The LM317 keeps 1.25 V between OUT and ADJ, so a fixed current flows through R1 and on through R2. About 50 µA also leaves the ADJ pin and shifts the output slightly (the calculation includes it). With R1 = 240 Ω (the datasheet circuit) the current is 5.2 mA: enough for the typical 3.5 mA minimum load, but the datasheet only guarantees regulation from 10 mA. With 120 Ω the current is 10.4 mA and the output stays regulated even with no load. For a variable output use a potentiometer of the size shown below for R2, with a small series resistor if you want to limit the minimum voltage.
Quando serve il dissipatore, e quanto grandeWhen you need a heatsink, and how big
Il calore va dalla giunzione del chip all'aria attraverso una catena di resistenze termiche, in °C/W: ogni watt dissipato alza la temperatura di tanti gradi quanti sono i °C/W della catena.
- Senza dissipatore:
Tj = Ta + P × Rth(j-a). Un TO-220 ha circa 50–65 °C/W: già con 1 W la giunzione sta 50–65 °C sopra l'ambiente. - Con il dissipatore:
Tj = Ta + P × (Rth(j-c) + Rth(c-s) + Rth(s-a)). Rth(j-c) è nel datasheet (78xx in TO-220: 4–5 °C/W), Rth(c-s) dipende dal montaggio (pasta termica, mica), Rth(s-a) è il dato del dissipatore. - Il datasheet dei 78xx consente fino a 125 °C (150 °C come limite assoluto), ma per durare a lungo conviene progettare per 100 °C o meno. Un dissipatore che scotta al tatto (oltre 60 °C) è il segnale che serve qualcosa di più grande.
Heat flows from the chip junction to the air through a chain of thermal resistances, in °C/W: every watt dissipated raises the temperature by as many degrees as the °C/W of the chain.
- Without a heatsink:
Tj = Ta + P × Rth(j-a). A TO-220 has about 50–65 °C/W: even 1 W puts the junction 50–65 °C above ambient. - With a heatsink:
Tj = Ta + P × (Rth(j-c) + Rth(c-s) + Rth(s-a)). Rth(j-c) is in the datasheet (78xx in TO-220: 4–5 °C/W), Rth(c-s) depends on the mounting (thermal paste, mica), Rth(s-a) is the heatsink rating. - The 78xx datasheet allows up to 125 °C (150 °C absolute maximum), but for a long life design for 100 °C or less. A heatsink too hot to touch (above 60 °C) is a sign you need a bigger one.
| Rth dissipatoreHeatsink Rth | Che cosa usare (valori indicativi, controlla il dato del produttore)What to use (indicative values, check the maker's rating) |
|---|---|
| oltreover 20 °C/W | aletta a clip o piccolo dissipatore a U per TO-220 (20–30 °C/W)clip-on fin or small U-shaped TO-220 heatsink (20–30 °C/W) |
| 10–20 °C/W | dissipatore alettato per TO-220 alto 25–40 mmfinned TO-220 heatsink 25–40 mm tall |
| 5–10 °C/W | profilato alettato lungo 50–75 mmfinned extrusion 50–75 mm long |
| 2–5 °C/W | profilato grande (100 mm e oltre) o il pannello posteriore in alluminio del contenitorelarge extrusion (100 mm and up) or the enclosure's aluminium back panel |
| sottobelow 2 °C/W | dissipatore grande con ventola, oppure riduci la potenza: tensione d'ingresso più bassa, più regolatori o un regolatore switchinglarge heatsink with a fan, or cut the power: lower input voltage, several regulators or a switching regulator |
Correnti più alte, fino a circa 5 AHigher currents, up to about 5 A
Un 78xx o un LM317 arrivano a 1–1,5 A. Per un computer con molta logica TTL o per una scheda arcade servono 3–5 A e oltre: ci sono tre strade.
A 78xx or an LM317 delivers 1–1.5 A. A computer full of TTL logic or an arcade board needs 3–5 A or more: there are three ways to get there.
LM338 (5 A) e LM350 (3 A)LM338 (5 A) and LM350 (3 A)
Sono "LM317 grandi": stessi piedini, stessa formula (tensione di riferimento 1,24–1,25 V), stessi resistori. L'LM338 garantisce 5 A (limite di corrente 8 A tipico) in TO-220 o TO-3. Serve un ingresso di almeno 3 V sopra l'uscita: a 5 A e 3 V di caduta sono già 15 W, quindi dissipatore grande.
They are "big LM317s": same pins, same formula (1.24–1.25 V reference), same resistors. The LM338 is rated for 5 A (8 A typical current limit) in TO-220 or TO-3. The input must be at least 3 V above the output: at 5 A and 3 V of drop that is already 15 W, so a large heatsink.
Regolatore + transistor PNPRegulator + PNP transistor
Lo schema "high current" dei datasheet: un PNP di potenza (MJ2955, TIP2955) in parallelo al regolatore. Finché la corrente è bassa lavora solo il regolatore; quando la caduta su R1 arriva a circa 0,7 V il transistor si accende e porta quasi tutta la corrente. L'uscita resta regolata dal 78xx o dall'LM317. Il calcolatore del regolatore lo dimensiona (casella "transistor di potenza").
The "high current" circuit from the datasheets: a power PNP (MJ2955, TIP2955) in parallel with the regulator. At low current only the regulator works; when the drop across R1 reaches about 0.7 V the transistor turns on and carries most of the current. The output is still regulated by the 78xx or LM317. The regulator calculator sizes it (tick "pass transistor").
Switching step-down (buck)Switching step-down (buck)
Un LM2596 (3 A, ingresso fino a 40 V, 150 kHz) o un modulo buck già montato non brucia la differenza di tensione: la trasforma. Da 12 V a 5 V a 3 A il datasheet dà circa l'80% di rendimento, cioè 3–4 W di perdite invece dei 21 W di un lineare.
An LM2596 (3 A, input up to 40 V, 150 kHz) or a ready-made buck module does not burn the voltage difference: it converts it. From 12 V to 5 V at 3 A the datasheet gives about 80% efficiency, i.e. 3–4 W of losses instead of the 21 W of a linear regulator.
Il transistor di bypass non ha protezione dal cortocircuito. Il regolatore si protegge, ma il PNP continua a condurre finché non si brucia (lui o le piste). Le soluzioni: un fusibile rapido in uscita, oppure lo schema completo del datasheet Fairchild con un secondo PNP (TIP42) e una resistenza di misura Rsc = VBE / Icc in serie all'emettitore del transistor di potenza, che gli toglie la base quando la corrente supera Icc. Il transistor va sul dissipatore: dissipa quasi tutto, (Vin − Vout) × I. Con il TO-3 il case è il collettore, cioè l'uscita: isolalo.
The pass transistor has no short-circuit protection. The regulator protects itself, but the PNP keeps conducting until it (or the traces) burns. The fixes: a fast fuse on the output, or the full Fairchild datasheet circuit with a second PNP (TIP42) and a sense resistor Rsc = VBE / Isc in series with the power transistor emitter, which pulls its base drive when the current exceeds Isc. The transistor goes on the heatsink: it dissipates almost everything, (Vin − Vout) × I. On a TO-3 the case is the collector, i.e. the output: insulate it.
| Lineare (78xx, LM317, LM338)Linear (78xx, LM317, LM338) | Switching (LM2596, moduli buck)Switching (LM2596, buck modules) | |
|---|---|---|
| RendimentoEfficiency | Vout / Vin: 5 V da 12 V = 42%Vout / Vin: 5 V from 12 V = 42% | 75–90%75–90% |
| RumoreNoise | praticamente nullo: ideale per audio (SID, amplificatori) e video analogicopractically none: ideal for audio (SID, amplifiers) and analogue video | ripple a 150 kHz e picchi di commutazione: servono filtro LC e un buon layout150 kHz ripple and switching spikes: needs an LC filter and a good layout |
| CaloreHeat | alto, dissipatore grande sopra 1–2 Ahigh, large heatsink above 1–2 A | basso, spesso basta il circuito stampatolow, often the PCB is enough |
| GuastiFailures | se muore va quasi sempre in protezione o in apertowhen it dies it usually shuts down or goes open | se il MOSFET va in corto l'ingresso finisce sull'uscita: metti un crowbar o un fusibile davanti a chip rariif the switch shorts the input lands on the output: add a crowbar or a fuse ahead of rare chips |
| Moduli economiciCheap modules | — | la corrente dichiarata è spesso il picco: usali al 60–70%; il trimmer va bloccato con una goccia di collathe stated current is often the peak: run them at 60–70%; lock the trimmer with a drop of glue |
Con un trasformatore e un lineare, a 5 A anche il livellamento diventa enorme: per 2 V di ripple servono 25 000 µF, il ponte va sul dissipatore e il trasformatore deve essere da 100 VA e più. Per i 5 V di una scheda con tanta logica spesso conviene un switching o un ATX, e tenere il lineare per le tensioni piccole e "pulite" (audio, −5 V, 12 V di un SID).
With a transformer and a linear regulator at 5 A even the smoothing gets huge: 2 V of ripple needs 25,000 µF, the bridge must be heatsinked and the transformer must be 100 VA or more. For the 5 V of a board full of logic a switching supply or an ATX is often the better choice, keeping linear regulators for the small "clean" rails (audio, −5 V, a SID's 12 V).
Recuperare un alimentatore ATXReusing an ATX power supply
Un alimentatore da PC dà +5 V e +12 V con decine di ampere, protetti da cortocircuito e sovratensione, a costo quasi zero. È una buona base per un banco di prova o per una supergun, con alcune avvertenze.
A PC power supply gives +5 V and +12 V at tens of amps, protected against shorts and overvoltage, for next to nothing. It is a good base for a test bench or a supergun, with a few caveats.
AccenderloSwitching it on
- Il +5 VSB (viola) è sempre acceso finché l'alimentatore è collegato alla rete.
- Collega PS_ON# (verde, pin 16 nel 24 pin, pin 14 nel 20 pin) a un COM (nero): l'alimentatore si accende. Usa un interruttore, non un ponticello fisso, così lo spegni senza staccare la spina.
- PWR_OK (grigio) sale a 5 V quando le tensioni sono stabili: puoi usarlo per un LED o per tenere in reset la scheda.
- Il filo marrone sul pin 13 (11 nel 20 pin) è il sense del 3,3 V: lascialo collegato all'arancione, altrimenti alcuni alimentatori non partono o alzano il 3,3 V.
- +5 VSB (purple) is always on while the supply is plugged into the mains.
- Connect PS_ON# (green, pin 16 on the 24-pin, pin 14 on the 20-pin) to a COM (black): the supply turns on. Use a switch, not a fixed jumper, so you can turn it off without pulling the plug.
- PWR_OK (grey) rises to 5 V once the rails are stable: use it for an LED or to hold the board in reset.
- The brown wire on pin 13 (11 on the 20-pin) is the 3.3 V sense: keep it joined to the orange one, or some supplies won't start or will raise the 3.3 V.
Carico minimoMinimum load
Gli alimentatori vecchi, a regolazione di gruppo (un solo controllo per 5 V e 12 V), vogliono un carico sul +5 V per regolare bene, e se carichi solo il 5 V il 12 V sale (o viceversa). Una resistenza da 10 Ω 10 W sul +5 V (0,5 A, 2,5 W, va montata in aria o su metallo) di solito basta. Gli alimentatori moderni a conversione DC-DC ne hanno meno bisogno, ma danno quasi tutta la potenza sul 12 V: guarda in etichetta quanti ampere ha il +5 V e la potenza combinata 3,3 + 5 V.
Older supplies with group regulation (one control loop for 5 V and 12 V) want a load on +5 V to regulate properly, and if you load only the 5 V the 12 V drifts up (or vice versa). A 10 Ω 10 W resistor on +5 V (0.5 A, 2.5 W, mounted in free air or on metal) is usually enough. Modern DC-DC supplies need it less, but put almost all their power on 12 V: check the label for how many amps the +5 V has and the combined 3.3 + 5 V power.
Quali linee usareWhich rails to use
- +5 V la linea principale: usa tutti i fili rossi in parallelo (pin 4, 6, 21, 22, 23).
- +12 V audio, monitor, motori dei floppy: pin 10 e 11, più i connettori periferici.
- −12 V per la specifica ATX12V bastano 0,3 A; in etichetta trovi 0,3–0,8 A. Basta per RS-232, op-amp audio e un 7905, non per carichi grossi.
- −5 V solo negli alimentatori vecchi: la specifica lo ha reso facoltativo nel 2002 (ATX12V 1.2) e tolto nel 2003 (1.3).
- COM la massa: usa tanti fili neri quanti sono i rossi e i gialli che usi.
- +5 V the main rail: use all the red wires in parallel (pins 4, 6, 21, 22, 23).
- +12 V audio, monitors, floppy motors: pins 10 and 11, plus the peripheral connectors.
- −12 V the ATX12V spec only requires 0.3 A; labels show 0.3–0.8 A. Fine for RS-232, audio op-amps and a 7905, not for big loads.
- −5 V only on old supplies: the spec made it optional in 2002 (ATX12V 1.2) and dropped it in 2003 (1.3).
- COM ground: use as many black wires as the red and yellow ones you use.
SicurezzaSafety
- Non aprirlo se non serve. Dentro ci sono condensatori da circa 400 V che restano carichi anche minuti dopo aver staccato la spina.
- Se devi aprirlo (ventola, condensatori gonfi sul secondario) stacca la spina, aspetta, e misura il grosso condensatore primario prima di toccare.
- Lascia la ventola e il coperchio: l'alimentatore è progettato per raffreddarsi così.
- I fili che non usi vanno isolati uno per uno (non legati insieme): un +12 V che tocca il 5 V di una scheda la distrugge.
- Prova sempre le tensioni a vuoto e con il carico finto prima di collegare la scheda.
- Don't open it unless you have to. Inside there are capacitors at about 400 V that stay charged for minutes after unplugging.
- If you must open it (fan, bulging secondary capacitors) unplug it, wait, and measure the big primary capacitor before touching anything.
- Keep the fan and the cover: the supply is designed to be cooled that way.
- Insulate unused wires one by one (not bundled together): a +12 V touching a board's 5 V destroys it.
- Always check the voltages unloaded and with the dummy load before connecting the board.
Tensioni negative: −5 V e −12 VNegative rails: −5 V and −12 V
Molte macchine degli anni '70 e '80 usano tensioni negative: le DRAM 4116 vogliono +12, +5 e −5 V, le porte RS-232 ±12 V, gli amplificatori operazionali audio di molte schede arcade −5 V. Il −5 V è sparito dagli ATX, quindi va ricavato.
- 7905 dal −12 V: la soluzione più semplice con un ATX. La caduta è di 7 V, quindi a 0,3 A il 7905 scalda 2,1 W: piccolo dissipatore, isolato perché la linguetta è l'ingresso a −12 V. Il limite è la corrente del −12 V dell'alimentatore.
- Pompa di carica ICL7660 (o MAX1044) dal +5 V: dà circa −5 V con pochi componenti, ma la resistenza d'uscita è di circa 55 Ω, quindi a 10 mA esce già −4,5 V e a 20 mA circa −3,9 V. Va bene per un op-amp o un ADC, non per una scheda arcade. L'LT1054 arriva a 100 mA.
- Modulo DC-DC isolato (per esempio 5 V → 5 V o 12 V → 5 V, 1–3 W): siccome l'uscita è isolata, colleghi il suo + alla massa e il − diventa −5 V. Comodo e robusto; usa un modello regolato o aggiungi un 7905 se serve precisione.
- Avvolgimento dedicato: con un trasformatore, un secondario o una presa centrale, ponte e 79xx danno il negativo "pulito" (vedi la sezione 2).
Many 1970s and 1980s machines use negative rails: 4116 DRAMs need +12, +5 and −5 V, RS-232 ports ±12 V, the audio op-amps of many arcade boards −5 V. ATX supplies dropped the −5 V, so you have to make it.
- 7905 from −12 V: the simplest solution with an ATX. The drop is 7 V, so at 0.3 A the 7905 dissipates 2.1 W: small heatsink, insulated because the tab is the −12 V input. The limit is the supply's −12 V current.
- ICL7660 charge pump (or MAX1044) from +5 V: about −5 V with few parts, but the output resistance is about 55 Ω, so 10 mA already gives −4.5 V and 20 mA about −3.9 V. Fine for an op-amp or an ADC, not for an arcade board. The LT1054 goes up to 100 mA.
- Isolated DC-DC module (e.g. 5 V → 5 V or 12 V → 5 V, 1–3 W): since the output is isolated, connect its + to ground and the − becomes −5 V. Handy and robust; use a regulated model or add a 7905 if you need accuracy.
- Dedicated winding: with a transformer, a secondary or centre tap, a bridge and a 79xx give a "clean" negative rail (see section 2).
| LineaRail | Chi la usaWho uses it | Correnti tipicheTypical currents |
|---|---|---|
| −5 V JAMMA | amplificatori operazionali audio, DRAM 4116 e logica di alcune schede vecchie; molte schede (per esempio Neo Geo MVS) non lo usano affattoaudio op-amps, 4116 DRAMs and logic on some older boards; many boards (e.g. Neo Geo MVS) don't use it at all | da poche decine a qualche centinaio di mA; gli alimentatori arcade lo danno fino a 1 Afrom a few tens to a few hundred mA; arcade supplies offer up to 1 A |
| −12 V | RS-232, op-amp, alcuni monitor e perifericheRS-232, op-amps, some monitors and peripherals | decine di mA; l'ATX ne garantisce 0,3 Atens of mA; ATX guarantees 0.3 A |
Schede arcade e connettore JAMMAArcade boards and the JAMMA connector
Il connettore JAMMA ha 56 contatti: 28 sul lato componenti (numeri 1–28) e 28 sul lato saldature (lettere A–f, senza G, I, O e Q). I pin di alimentazione sono uguali sui due lati, uno di fronte all'altro, e vanno collegati tutti: ogni contatto regge pochi ampere e la scheda ne assorbe tanti sul +5 V.
The JAMMA connector has 56 contacts: 28 on the component side (numbers 1–28) and 28 on the solder side (letters A–f, skipping G, I, O and Q). The power pins are the same on both sides, facing each other, and all of them must be wired: each contact carries only a few amps and the board draws a lot on +5 V.
| Lato componentiComponent side | Lato saldatureSolder side | FunzioneFunction |
|---|---|---|
| 1, 2 | A, B | GND |
| 3, 4 | C, D | +5 V |
| 5 | E | −5 V |
| 6 | F | +12 V |
| 7 | H | chiave (polarizzazione, nessun contatto)key (polarising slot, no contact) |
| 10 | L | altoparlante + / −speaker + / − |
| 14 | — | massa videovideo ground |
| 27, 28 | e, f | GND |
Cavi e caduta di tensioneWires and voltage drop
Una scheda arcade può assorbire da 2–3 A (schede recenti) a 8 A e oltre (schede anni '80 piene di TTL) sul +5 V. Con un filo sottile e lungo si perdono facilmente 0,2–0,3 V tra alimentatore e scheda, e la caduta c'è sia sul +5 V sia sulla massa. Usa almeno filo da 1 mm² (AWG 18), tutti i pin +5 V e tutti i GND, e tieni il cablaggio corto.
An arcade board can draw from 2–3 A (later boards) to 8 A or more (1980s boards full of TTL) on +5 V. With a long thin wire you easily lose 0.2–0.3 V between supply and board, and the drop happens on both the +5 V and the ground. Use at least 1 mm² (AWG 18) wire, all +5 V pins and all GND pins, and keep the harness short.
Regola sul connettore della schedaAdjust at the board connector
Gli alimentatori arcade hanno un trimmer sul +5 V (gli altri rami lo seguono). Regolalo misurando con il tester sul connettore JAMMA della scheda, tra un +5 V e un GND, con la scheda accesa: 5,00–5,10 V. Misurare sui morsetti dell'alimentatore non tiene conto dei cavi. Sotto 4,75 V molte schede si resettano o danno grafica sporca; sopra 5,25 V i chip soffrono.
Arcade supplies have a trimmer on +5 V (the other rails follow it). Adjust it measuring with a meter at the board's JAMMA connector, between a +5 V and a GND, with the board running: 5.00–5.10 V. Measuring at the supply terminals ignores the wiring. Below 4.75 V many boards reset or show garbled graphics; above 5.25 V the chips suffer.
- L'ATX non ha il trimmer del 5 V: la caduta sui cavi non si può compensare, quindi cavi corti e grossi. Molti ATX stanno sui 5,05–5,10 V a vuoto e arrivano alla scheda giusti con un cablaggio fatto bene.
- Controlla in etichetta la corrente del +5 V: un ATX moderno può dare 15–20 A sul 5 V ma 60 A sul 12 V. Per schede che assorbono 8–10 A sul 5 V scegli un alimentatore che li regga con margine.
- Metti un fusibile sul +12 V (2–3 A): alimenta l'amplificatore audio, e un corto sulla scheda con un ATX da decine di ampere fa danni.
- Alcuni ATX con il 12 V scarico e tanto 5 V vanno fuori tolleranza: misura tutte le tensioni con la scheda accesa.
- The ATX has no 5 V trimmer: you cannot compensate the cable drop, so short, thick wires. Many ATX supplies sit at 5.05–5.10 V unloaded and reach the board at the right voltage with good wiring.
- Check the +5 V current on the label: a modern ATX may give 15–20 A on 5 V but 60 A on 12 V. For boards drawing 8–10 A on 5 V pick a supply that handles it with margin.
- Fuse the +12 V (2–3 A): it powers the audio amplifier, and a short on the board fed by an ATX with tens of amps does damage.
- Some ATX supplies with an unloaded 12 V and a heavy 5 V go out of tolerance: measure every rail with the board running.
Prima di inserire la scheda misura col tester sul connettore del cablaggio: +5 V tra 3 e 1, +12 V tra 6 e 1, −5 V tra 5 e 1, e lo stesso sul lato saldature. Gli errori che distruggono una scheda sono due: polarità invertita (rosso e nero scambiati o connettore montato al contrario) e +12 V sul pin sbagliato, per esempio sul 5/E (−5 V) o sul +5 V, che brucia in un attimo CPU, RAM e chip custom. Il connettore deve avere la chiave tra i pin 6 e 8 (7/H), perché la scheda non entri girata. Le schede non JAMMA (molte schede Konami, Sega e Data East degli anni '80) hanno piedinature diverse: servono l'adattatore giusto e il manuale della scheda.
Before plugging the board in measure at the harness connector with a meter: +5 V between 3 and 1, +12 V between 6 and 1, −5 V between 5 and 1, and the same on the solder side. Two mistakes kill a board: reversed polarity (red and black swapped or the connector fitted backwards) and +12 V on the wrong pin, e.g. on 5/E (−5 V) or on +5 V, which instantly burns CPU, RAM and custom chips. The connector must have the key between pins 6 and 8 (7/H) so the board can't go in reversed. Non-JAMMA boards (many 1980s Konami, Sega, Data East boards) have different pinouts: you need the right adapter and the board's manual.
Dati verificati sui datasheet onsemi MC7800/MC7900, TI LM340, LM79, LM317, LM338, LM2596, Renesas ICL7660, sulla Intel ATX12V Power Supply Design Guide 2.2 e sulle piedinature JAMMA dell'Arcade Museum e del Neo Geo Development Wiki. I calcoli sono stime da progetto: verifica sempre con il datasheet del componente che usi e con il tester. Vedi anche Connettori video e Pinout chip.
Data checked against the onsemi MC7800/MC7900, TI LM340, LM79, LM317, LM338, LM2596 and Renesas ICL7660 datasheets, the Intel ATX12V Power Supply Design Guide 2.2 and the JAMMA pinouts from the Arcade Museum and the Neo Geo Development Wiki. The results are design estimates: always check the datasheet of the part you use and measure with a meter. See also Video connectors and Chip pinouts.