Как создать регулируемый источник питания 5 В из нерегулируемого источника питания 5 В

15

У меня есть проект, который включает в себя определенный одноплатный компьютер * и несколько сотен «умных» RGB-светодиодов WS2812B *, все они работают от источника питания 5 В.

У меня есть 5-вольтовый 15-амперный нерегулируемый источник питания. В то время как светодиоды исправны с нерегулируемым источником питания, микроконтроллер, который я использую, имеет тенденцию иметь проблемы, когда напряжение не стабильно.

Поскольку я хочу запустить все это от одного источника питания, я хотел бы создать около 1 А постоянного напряжения 5 В от нерегулируемого источника 5 В 15 А.

Я хочу встроить этот преобразователь питания в печатную плату, поэтому я ищу дизайн, который я могу реализовать, а не готовую плату. Мой окончательный дизайн будет представлять собой шляпу Pi, то есть она будет закреплена на портах GPIO Pi и расположена сверху.

Все это будет припаяно вручную (через отверстие или поверхностный монтаж), поэтому в идеале это не будет включать больше деталей, чем необходимо. Это один раз, так что, хотя стоимость является проблемой, я не пытаюсь сэкономить копейки.

Какой тип схемы силового преобразователя я могу встроить в свою плату, которая может это сделать? Преобразование только 1 ампер я столкнусь со значительными проблемами нагревания?

Я не прошу никого разрабатывать это для меня, скорее, укажите мне правильное направление.

* WS2812B - это «интеллектуальный» светодиодный RGB источник света с последовательным управлением данными, встроенный в корпус 5050. Соединения имеют цифровой последовательный вход и выход плюс 5 В и заземление. штырьки. Он также включает в себя прецизионный внутренний генератор и (внутренне генерируемый) 12В привод постоянного тока. Устройства соединены последовательно (от Dout до Next Din), позволяя подключать до 1024 устройств и 5-метровый шнур на одном последовательном соединении.
Для более подробной информации см. Паспорт здесь

* Raspberry Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter

— HighInBC
источник

3

Я новичок здесь, так что, если кто-то оставит меня без права голоса, сможет объяснить, почему тогда это поможет мне добиться большего успеха в следующий раз.

— HighInBC

7

Они ошибочно считают, что это вопрос покупки, потому что вы новичок и упомянули Arduino / RPi. Люди здесь ненавидят тех, кто их упоминает. Я удивлен, что это не было единолично перенесено.

— Прохожий

14

Я буду помнить об этом, и в следующий раз просто назову это «маленький 5V компьютер».

— HighInBC

2

Конечное использование не должно иметь значения. Вопрос о том, как регулировать нерегулируемый трансформатор с одинаковым напряжением, прямо стоит в теме.

— Прохожий

1

Не относитесь к Олину слишком серьезно в этом вопросе (но обращайте на него внимание по любому техническому вопросу) - это повторяющаяся политическая проблема с ним, поэтому он использует любое оправдание, чтобы побить эту мертвую лошадь еще больше. [[:-)]] Не принимайте мои комментарии к Олину слишком серьезно, кроме тех, что касаются его технических способностей, это повторяется .... -> Abend: обнаружен ожидающий рекурсивный цикл. || Комментарий Олина относительно WS2812B вполне может быть верным. Или случайные downvoters, возможно, выбрали вас для их ежедневного подарка, как кажется, случается.

— Рассел МакМэхон

3

Техническое описание из XL6009 преобразователя имеет несколько опорных схем, в том числе один для неинвертирующим преобразователя наддува понижающего:

Вам придется адаптировать его к выходу 5 В вместо 12 В, заменив R2 резистором 3,0 К, в соответствии с формулой выше. Диапазон входного сигнала зависит от выходного напряжения и тока, поэтому ваш нерегулируемый источник 5 В должен находиться в диапазоне для регулируемого выхода 5 В.

— Дмитрий Григорьев
источник

1

В техническом описании XL6009 указано, что входное напряжение может варьироваться от 5 до 32 В. Если мой нерегулируемый источник питания 5 В упадет ниже 5 В, не станет ли это проблемой?

— HighInBC,

1

Честное замечание, на самом деле. Я использовал этот чип с Li-Ion в качестве входа (между 3,7 и 4,2 В) без проблем, и, например, на этом сайте утверждают, что их повышающий преобразователь на основе XL6009 работает от 3 В и выше, но спецификация не гарантирует этого.

— Дмитрий Григорьев

1

Я буду принимать реальность за спецификации в любой день.

— HighInBC,

По крайней мере, абсолютные максимальные значения XL6009 не запрещают вам опускаться ниже 5В. Я предполагаю, что вы можете не получить заявленную эффективность или полный ток переключения 4А. Спасибо за упоминание, я пропустил эту строку спецификации.

— Дмитрий Григорьев

Другим решением может быть добавление регулирующей схемы к нерегулируемому источнику питания, чтобы обеспечить регулируемые 5v 1A, а также нерегулируемые 5v 15A. Вы бы «подключились» к источнику нерегулируемого 5v.

— Guill

13

То, что вы хотите, называется «неинвертирующий повышающий преобразователь». Существует несколько различных топологий преобразователя с переключением режимов, которые могут этого достичь.

К сожалению, все они более сложны, чем простой понижающий преобразователь (только ступеньки вниз) или повышающий преобразователь (только ступеньки вверх).

Быстрый Google нашел приложение Ti, сравнивающее варианты. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

У National semiconductor есть онлайн-инструмент под названием webbench, который разработает этот материал для вас. Единственный недостаток, который я обнаружил, это то, что он любит выбирать детали, которые являются PITA для пайки.

— Питер Грин
источник

+1 Это хорошая информация. У меня есть немного чтения, чтобы сделать.

— HighInBC

1

Позвольте мне сообщить, что National Semiconductor больше нет. Они были выкуплены TI некоторое время назад. По сути, теперь вы можете найти инструмент дизайна WebBebch, размещенный на веб-сайте www.ti.com.

— Майкл Карас

Я принял этот ответ, так как он, кажется, направляет меня в правильном направлении.

— HighInBC

6

Вы можете подумать о том, чтобы просто повысить достаточно, чтобы затем линейно регулировать обратно до 5В. Менее эффективно и может быть непрактично, но вы должны по крайней мере делать суммы.

1

Повышающий преобразователь, за которым следует линейный регулятор, вероятно, имеет общую сложность, аналогичную понижающему или сдвоенному понижающему повышающему преобразователю. Так что я не уверен, что вижу много смысла.

— Питер Грин

2

Зачем создавать его самостоятельно, если вы можете купить небольшой конвертер с повышенной отдачей менее чем за десять долларов? У меня довольно положительный опыт с этим . Он небольшой, низкопрофильный и легко поддается пайке (4 отверстия в углах, 2 для ввода и 2 для вывода):

К вашему сведению, размер этой вещи составляет 44x21x13 мм, поэтому она вполне может поместиться между вашей печатной платой и RPi.

— Дмитрий Григорьев
источник

1

Как я уже говорил, я строю печатную плату, которая должна соответствовать форм-фактору. Я, конечно, мог бы использовать компоненты и дизайн с такой платы.

— HighInBC

2

Зачем отвечать таким образом, когда в вопросе четко указано, что он не ищет готовую доску? Даже если он этого не сказал - это никоим образом не отвечает на вопросы, люди читают stackexchange для обучения, а не рекомендации по шопингу, читайте electronics.stackexchange.com/help/on-topic. Такие вещи должны быть в комментариях, не в ответе (если так вообще должно быть, потому что вопрос конкретно говорит «нет» готовым платам)

— ScienceSamovar

2

не говоря уже о том, что конвертеры по вашей ссылке завышены, вы можете найти идентичные (даже от одного и того же производителя) конвертеры гораздо дешевле (около $ 3 каждый)

— ScienceSamovar

Почему нельзя сделать эту предварительно изготовленную плату на специальной печатной плате и сделать это с помощью преобразователя, концентрируясь на остальной части конструкции, а не изобретая колесо? В конце концов, конечно, это ваш выбор.

— Дмитрий Григорьев

1

@DmitryGrigoryev, потому что дело в том, чтобы научиться делать это и применять эти навыки в последующих проектах (например, в производстве, вы не можете использовать такие вещи в производстве). Конечно, вы можете использовать готовые платы и заранее написанный код для всего, но это означает, что в конце вы едва знаете, что именно делает ваша схема, вы просто знаете большие модули. В любом случае, не в этом суть, моя точка зрения была в том, что если человек спросит вас, как сделать какую-то схему и сделать расчет - дать ему ссылку на магазин и сказать «не заморачивайся, просто покупай» мало отговаривает его от обучения.

— ScienceSamovar

-2

Моему Rasberry Pi 2012-2013, рекламируемому как нуждающееся в «5 В», потребовалось 4,88–5,02 В для загрузки и> 4,4 В для продолжения работы. Поскольку ваш источник питания 15 А может на мгновение превышать 5,02 В, я бы не стал этому доверять.

Если вы можете допустить, чтобы некоторые зеленые светодиоды были всегда включены, вы можете использовать их в качестве «переполнения» при 4,9 В, с парами зеленых, параллельными rPi, которые переходят от порога минимальной яркости около 4,8 В до довольно ярко включенного на 5.2V. От вашего источника питания 15 А проложите кабель с номиналом 2 А к плате «Регулятор переполнения», содержащий только пары зеленых светодиодов и достаточное их количество, чтобы подать ток на 5,2 В, хотя обычно они должны использовать намного меньше. Цель состоит в том, чтобы установить на этой плате напряжение около 5 В при выключенном RPI. при необходимости используйте более длинный 2А кабель питания (для его сопротивления). В зависимости от того, какой это нерегулируемый источник питания 15А, вы также можете использовать жирный конденсатор на плате «регулятора переполнения». Из 5V среднеквадратичных нерегулируемых выпрямленных (один из худших видов нерегулируемых),

Затем вы хотите получить достаточную длину провода номиналом 2 А от этой платы до линий «0» и «+5» числа «пи», возможно, с включенным там переключателем, и нацеленность на сопротивление от 1/20 до 1/8 Ом в этих проводах питания. (большинство мультиметров не измеряют так низко, как нужно). Включение rPi должно заметно снизить яркость зеленого цвета и обеспечить постоянное напряжение 4,9 В на уровне rPi.

Пожалуйста, опубликуйте здесь и на форуме rPi измеренное напряжение между TP1 и TP2, так как именно там я ожидаю, что ему понадобится 4,9 вольта (который объявляется как "5")

— Мефисто
источник

2

Использование светодиодов для регулирования напряжения непрофессионально, если не сказать больше. Результирующее напряжение будет сильно дрейфовать со временем, когда светодиоды будут нагреваться. Кроме того, это трата совершенно хороших светодиодов.

— Дмитрий Григорьев

стабилитрон был бы гораздо более уместным.

— Стефан Пол Ноак

1

@ noah1989 да, но вам понадобится много из них для стабилизации 2А, поэтому вы бы добавили транзистор и сделали бы линейный регулятор. И тогда вы бы приняли во внимание, что ваше входное напряжение может быть ниже 5 В, и добавили бы повышающий преобразователь к нему. В конце концов, вы в конечном итоге получите конвертер Boost-Buck (не лично вас, а просто того, кто пытается следовать этому подходу).

— Дмитрий Григорьев