So erstellen Sie eine geregelte 5-V-Stromversorgung aus einer ungeregelten 5-V-Stromversorgung

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Ich habe ein Projekt, das einen bestimmten Einplatinencomputer * und mehrere hundert "intelligente" RGB-LEDs * des Typs WS2812B umfasst , die alle mit 5 V betrieben werden.

Ich habe eine 5 Volt 15 Ampere ungeregelte Stromversorgung. Während die LEDs mit einem ungeregelten Netzteil in Ordnung sind, treten bei dem von mir verwendeten Mikrocontroller häufig Probleme auf, wenn die Spannung nicht konstant ist.

Da ich alles an einer Stromquelle betreiben möchte, möchte ich aus der ungeregelten 15-A-5-V-Quelle etwa 1 Ampere geregelten 5-V-Strom erzeugen.

Ich möchte diesen Stromrichter auf eine Leiterplatte aufbauen, daher suche ich nach einem Design, das ich implementieren kann, und nicht nach einer vorgefertigten Platine. Mein endgültiges Design wird ein Pi-Hut sein, das heißt, er wird auf die GPIO-Ports des Pi geklipst und sitzt oben.

Dies alles wird manuell gelötet (Durchgangsbohrung oder Oberflächenmontage), so dass idealerweise nicht mehr Teile benötigt werden. Dies ist eine einmalige Sache, also versuche ich nicht, ein paar Cent zu sparen, obwohl die Kosten ein Problem sind.

Welche Art von Stromrichterschaltung könnte ich auf meine Platine aufbauen, die dies kann? Wenn ich nur 1 Ampere umwandle, stoße ich auf erhebliche Hitzeprobleme?

Ich bitte niemanden, dies für mich zu entwerfen, sondern weise mich in die richtige Richtung.

* Der WS2812B ist eine "intelligente" serielle datengesteuerte LED-RGB-Lichtquelle, die in einem 5050-Gehäuse integriert ist. Die Anschlüsse sind digitale serielle Ein- und Ausgänge sowie 5 V und Masse. Stifte. Es enthält außerdem einen internen Präzisionsoszillator und einen (intern erzeugten) 12-V-Konstantstromantrieb. Die Geräte sind in Reihe geschaltet (Dout to next Din), sodass bis zu 1024 Geräte und ein 5 Meter langer String an einer einzigen Reihenschaltung angeschlossen werden können.
Weitere Details finden Sie im Datenblatt hier

* Himbeer-Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter

— HighInBC
quelle

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Ich bin neu hier, also wenn jemand, der mir eine Ablehnung hinterlassen hat, erklären könnte, warum das dann hilft, es beim nächsten Mal besser zu machen.

— HighInBC

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Sie denken fälschlicherweise, dass dies eine Einkaufsfrage ist, weil Sie neu sind und Arduino / RPi erwähnt haben. Die Leute hier hassen jeden, der diese erwähnt. Ich bin überrascht, dass es noch nicht im Alleingang migriert wurde.

— Passant

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Das werde ich mir merken und beim nächsten Mal einfach einen "kleinen 5V-Computer" nennen.

— HighInBC

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Der Endverbrauch sollte keine Rolle spielen. Eine Frage, wie man einen ungeregelten Transformator mit der gleichen Spannung regelt, ist genau umstritten.

— Passant

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Nehmen Sie Olin in dieser Angelegenheit nicht zu ernst (aber nehmen Sie ihn in irgendeiner technischen Angelegenheit genau zur Kenntnis) - dies ist eine immer wiederkehrende politische Angelegenheit, deshalb benutzt er jede Ausrede, um dieses tote Pferd noch mehr zu schlagen. [[:-)]] Nimm meine Kommentare zu Olin nicht zu ernst, außer die zu seinen technischen Fähigkeiten, dies ist eine wiederkehrende .... -> Abend: Anstehende rekursive Schleife erkannt. || Olins Kommentar zu WS2812B könnte durchaus richtig sein. Oder die zufälligen Downvoter haben Sie für ihr tägliches Geschenk ausgewählt, wie es scheint.

— Russell McMahon

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Das Datenblatt des XL6009- Konverters enthält mehrere Referenzschemata, darunter eines für nicht invertierende Boost-Buck-Konverter:

Sie müssen es anpassen, um 5 V anstelle von 12 V auszugeben, indem Sie R2 durch einen 3,0-K-Widerstand gemäß der obigen Formel ersetzen. Der Eingangsbereich hängt von der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom ab. Daher sollte Ihre ungeregelte 5-V-Quelle für einen geregelten 5-V-Ausgang im Bereich liegen.

— Dmitry Grigoryev
quelle

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Das Datenblatt für den XL6009 besagt, dass die Eingangsspannung zwischen 5V und 32V liegen kann. Wenn meine ungeregelte 5V-Versorgung unter 5V fällt, ist das dann kein Problem?

— HighInBC

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Eigentlich eine schöne Bemerkung. Ich habe diesen Chip mit Li-Ion als Eingangssignal (zwischen 3,7 und 4,2 V) ohne Probleme verwendet, und diese Seite behauptet beispielsweise , dass der auf XL6009 basierende Boost-Konverter ab 3 V funktioniert, aber die Spezifikation garantiert dies nicht.

— Dmitry Grigoryev

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Ich werde die Spezifikationen jeden Tag in die Realität umsetzen.

— HighInBC

Zumindest die absoluten Maximalwerte von XL6009 verbieten nicht, dass Sie unter 5V gehen. Ich vermute, dass Sie möglicherweise nicht den beanspruchten Wirkungsgrad oder den vollen 4A-Schaltstrom erreichen. Vielen Dank für die Erwähnung, ich habe diese Zeile der Spezifikation übersehen.

— Dmitry Grigoryev

Eine andere Lösung könnte darin bestehen, die Regelschaltung zur ungeregelten Versorgung hinzuzufügen, um sowohl geregelte 5 V 1A als auch ungeregelte 5 V 15 A bereitzustellen. Sie würden in die Quelle des ungeregelten 5V "klopfen".

— Guill

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Was Sie wollen, wird als "nicht invertierender Buck-Boost-Wandler" bezeichnet. Es gibt einige verschiedene Topologien von Switched-Mode-Wandlern, die dies erreichen können.

Leider sind alle komplexer als ein einfacher Abwärtswandler (nur Abwärtswandler) oder Aufwärtswandler (nur Aufwärtswandler).

Eine schnelle Google fand eine Ti-Appnote, die die Optionen vergleicht. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

National Semiconductor hat ein Online-Tool namens webbench, das dieses Material für Sie entwickelt. Der einzige Nachteil, den ich dabei festgestellt habe, ist, dass es gerne Teile auswählt, die ein PITA zum Löten sind.

— Peter Green
quelle

+1 Das sind gute Informationen. Ich muss ein bisschen lesen.

— HighInBC

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Lassen Sie mich mitteilen, dass National Semiconductor nicht mehr ist. Sie wurden vor einiger Zeit von TI aufgekauft. Tatsächlich finden Sie das WebBebch-Designtool jetzt auf der Website www.ti.com.

— Michael Karas

Ich habe diese Antwort akzeptiert, da sie mich in die richtige Richtung zu weisen scheint.

— HighInBC

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Sie könnten erwägen, nur genug zu steigern, um dann wieder auf 5 V linear zu regeln. Weniger effizient und möglicherweise unpraktisch, aber Sie sollten zumindest die Summen tun.

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Ein Hochsetzsteller, dem ein linearer Regler folgt, hat wahrscheinlich eine ähnliche Gesamtkomplexität wie ein Hochsetzsteller mit zwei Schaltern. Ich bin mir also nicht sicher, ob ich viel Sinn sehe.

— Peter Green

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Warum selbst einen bauen, wenn Sie einen kleinen Boost-Buck-Wandler für weniger als zehn Dollar kaufen können? Ich habe eine ziemlich positive Erfahrung mit diesem . Es ist klein, flach und leicht zu löten (4 Löcher in den Ecken, 2 für die Eingabe und 2 für die Ausgabe):

Zu Ihrer Information, die Größe dieses Dings ist 44x21x13mm, es kann also gut zwischen Ihrer benutzerdefinierten Platine und dem RPi passen.

— Dmitry Grigoryev
quelle

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Wie bereits erwähnt, baue ich eine Leiterplatte, die einem Formfaktor entsprechen muss. Ich könnte natürlich die Komponenten und das Design von einem solchen Board verwenden.

— HighInBC

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Warum so antworten, wenn in der Frage klar steht, dass er kein vorgefertigtes Board sucht? Auch wenn er es nicht gesagt - dies ist nicht die Fragen in irgendeiner Weise zu beantworten, Stack für das Lernen Leute lesen, nicht einkaufen-Empfehlungen lesen electronics.stackexchange.com/help/on-topic Sachen wie dies in den Kommentaren sein sollte, Nicht in der Antwort (wenn es überhaupt sein sollte, weil die Frage ausdrücklich "Nein" zu den handelsüblichen Boards sagt)

— ScienceSamovar

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Ganz zu schweigen davon, dass die Konverter auf Ihrem Link überteuert sind. Sie können identische (auch vom gleichen Hersteller) Konverter viel billiger finden (jeweils ca. 3 US-Dollar)

— ScienceSamovar

Warum kann man diese vorgefertigte Platine nicht auf der benutzerdefinierten Platine stapeln und mit dem Konverter fertig werden, indem man sich auf den Rest des Designs konzentriert, anstatt das Rad neu zu erfinden? Am Ende haben Sie natürlich die Wahl.

— Dmitry Grigoryev

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@DmitryGrigoryev, denn es geht darum, zu lernen, wie man das macht, und diese Fähigkeiten in weiteren Projekten anzuwenden (die beispielsweise in die Produktion gehen, können Sie diese Art von Dingen in der Produktion nicht verwenden). Natürlich können Sie vorgefertigte Boards und vorgefertigten Code für alles verwenden, aber das bedeutet, dass Sie am Ende kaum wissen, was genau Ihre Schaltung tut, Sie kennen nur große Module. Wie auch immer, es ging nicht darum, ob jemand Sie fragt, wie Sie eine Schaltung erstellen und Berechnungen durchführen sollen. Wenn Sie ihm einen Link zum Speichern geben und sagen, dass Sie sich nicht die Mühe machen, nur kaufen, kann er nicht lernen.

— ScienceSamovar

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Mein 2012-2013 Himbeer-Pi, der als "5V reguliert" beworben wurde, benötigte zum Booten 4,88 bis 5,02 V und> 4,4 V, um den Betrieb fortzusetzen. Da Ihre 15-A-Hauptversorgung zeitweise möglicherweise über 5,02 Volt liegt, würde ich ihr nicht vertrauen.

Wenn Sie es tolerieren können, dass eine grüne LED immer an ist, können Sie einige als "Überlauf" bei 4,9 Volt mit Grünpaaren parallel zum rPi verwenden, die von der Schwelle minimaler Helligkeit bei etwa 4,8 V bis ziemlich hell bei gehen 5,2 V. Verlegen Sie von Ihrer 15-A-Versorgung ein Kabel mit einer Nennleistung von 2 Ampere zu Ihrer "Überlaufregler" -Platine, das nur grüne LED-Paare enthält, und genug davon, um einen Verstärker mit 5,2 V zu entladen. Normalerweise sollten sie jedoch viel weniger Strom verbrauchen. Ziel ist es, sich auf diesem Board mit ausgeschaltetem rPi auf nahe 5 V einzustellen. Verwenden Sie ggf. ein längeres 2A-Versorgungskabel (wegen des Widerstands). Abhängig von der Art der ungeregelten 15-A-Versorgung möchten Sie möglicherweise auch einen Fettkondensator auf der Karte "Überlaufregler". Ab 5V rms ungeregelt gleichgerichtet (eine der schlimmsten ungeregelten Arten),

Als nächstes möchten Sie eine ausreichende Länge von 2A-Draht von dieser Platine zu den "0" - und "+5" -Leitungen des Pi, möglicherweise mit einem Schalter darin, und mit dem Ziel von 1/20 bis 1/8 Ohm in diesen Versorgungsleitungen. (Die meisten Multimeter messen nicht so niedrig wie das richtig). Durch Einschalten des rPi sollten die Grüns merklich dunkler werden und Sie gleichmäßige 4,9 V am rPi erhalten.

Bitte posten Sie hier und in einem RPI-Forum die gemessene Spannung zwischen TP1 und TP2, da ich davon ausgehe, dass dort 4,9 Volt benötigt werden (was als "5" angekündigt wird).

— Mephisto
quelle

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Die Verwendung von LEDs zur Spannungsregelung ist gelinde gesagt unprofessionell. Die resultierende Spannung wird im Laufe der Zeit stark schwanken, wenn sich die LEDs erwärmen. Es ist auch eine Verschwendung von perfekt guten LEDs.

— Dmitry Grigoryev

Eine Zenerdiode wäre viel geeigneter.

— Stefan Paul Noack

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@ noah1989 ja, aber du brauchst eine Menge davon, um 2A zu stabilisieren, also fügst du einen Transistor hinzu und machst einen Linearregler. Und dann würden Sie berücksichtigen, dass Ihre Eingangsspannung niedriger als 5 V sein kann, und einen Aufwärtswandler hinzufügen. Am Ende wirst du irgendwann einen Boost-Buck-Konverter bekommen (nicht du persönlich, nur jemand, der versucht, diesem Ansatz zu folgen).

— Dmitry Grigoryev