Cara membuat catu daya 5V yang diatur dari catu daya 5V yang tidak diatur

15

Saya memiliki proyek yang melibatkan komputer papan tunggal * dan beberapa ratus LED RGB "pintar" WS2812B *, semuanya berjalan dari suplai 5V.

Saya memiliki catu daya 5 volt 15 amp yang tidak diregulasi. Sementara LED baik-baik saja dengan catu daya yang tidak diregulasi, mikrokontroler yang saya gunakan cenderung memiliki masalah ketika tegangan tidak stabil.

Karena saya ingin menjalankan semuanya dari satu sumber daya, saya ingin membuat sekitar 1 amp daya 5V yang diatur dari sumber 15A 5V yang tidak diatur.

Saya ingin membangun konverter daya ini ke PCB, jadi saya mencari desain yang bisa saya implementasikan dan bukan papan pre-made. Desain terakhir saya akan menjadi topi Pi, yang akan klip ke port GPIO Pi dan duduk di atas.

Ini semua akan disolder secara manual (melalui lubang atau permukaan mount) sehingga idealnya tidak akan melibatkan lebih banyak bagian dari yang dibutuhkan. Ini adalah salah satu jadi sementara biaya adalah masalah saya tidak mencoba menyelamatkan uang.

Apa jenis rangkaian konverter daya yang bisa saya buat di papan saya yang bisa melakukan ini? Mengonversi hanya 1 amp akankah saya mengalami masalah panas yang signifikan?

Saya tidak meminta siapa pun untuk merancang ini untuk saya, melainkan arahkan saya ke arah yang benar.

* WS2812B adalah sumber data serial LED RGB yang 'terkontrol' sumber cahaya terintegrasi dalam paket 5050. Koneksi adalah serial digital masuk dan keluar ditambah 5V & ground. pin. Ini juga termasuk osilator internal presisi dan drive arus konstan 12V (yang dihasilkan secara internal). Perangkat dirantai seri (Dout ke Din berikutnya) yang memungkinkan hingga 1024 perangkat dan string sepanjang 5 meter pada koneksi seri tunggal.
Untuk lebih jelasnya lihat lembar data di sini

* Raspberry Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter HighInBC
sumber
3
Saya baru di sini jadi jika siapa pun yang memberi saya suara turun dapat menjelaskan mengapa itu akan membantu saya melakukan lebih baik di waktu berikutnya.
HighInBC
7
Mereka salah mengira ini adalah pertanyaan belanja, karena Anda baru, dan disebutkan Arduino / RPi. Orang-orang di sekitar sini membenci siapa pun yang menyebut itu. Saya terkejut itu belum keluar sendirian.
Pejalan kaki
14
Saya akan mengingatnya dan lain kali menyebutnya "komputer 5V kecil".
HighInBC
2
Penggunaan akhir seharusnya tidak masalah. Sebuah pertanyaan tentang bagaimana mengatur transformator yang tidak diatur pada tegangan yang sama adalah tepat pada topik.
Pejalan kaki
1
Jangan menganggap Olin terlalu serius dalam masalah ini (tapi perhatikan dia tentang masalah teknis) - ini adalah masalah politik berulang dengannya, jadi dia menggunakan alasan apa pun untuk memukul kuda mati ini lebih keras lagi. [[:-)]] Jangan terlalu serius menanggapi komentar saya pada Olin, kecuali komentar tentang kemampuan teknisnya, ini berulang .... -> Abend: Pending recursive loop terdeteksi. || Komentar Olin tentang WS2812B mungkin benar. Atau downvoters acak mungkin telah memilih Anda untuk hadiah harian mereka, seperti yang tampaknya terjadi.
Russell McMahon

Jawaban:

3

Datasheet konverter XL6009 memiliki beberapa skema referensi, termasuk satu untuk konverter boost-buck non-inverting:

masukkan deskripsi gambar di sini

Anda harus menyesuaikannya dengan output 5V, bukan 12V dengan mengganti R2 dengan resistor 3.0K, sesuai dengan rumus di atas. Rentang input tergantung pada tegangan dan arus keluaran, sehingga sumber 5V Anda yang tidak diatur harus berada dalam kisaran untuk output yang diatur 5V.

Dmitry Grigoryev
sumber
1
Datasheet untuk XL6009 mengatakan tegangan input dapat berkisar dari 5V-32V. Jika persediaan 5V saya yang tidak diregulasi turun di bawah 5V, bukankah itu akan menjadi masalah?
HighInBC
1
Sebenarnya komentar yang adil. Saya menggunakan chip ini dengan Li-Ion sebagai input (antara 3.7 dan 4.2V) tanpa masalah, dan misalnya situs ini mengklaim konverter boost mereka berdasarkan XL6009 bekerja dari 3V ke atas, tetapi spek itu tidak menjaminnya.
Dmitry Grigoryev
1
Saya akan menerima kenyataan dari spesifikasi kapan saja.
HighInBC
Setidaknya peringkat absolut maksimum XL6009 tidak melarang Anda untuk pergi di bawah 5V. Saya kira Anda mungkin tidak mendapatkan efisiensi yang diklaim atau 4A switching penuh saat ini. Terima kasih telah menyebutkannya, saya mengabaikan spesifikasi ini.
Dmitry Grigoryev
Solusi lain dapat menambahkan sirkuit pengatur ke suplai yang tidak diatur, untuk menyediakan 5v 1A yang diatur serta 5v 15A yang tidak diatur. Anda akan "mengetuk" ke sumber 5v yang tidak diatur.
Guill
13

Apa yang Anda inginkan disebut sebagai "konverter buck-boost non-inverting". Ada beberapa topologi berbeda dari konverter mode diaktifkan yang dapat mencapai itu.

Sayangnya semuanya lebih kompleks daripada konverter buck sederhana (hanya step down) atau boost converter (hanya step up).

Google cepat menemukan appnote Ti yang membandingkan opsi. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

Semikonduktor nasional memiliki alat online yang disebut webbench yang akan merancang hal ini untuk Anda. Satunya downside yang saya temukan dengan itu adalah suka memilih bagian yang PITA untuk solder.

Peter Green
sumber
+1 Ini adalah informasi yang baik. Saya harus membaca sedikit.
HighInBC
1
Biarkan saya informasikan bahwa National Semiconductor tidak ada lagi. Mereka dibeli oleh TI beberapa waktu lalu. Sebenarnya sekarang Anda dapat menemukan alat desain WebBebch di-host di situs web www.ti.com.
Michael Karas
Saya telah menerima jawaban ini karena sepertinya menunjuk saya ke arah yang benar.
HighInBC
6
Anda mungkin mempertimbangkan untuk meningkatkan cukup untuk kemudian linear-regulate kembali ke 5V. Kurang efisien, dan mungkin tidak praktis, tetapi Anda setidaknya harus melakukan penjumlahan.
1
Konverter boost yang diikuti oleh regulator linier mungkin memiliki kompleksitas keseluruhan yang serupa dengan konverter buck boost sepic atau dual-switch. Jadi saya tidak yakin saya melihat banyak hal.
Peter Green
2

Mengapa membangunnya sendiri ketika Anda dapat membeli konverter boost-buck kecil dengan harga kurang dari sepuluh dolar? Saya memiliki pengalaman yang agak positif dengan yang satu ini . Kecil, low profile, dan mudah disolder (4 lubang di sudut, 2 untuk input dan 2 untuk output): masukkan deskripsi gambar di sini

FYI, ukuran benda ini adalah 44x21x13mm, jadi mungkin cocok antara PCB kustom Anda dan RPi.

Dmitry Grigoryev
sumber
1
Seperti yang saya sebutkan saya sedang membangun PCB yang harus sesuai dengan faktor bentuk. Saya pasti bisa menggunakan komponen dan desain dari papan seperti itu.
HighInBC
2
Mengapa menjawab seperti itu, ketika dinyatakan dengan jelas dalam pertanyaan bahwa ia tidak mencari papan yang dibuat sebelumnya? Bahkan jika dia tidak menyatakannya - ini tidak menjawab pertanyaan dengan cara apa pun, orang membaca stackexchange untuk belajar, bukan rekomendasi belanja, baca electronics.stackexchange.com/help/on-topic Hal-hal seperti ini harus dalam komentar, tidak menjawab (jika harus sama sekali, karena pertanyaan secara khusus mengatakan "tidak" ke papan rak)
ScienceSamovar
2
belum lagi bahwa konverter pada tautan Anda terlalu mahal, Anda dapat menemukan konverter yang identik (bahkan dari produsen yang sama) jauh lebih murah (masing-masing sekitar $ 3)
ScienceSamovar
Mengapa seseorang tidak dapat menumpuk papan buatan ini pada PCB khusus dan dilakukan dengan konverter, berkonsentrasi pada sisa desain alih-alih menciptakan kembali roda? Pada akhirnya, tentu saja, itu pilihan Anda.
Dmitry Grigoryev
1
@DmitryGrigoryev, karena intinya adalah belajar bagaimana melakukannya dan menerapkan keterampilan ini dalam proyek lebih lanjut (yang masuk ke produksi misalnya, Anda tidak dapat menggunakan hal-hal semacam ini dalam produksi). Tentu saja Anda dapat menggunakan papan pra-dibuat dan kode pra-tertulis untuk semuanya, tetapi itu berarti bahwa pada akhirnya Anda hampir tidak tahu apa sebenarnya yang dilakukan sirkuit Anda, Anda hanya tahu modul besar. Ngomong-ngomong, itu bukan intinya, maksud saya adalah jika orang bertanya kepada Anda bagaimana membuat sirkuit dan membuat perhitungan - memberinya tautan ke toko dan mengatakan "jangan repot-repot, beli saja" sedikit mencegahnya untuk belajar.
ScienceSamovar
-2

Raspberry pi 2012-2013 saya yang diiklankan membutuhkan "5V regulated" ternyata membutuhkan 4,88 hingga 5,02 V untuk boot dan> 4,4V untuk terus beroperasi. Karena suplai utama 15A Anda mungkin sesaat melebihi 5,02 volt, saya tidak akan mempercayainya.

Jika Anda dapat mentolerir beberapa LED hijau selalu menyala, Anda bisa menggunakan beberapa LED sebagai 'overflow' di 4,9 Volts dengan pasangan hijau yang sejajar dengan rPi, yang bergerak dari ambang kecerahan minimal sekitar 4,8 V menjadi cukup terang di 5.2V. Dari suplai 15A Anda, jalankan panjang kabel pengenal 2Amp ke papan "overflow regulator" Anda yang hanya terdiri dari sepasang LED hijau, dan cukup banyak untuk membuang Amp di 5.2V, meskipun biasanya mereka harus menggunakan jauh lebih sedikit. Tujuannya adalah untuk menyelesaikan hingga mendekati 5V di papan ini dengan rPi mati. gunakan lagi kabel suplai 2A (untuk ketahanannya) jika perlu. Tergantung pada jenis suplai 15A yang tidak diatur itu, Anda mungkin juga menginginkan kapasitor gemuk di papan "overflow regulator". Dari 5V rms tidak diatur diperbaiki (salah satu jenis terburuk tidak diatur),

Selanjutnya Anda ingin panjang yang cukup dari kawat terukur 2A dari papan ini ke garis "0" dan "+5" dari pi, mungkin dengan sakelar di sana, dan bertujuan untuk 1/20 hingga 1/8 ohm dalam sadapan pasokan ini. (kebanyakan multimeter tidak mengukur serendah itu dengan benar). Mengaktifkan rPi harus membuat hijau lebih redup dan memberi Anda 4,9V stabil di rPi.

Silakan posting di sini dan di forum rPi tegangan terukur antara TP1 dan TP2 seperti yang saya harapkan membutuhkan 4,9Volts (yang diiklankan sebagai "5")

mephisto
sumber
2
Menggunakan LED untuk mengatur tegangan tidak profesional untuk sedikitnya. Tegangan yang dihasilkan akan melayang banyak dari waktu ke waktu karena LED memanas. Juga, ini adalah pemborosan LED yang sangat bagus.
Dmitry Grigoryev
dioda zener akan jauh lebih tepat.
Stefan Paul Noack
1
@ noah1989 ya, tetapi Anda akan membutuhkan banyak dari mereka untuk menstabilkan 2A, jadi Anda akan menambahkan transistor dan membuat regulator linier. Dan kemudian Anda akan mempertimbangkan bahwa tegangan input Anda mungkin lebih rendah dari 5V, dan tambahkan boost converter ke dalamnya. Pada akhirnya, Anda akan mendapatkan boost-buck converter pada akhirnya (bukan Anda secara pribadi, hanya seseorang yang mencoba mengikuti pendekatan ini).
Dmitry Grigoryev