Come creare un alimentatore 5V regolato da un alimentatore 5V non regolato

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Ho un progetto che coinvolge uno specifico computer a scheda singola * e diverse centinaia di LED RGB "intelligenti" WS2812B *, tutti alimentati da un'alimentazione a 5V.

Ho un alimentatore non regolato da 5 volt 15 amp. Mentre i LED sono a posto con un'alimentazione non regolata, il microcontrollore che sto usando tende ad avere problemi quando la tensione non è costante.

Dal momento che voglio far funzionare tutto da una fonte di alimentazione, vorrei creare circa 1 ampere di potenza regolata a 5 V dalla sorgente non regolata da 5 A 5 V.

Voglio costruire questo convertitore di potenza su un PCB, quindi sto cercando un design che posso implementare e non una scheda prefabbricata. Il mio progetto finale sarà un cappello Pi, cioè si aggancerà alle porte GPIO del Pi e siederà in cima.

Tutto questo sarà saldato manualmente (attraverso il foro o il montaggio superficiale), quindi idealmente non coinvolgerà più parti del necessario. Questa è una tantum, quindi mentre il costo è una preoccupazione non sto cercando di risparmiare centesimi.

Che tipo di circuito convertitore di potenza potrei costruire sulla mia scheda per farlo? Convertendo solo 1 amp, incontrerò significativi problemi di calore?

Non sto chiedendo a nessuno di progettare questo per me, piuttosto mi indichi nella direzione corretta.

* WS2812B è una sorgente luminosa RGB LED 'intelligente' controllata da dati seriali integrata in un pacchetto 5050. Le connessioni sono di tipo digitale in entrata e in uscita più 5V e terra. perni. Include anche un oscillatore interno di precisione e un convertitore di corrente costante (generato internamente) da 12V. I dispositivi sono concatenati in serie (Dout to Din successivo) che consente fino a 1024 dispositivi e una stringa lunga 5 metri su una singola connessione in serie.
Per maggiori dettagli consultare la scheda tecnica qui

* Raspberry Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter

— HighInBC
fonte

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Sono nuovo qui, quindi se chiunque mi ha lasciato un voto negativo potrebbe spiegare perché, allora la prossima volta mi aiuterà a fare meglio.

— HighInBC,

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Pensano erroneamente che questa sia una domanda di acquisto, perché sei nuovo e menzionato Arduino / RPi. Le persone qui intorno odiano chiunque menzioni quelli. Sono sorpreso che non sia stato ancora migrato da solo.

— Passante,

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Lo terrò a mente e la prossima volta lo chiamerò semplicemente un "piccolo computer 5V".

— HighInBC,

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L'uso finale non dovrebbe importare. Una domanda su come regolare un trasformatore non regolato della stessa tensione è direttamente in argomento.

— Passante,

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Non prendere Olin troppo sul serio su questo tema (ma presta attenzione a lui su qualsiasi cosa di carattere tecnico): questo è un problema politico ricorrente con lui, quindi usa qualsiasi scusa per sconfiggere ancora di più questo cavallo morto. [[:-)]] Non prendere troppo sul serio i miei commenti su Olin, tranne quelli sulla sua abilità tecnica, questo è un fatto ricorrente ... -> Abend: rilevato loop ricorsivo in sospeso. || Il commento di Olin su WS2812B potrebbe essere corretto. O i downvoter casuali potrebbero averti scelto per il loro dono quotidiano, come sembra accadere.

— Russell McMahon,

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Il foglio dati del convertitore XL6009 ha diversi schemi di riferimento, incluso uno per il convertitore boost-buck non invertente:

Dovrai adattarlo all'uscita 5V anziché a 12V sostituendo R2 con una resistenza da 3.0K, secondo la formula sopra. L'intervallo di ingresso dipende dalla tensione e dalla corrente di uscita, quindi la sorgente non regolata a 5 V dovrebbe essere nell'intervallo per un'uscita regolata a 5 V.

— Dmitry Grigoryev
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Il foglio dati per XL6009 afferma che la tensione di ingresso può variare da 5 V a 32 V. Se la mia alimentazione a 5 V non regolata scende al di sotto di 5 V, non sarà un problema?

— HighInBC

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Osservazione giusta, in realtà. Ho usato questo chip con Li-Ion come input (tra 3,7 e 4,2 V) senza problemi, e ad esempio questo sito afferma che il suo convertitore boost basato su XL6009 funziona da 3 V in poi, ma le specifiche non lo garantiscono.

— Dmitry Grigoryev il

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Prenderò la realtà sulle specifiche ogni giorno.

— HighInBC

Almeno i valori nominali massimi assoluti di XL6009 non ti vietano di scendere sotto i 5 V. Suppongo che potresti non ottenere l'efficienza dichiarata o la piena corrente di commutazione 4A. Grazie per averlo menzionato, ho trascurato questa linea delle specifiche.

— Dmitry Grigoryev il

Un'altra soluzione potrebbe essere l'aggiunta dei circuiti di regolazione all'alimentazione non regolamentata, per fornire 5v 1A regolati e 5v 15A non regolati. Dovresti "toccare" l'origine del 5v non regolamentato.

— Guill,

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Quello che vuoi viene chiamato "convertitore buck-boost non invertente". Esistono diverse topologie di convertitori in modalità commutata che possono raggiungere questo obiettivo.

Sfortunatamente tutti sono più complessi di un semplice convertitore buck (solo passi in basso) o boost converter (solo passi in alto).

Un rapido google ha trovato un appnote Ti che confronta le opzioni. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

I semiconduttori nazionali hanno uno strumento online chiamato webbench che progetterà queste cose per te. L'unico aspetto negativo che ho riscontrato è che gli piace scegliere parti che siano un PITA da saldare.

— Peter Green
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+1 Questa è una buona informazione. Ho un po 'di lettura da fare.

— HighInBC,

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Vorrei informare che National Semiconductor non esiste più. Sono stati acquistati da TI qualche tempo fa. È un dato di fatto che ora è possibile trovare lo strumento di progettazione WebBebch ospitato sul sito Web www.ti.com.

— Michael Karas,

Ho accettato questa risposta in quanto sembra indicarmi la giusta direzione.

— HighInBC,

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Potresti considerare di potenziare abbastanza per poi riportare la regolazione lineare a 5V. Meno efficiente e potrebbe non essere pratico, ma dovresti almeno fare le somme.

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Un convertitore boost seguito da un regolatore lineare ha probabilmente una complessità complessiva simile a un convertitore boost boost settico o a doppio interruttore. Quindi non sono sicuro di vedere molto punto.

— Peter Green,

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Perché costruirne uno tu stesso quando puoi acquistare un piccolo convertitore boost-buck per meno di dieci dollari? Ho un'esperienza piuttosto positiva con questo . È piccolo, a basso profilo ed è semplicissimo da saldare (4 fori negli angoli, 2 per l'ingresso e 2 per l'output):

Cordiali saluti, la dimensione di questa cosa è 44x21x13mm, quindi potrebbe adattarsi perfettamente tra il tuo PCB personalizzato e il RPi.

— Dmitry Grigoryev
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Come ho già detto, sto costruendo un PCB che deve adattarsi a un fattore di forma. Potrei certamente usare i componenti e il design di una scheda del genere però.

— HighInBC,

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Perché rispondere in quel modo, quando è chiaramente indicato nella domanda che non sta cercando una tavola prefabbricata? Anche se non lo ha dichiarato: questo non risponde in alcun modo alle domande, le persone leggono stackexchange per l'apprendimento, non i consigli per lo shopping, leggi electronics.stackexchange.com/help/on-topic Roba come questa dovrebbe essere nei commenti, non in risposta (se dovesse essere del tutto, perché la domanda dice specificamente "no" alle schede

— standard

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per non parlare del fatto che i convertitori sul tuo link sono troppo cari, puoi trovare convertitori identici (anche dello stesso produttore) molto più economici (circa $ 3 ciascuno)

— ScienceSamovar,

Perché non è possibile impilare questa scheda prefabbricata sul PCB personalizzato ed essere eseguita con il convertitore, concentrandosi sul resto del design invece di reinventare la ruota? Alla fine, ovviamente, è la tua scelta.

— Dmitry Grigoryev il

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@DmitryGrigoryev, perché il punto è imparare come farlo e applicare queste abilità in ulteriori progetti (che vanno alla produzione, ad esempio, non puoi usare questo tipo di cose nella produzione). Ovviamente puoi usare schede prefabbricate e codice pre-scritto per tutto, ma ciò significa che alla fine sai a malapena cosa fa esattamente il tuo circuito, conosci solo grandi moduli. Comunque non è questo il punto, il mio punto era se la persona ti chiedesse come fare un circuito e fare dei calcoli - dandogli un link per archiviare e dicendo "non preoccuparti, basta comprare" non lo scoraggia dall'apprendimento.

— ScienceSamovar,

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Il mio raspberry pi 2012-2013 pubblicizzato come "regolato a 5 V" ha richiesto l'avvio da 4,88 a 5,02 V e> 4,4 V per continuare a funzionare. Dato che a volte la tua fornitura principale da 15A potrebbe superare i 5,02 volt, non mi fiderei.

Se riesci a tollerare che alcuni LED verdi siano sempre accesi, potresti usarne alcuni come 'overflow' a 4,9 Volt con coppie di verdi parallele all'rPi, che vanno dalla soglia di luminosità minima a circa 4,8 V a abbastanza brillantemente a 5.2V. Dalla tua alimentazione da 15A, fai passare un cavo da 2Amp alla tua scheda "regolatore di troppo pieno" che comprende nient'altro che coppie di LED verdi e abbastanza per scaricare un amplificatore a 5,2 V, anche se normalmente dovrebbero usare molto meno. Lo scopo è quello di accontentarsi di quasi 5V su questa scheda con l'rPi spento. utilizzare un cavo di alimentazione 2A più lungo (per la sua resistenza) se necessario. A seconda del tipo di alimentazione non regolata da 15 A, è possibile che si desideri anche un condensatore grasso sulla scheda "regolatore di troppo pieno". Da 5 V rms non regolati rettificati (uno dei peggiori tipi di non regolati),

Successivamente si desidera una lunghezza sufficiente di 2A filo nominale da questa scheda alle linee "0" e "+5" del pi, possibilmente con un interruttore all'interno, e puntando da 1/20 a 1/8 ohm in questi cavi di alimentazione. (la maggior parte dei multimetri non misura così bene). L'accensione di rPi dovrebbe rendere i green notevolmente più scuri e darti un 4.9V costante a rPi.

Pubblica qui e su un forum rPi la tensione misurata tra TP1 e TP2 poiché è lì che mi aspetto che abbia bisogno di 4,9 Volt (che viene pubblicizzato come "5")

— mephisto
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L'uso dei LED per regolare la tensione è a dir poco poco professionale. La tensione risultante si sposterà molto nel tempo mentre i LED si riscaldano. Inoltre, è uno spreco di LED perfettamente buoni.

— Dmitry Grigoryev il

un diodo zener sarebbe molto più appropriato.

— Stefan Paul Noack,

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@ noah1989 sì, ma ne avrai bisogno molti per stabilizzare 2A, quindi dovresti aggiungere un transistor e creare un regolatore lineare. E poi dovresti considerare che la tua tensione di ingresso potrebbe essere inferiore a 5 V e aggiungere un convertitore boost ad esso. Alla fine, alla fine arriverai al convertitore boost-buck (non tu personalmente, solo qualcuno che cerca di seguire questo approccio).

— Dmitry Grigoryev il