Cómo crear una fuente de alimentación regulada de 5V a partir de una fuente de alimentación no regulada de 5V

15

Tengo un proyecto que involucra una computadora de placa única específica * y varios cientos de LEDs RGB "inteligentes" WS2812B *, todos funcionando con un suministro de 5V.

Tengo una fuente de alimentación no regulada de 5 voltios y 15 amperios. Si bien los LED están bien con una fuente de alimentación no regulada, el microcontrolador que estoy usando tiende a tener problemas cuando el voltaje no es constante.

Como quiero ejecutarlo todo desde una fuente de alimentación, me gustaría crear aproximadamente 1 amperio de potencia regulada de 5V a partir de la fuente no regulada de 15A y 5V.

Quiero construir este convertidor de potencia en una PCB, así que estoy buscando un diseño que pueda implementar y no una placa prefabricada. Mi diseño final será un sombrero Pi, es decir, se enganchará a los puertos GPIO de Pi y se sentará en la parte superior.

Todo esto se soldará manualmente (a través del orificio o montaje en superficie), por lo que idealmente no involucrará más piezas de las necesarias. Esto es único, así que si bien el costo es una preocupación, no estoy tratando de ahorrar centavos.

¿Qué tipo de circuito convertidor de potencia podría construir en mi placa que pueda hacer esto? Convirtiendo solo 1 amperio, ¿tendré problemas de calor significativos?

No le pido a nadie que diseñe esto para mí, sino que me señale en la dirección correcta.

* El WS2812B es una fuente de luz LED RGB 'inteligente' controlada por datos en serie integrada en un paquete 5050. Las conexiones son de entrada y salida en serie digital más 5V y tierra. patas. También incluye un oscilador interno de precisión y un variador de corriente constante (generado internamente) de 12V. Los dispositivos están encadenados en serie (Dout to next Din) permitiendo hasta 1024 dispositivos y una cadena de 5 metros de largo en una sola conexión en serie.
Para más detalles ver la hoja de datos aquí

* Frambuesa Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter

— HighInBC
fuente

3

Soy nuevo aquí, así que si alguien me deja un voto negativo podría explicar por qué, eso me ayudará a hacerlo mejor la próxima vez.

— HighInBC

77

Piensan erróneamente que esta es una pregunta de compras, porque usted es nuevo y mencionó Arduino / RPi. La gente de por aquí odia a cualquiera que los mencione. Me sorprende que todavía no se haya migrado sin ayuda.

— Passerby

14

Lo tendré en cuenta y la próxima vez lo llamaré una "computadora pequeña de 5V".

— HighInBC

2

El uso final no debería importar. Una pregunta sobre cómo regular un transformador no regulado del mismo voltaje es directamente sobre el tema.

— Passerby

1

No abordes a Olin demasiado en serio en este tema (pero tómalo completamente en cualquier cosa técnica): este es un problema político recurrente con él, por lo que usa cualquier excusa para vencer aún más a este caballo muerto. [[:-)]] No tome mis comentarios sobre Olin demasiado en serio, excepto los de su capacidad técnica, esto es recurrente ... -> Abend: pendiente de bucle recursivo detectado. || El comentario de Olin sobre WS2812B bien puede ser correcto. O los votantes al azar pueden haberlo elegido para su regalo diario, como parece suceder.

— Russell McMahon

3

La hoja de datos del convertidor XL6009 tiene varios esquemas de referencia, incluido uno para el convertidor boost-buck no inversor:

Tendrá que adaptarlo a una salida de 5V en lugar de 12V reemplazando R2 con una resistencia de 3.0K, de acuerdo con la fórmula anterior. El rango de entrada depende del voltaje y la corriente de salida, por lo que su fuente de 5 V no regulada debe estar dentro del rango para una salida regulada de 5 V.

— Dmitry Grigoryev
fuente

1

La hoja de datos para el XL6009 dice que el voltaje de entrada puede variar de 5V-32V. Si mi suministro no regulado de 5V cae por debajo de 5V, ¿no será un problema?

— HighInBC

1

Comentario justo, en realidad. Usé este chip con Li-Ion como entrada (entre 3.7 y 4.2V) sin problemas, y por ejemplo, este sitio afirma que su convertidor de impulso basado en XL6009 funciona desde 3V en adelante, pero la especificación no lo garantiza.

— Dmitry Grigoryev

1

Tomaré la realidad sobre las especificaciones cualquier día.

— HighInBC

Al menos las clasificaciones máximas absolutas de XL6009 no le prohíben bajar de 5V. Sin embargo, supongo que no puede obtener la eficiencia reclamada o la corriente de conmutación 4A completa. Gracias por mencionarlo, pasé por alto esta línea de especificaciones.

— Dmitry Grigoryev

Otra solución podría ser agregar los circuitos de regulación al suministro no regulado, para proporcionar 5v 1A regulado y 5v 15A no regulado. Usted "aprovecharía" la fuente del 5v no regulado.

— Guill

13

Lo que desea se conoce como "convertidor buck-boost no inversor". Hay algunas topologías diferentes de convertidor de modo conmutado que pueden lograrlo.

Desafortunadamente, todos ellos son más complejos que un simple convertidor de dinero (solo pasos hacia abajo) o un convertidor de impulso (solo pasos hacia arriba).

Un google rápido encontró una nota de aplicación de Ti que compara las opciones. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

National semiconductor tiene una herramienta en línea llamada webbench que diseñará estas cosas para usted. El único inconveniente que he encontrado con él es que le gusta elegir piezas que son un PITA para soldar.

— Peter Green
fuente

+1 Esta es una buena información. Tengo un poco de lectura que hacer.

— HighInBC

1

Permítanme informarles que National Semiconductor ya no existe. Fueron comprados por TI hace algún tiempo. De hecho, ahora puede encontrar la herramienta de diseño WebBebch alojada en el sitio web www.ti.com.

— Michael Karas

He aceptado esta respuesta, ya que parece estar apuntando en la dirección correcta.

— HighInBC

66

Puede considerar aumentar lo suficiente como para luego regular linealmente a 5V. Menos eficiente, y puede ser poco práctico, pero al menos debes hacer las sumas.

1

Un convertidor de refuerzo seguido de un regulador lineal es probablemente de una complejidad general similar a un convertidor de impulso de corte sepico o de doble interruptor. Así que no estoy seguro de ver mucho sentido.

— Peter Green

2

¿Por qué construir uno usted mismo cuando puede comprar un pequeño convertidor boost-buck por menos de diez dólares? Tengo una experiencia bastante positiva con este . Es pequeño, de bajo perfil y es muy fácil de soldar (4 agujeros en las esquinas, 2 para entrada y 2 para salida):

Para su información, el tamaño de esta cosa es de 44x21x13 mm, por lo que puede encajar entre su PCB personalizada y el RPi.

— Dmitry Grigoryev
fuente

1

Como mencioné, estoy construyendo una PCB que debe ajustarse a un factor de forma. Sin embargo, podría usar los componentes y el diseño de una placa como esa.

— HighInBC

2

¿Por qué responder de esa manera, cuando se afirma claramente en la pregunta que no está buscando una placa prefabricada? Incluso si no lo dijo: esto no responde a las preguntas de ninguna manera, la gente lee stackexchange para aprender, no las recomendaciones de compras, lee electronics.stackexchange.com/help/on-topic Cosas como esta deberían estar en los comentarios, no en respuesta (si debería ser así, porque la pregunta dice específicamente "no" a los tableros disponibles)

— ScienceSamovar

2

sin mencionar que los convertidores en su enlace son demasiado caros, puede encontrar convertidores idénticos (incluso del mismo fabricante) mucho más baratos (alrededor de $ 3 cada uno)

— ScienceSamovar

¿Por qué no se puede apilar esta placa prefabricada en la PCB personalizada y terminar con el convertidor, concentrándose en el resto del diseño en lugar de reinventar la rueda? Al final, por supuesto, es tu elección.

— Dmitry Grigoryev

1

@DmitryGrigoryev, porque el punto es aprender cómo hacerlo y aplicar estas habilidades en otros proyectos (que van a la producción, por ejemplo, no puedes usar este tipo de cosas en la producción). Por supuesto, puede usar placas prefabricadas y código preescrito para todo, pero eso significa que al final apenas sabe qué hace exactamente su circuito, solo conoce grandes módulos. De todos modos, ese no es el punto, mi punto era si la persona te pregunta cómo hacer un circuito y hacer un cálculo, dándole un enlace a la tienda y diciendo "no te molestes, solo compra" es poco lo que lo desanima de aprender.

— ScienceSamovar

-2

Mi raspberry pi 2012-2013 anunciado como que necesita "5 V regulado" resultó necesitar 4,88 a 5,02 V para arrancar y> 4,4 V para continuar funcionando. Dado que su suministro principal de 15A puede superar momentáneamente 5.02 voltios a veces, no confiaría en él.

Si puede tolerar que algunos LED verdes estén siempre encendidos, puede usar algunos como un 'desbordamiento' a 4.9 voltios con pares de verdes paralelos al rPi, que van desde el umbral de brillo mínimo a aproximadamente 4.8V a bastante encendido 5.2V. Desde su suministro de 15 A, ejecute una longitud de cable de 2 amperios a su placa de "regulador de desbordamiento" que comprende nada más que pares de LED verde, y suficientes de ellos para descargar un amplificador a 5.2V, aunque normalmente deberían estar usando mucho menos. El objetivo es que se establezca cerca de 5V en esta placa con el rPi apagado. utilice un cable de alimentación más largo de 2 A (por su resistencia) si es necesario. Dependiendo de qué tipo de suministro de 15A no regulado sea, es posible que también desee un condensador de grasa en la placa del "regulador de desbordamiento". Desde 5V rms no regulado rectificado (uno de los peores tipos de no regulado),

A continuación, desea una longitud suficiente de cable de 2 A de esta placa a las líneas "0" y "+5" del pi, posiblemente con un interruptor allí, y con el objetivo de 1/20 a 1/8 ohmios en estos cables de suministro. (la mayoría de los multímetros no miden tan bajo como eso correctamente). Encender el rPi debería hacer que los verdes se atenúen notablemente y proporcionarle un valor constante de 4.9V en el rPi.

Publique aquí y en un foro de rPi el voltaje medido entre TP1 y TP2, ya que es donde espero que necesite 4.9 voltios (que se anuncia como "5")

— mephisto
fuente

2

Usar LED para regular el voltaje no es profesional, por decir lo menos. El voltaje resultante se desplazará mucho con el tiempo a medida que los LED se calientan. Además, es un desperdicio de LED perfectamente buenos.

— Dmitry Grigoryev

un diodo zener sería mucho más apropiado.

— Stefan Paul Noack

1

@ noah1989 sí, pero necesitarás muchos de ellos para estabilizar 2A, así que agregarías un transistor y harías un regulador lineal. Y luego tendría en cuenta que su voltaje de entrada puede ser inferior a 5 V y le agregaría un convertidor de refuerzo. Al final, eventualmente obtendrás un convertidor boost-buck (no tú personalmente, solo alguien tratando de seguir este enfoque).

— Dmitry Grigoryev