Comment créer une alimentation 5V régulée à partir d'une alimentation 5V non régulée

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J'ai un projet qui implique un ordinateur monocarte spécifique * et plusieurs centaines de LED RGB "intelligentes" WS2812B , toutes fonctionnant à partir d'une alimentation 5V.

J'ai une alimentation non régulée de 5 volts 15 ampères. Bien que les LED soient correctes avec une alimentation non régulée, le microcontrôleur que j'utilise a tendance à avoir des problèmes lorsque la tension n'est pas stable.

Puisque je veux tout faire fonctionner à partir d'une seule source d'alimentation, je voudrais créer environ 1 ampère de puissance 5V régulée à partir de la source 15A 5V non régulée.

Je veux construire ce convertisseur de puissance sur un PCB, donc je cherche un design que je peux implémenter et non une carte pré-faite. Ma conception finale sera un chapeau Pi, c'est-à-dire qu'il se clipse sur les ports GPIO du Pi et s'assoit sur le dessus.

Tout cela sera soudé manuellement (à travers un trou ou un montage en surface), donc idéalement, cela n'impliquera pas plus de pièces que nécessaire. Ceci est unique, alors que le coût est une préoccupation, je n'essaie pas d'économiser des sous.

Quel type de circuit de convertisseur de puissance pourrais-je construire sur ma carte pour faire cela? La conversion d'un seul ampli vais-je rencontrer des problèmes de chaleur importants?

Je ne demande à personne de concevoir cela pour moi, mais plutôt de m'orienter dans la bonne direction.

* Le WS2812B est une source de lumière LED RGB «intelligente» contrôlée par données série intégrée dans un boîtier 5050. Les connexions sont des entrées et sorties série numériques plus 5V et masse. broches. Il comprend également un oscillateur interne de précision et un variateur de courant constant (généré en interne) de 12V. Les appareils sont enchaînés en série (Dout au prochain Din) permettant jusqu'à 1024 appareils et une chaîne de 5 mètres de long sur une seule connexion série.
Pour plus de détails voir la fiche technique ici

* Raspberry Pi 2 B

power-supply dc-dc-converter

— HighInBC
source

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Je suis nouveau ici, donc si celui qui m'a laissé un vote négatif peut expliquer pourquoi, cela m'aidera à faire mieux la prochaine fois.

— HighInBC

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Ils pensent à tort que c'est une question de shopping, car vous êtes nouveau, et mentionnez Arduino / RPi. Les gens d'ici détestent tous ceux qui en parlent. Je suis surpris qu'il n'ait pas encore migré seul.

— Passerby

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Je garderai cela à l'esprit et la prochaine fois, je l'appellerai simplement un "petit ordinateur 5V".

— HighInBC

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L'utilisation finale ne devrait pas avoir d'importance. Une question sur la façon de réguler un transformateur non régulé de la même tension est tout à fait d'actualité.

— Passerby

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Ne prenez pas Olin trop au sérieux sur cette question (mais faites attention à lui sur tout ce qui est technique) - c'est un problème politique récurrent avec lui, donc il utilise n'importe quelle excuse pour battre encore plus ce cheval mort. [[:-)]] Ne prenez pas trop au sérieux mes commentaires sur Olin, à l'exception de ceux sur sa capacité technique, c'est un problème récurrent .... -> Abend: boucle récursive en attente détectée. || Le commentaire d'Olin concernant WS2812B pourrait bien être correct. Ou les downvoters aléatoires peuvent vous avoir choisi pour leur cadeau quotidien, comme cela semble se produire.

— Russell McMahon

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La fiche technique du convertisseur XL6009 comprend plusieurs schémas de référence, dont un pour le convertisseur boost-buck non inverseur:

Vous devrez l'adapter à la sortie 5V au lieu de 12V en remplaçant R2 par une résistance 3.0K, selon la formule ci-dessus. La plage d'entrée dépend de la tension et du courant de sortie, donc votre source 5V non régulée doit être dans la plage pour une sortie régulée 5V.

— Dmitry Grigoryev
source

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La fiche technique du XL6009 indique que la tension d'entrée peut varier de 5V à 32V. Si mon alimentation 5 V non réglementée tombe en dessous de 5 V, cela ne posera-t-il pas un problème?

— HighInBC

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Bonne remarque, en fait. J'ai utilisé cette puce avec Li-Ion en entrée (entre 3,7 et 4,2 V) sans aucun problème, et par exemple, ce site affirme que son convertisseur boost basé sur XL6009 fonctionne à partir de 3 V, mais les spécifications ne le garantissent pas.

— Dmitry Grigoryev

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Je prendrai la réalité sur les spécifications n'importe quel jour.

— HighInBC

Au moins les valeurs maximales absolues de XL6009 ne vous interdisent pas de descendre en dessous de 5V. Je suppose que vous n'obtiendrez peut-être pas l'efficacité revendiquée ou le courant de commutation complet de 4 A. Merci de l'avoir mentionné, j'ai négligé cette ligne de la spécification.

— Dmitry Grigoryev

Une autre solution pourrait être d'ajouter les circuits de régulation à l'alimentation non régulée, pour fournir 5v 1A régulé ainsi que 5v 15A non régulé. Vous «puiseriez» dans la source du 5v non réglementé.

— Guill

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Ce que vous voulez est appelé "convertisseur buck-boost non inverseur". Il existe plusieurs topologies différentes de convertisseur en mode commuté qui peuvent y parvenir.

Malheureusement, tous sont plus complexes qu'un simple convertisseur abaisseur (seulement descend) ou un convertisseur boost (seulement monte).

Un rapide google a trouvé une note app Ti comparant les options. http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

National semiconductor dispose d'un outil en ligne appelé webbench qui concevra ce genre de choses pour vous. Le seul inconvénient que j'ai trouvé avec, c'est qu'il aime choisir des pièces qui sont un PITA à souder.

— Peter Green
source

+1 C'est une bonne information. J'ai un peu de lecture à faire.

— HighInBC

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Permettez-moi d'informer que National Semiconductor n'est plus. Ils ont été rachetés par TI il y a quelque temps. En fait, vous pouvez maintenant trouver l'outil de conception WebBebch hébergé sur le site Web www.ti.com.

— Michael Karas

J'ai accepté cette réponse car elle semble me diriger dans la bonne direction.

— HighInBC

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Vous pourriez envisager de simplement augmenter suffisamment pour ensuite effectuer une régulation linéaire à 5 V. Moins efficace et peut-être peu pratique, mais vous devriez au moins faire les sommes.

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Un convertisseur élévateur suivi d'un régulateur linéaire est probablement d'une complexité globale similaire à un convertisseur élévateur abaisseur sepic ou double commutateur. Je ne suis donc pas sûr de voir grand chose.

— Peter Green

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Pourquoi en construire un vous-même alors que vous pouvez acheter un petit convertisseur boost-buck pour moins de dix dollars? J'ai une expérience plutôt positive avec celui-ci . C'est petit, profil bas et c'est un jeu d'enfant à souder (4 trous dans les coins, 2 pour l'entrée et 2 pour la sortie):

Pour info, la taille de ce truc est de 44x21x13mm, donc il peut très bien se loger entre votre PCB personnalisé et le RPi.

— Dmitry Grigoryev
source

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Comme je l'ai mentionné, je construis un PCB qui doit s'adapter à un facteur de forme. Je pourrais certainement utiliser les composants et la conception d'une carte comme ça.

— HighInBC

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Pourquoi répondre de cette façon, alors qu'il est clairement indiqué dans la question qu'il ne cherche pas de planche préfabriquée? Même s'il ne l'a pas dit - cela ne répond en aucune façon aux questions, les gens lisent stackexchange pour apprendre, pas les recommandations d'achat, lisent electronics.stackexchange.com/help/on-topic Des trucs comme ça devraient être dans les commentaires, pas de réponse (si cela devrait être le cas, car la question dit spécifiquement «non» aux panneaux

— standard

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sans compter que les convertisseurs sur votre lien sont trop chers, vous pouvez trouver des convertisseurs identiques (même du même fabricant) beaucoup moins chers (environ 3 $ chacun)

— ScienceSamovar

Pourquoi ne peut-on pas empiler cette carte pré-faite sur le PCB personnalisé et se faire avec le convertisseur, en se concentrant sur le reste de la conception au lieu de réinventer la roue? En fin de compte, bien sûr, c'est votre choix.

— Dmitry Grigoryev

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@DmitryGrigoryev, car le but est d'apprendre à le faire et d'appliquer ces compétences dans d'autres projets (qui vont à la production par exemple, vous ne pouvez pas utiliser ce genre de choses en production). Bien sûr, vous pouvez utiliser des cartes prédéfinies et du code pré-écrit pour tout, mais cela signifie qu'au final, vous savez à peine exactement ce que fait votre circuit, vous ne connaissez que les gros modules. Quoi qu'il en soit, ce n'est pas le point, mon point de vue était que si la personne vous demandait comment faire un circuit et faire des calculs - lui donner un lien vers le magasin et dire "ne vous embêtez pas, achetez juste" le décourage peu d'apprendre.

— ScienceSamovar

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Mon Raspberry Pi 2012-2013 annoncé comme ayant besoin d'une "régulation 5 V" s'est avéré avoir besoin de 4,88 à 5,02 V pour démarrer et> 4,4 V pour continuer à fonctionner. Étant donné que votre alimentation principale 15A peut momentanément dépasser 5,02 volts, je ne lui ferais pas confiance.

Si vous pouvez tolérer que certaines LED vertes soient toujours allumées, vous pouvez en utiliser comme un `` débordement '' à 4,9 Volts avec des paires de verts parallèles au rPi, qui vont du seuil de luminosité minimale à environ 4,8 V à très brillamment allumé à 5.2V. À partir de votre alimentation de 15 A, faites passer une longueur de câble évalué à 2 A à votre carte de «régulateur de débordement» ne comprenant que des paires de LED vertes, et suffisamment d'entre elles pour décharger un ampli à 5,2 V, bien qu'elles devraient normalement utiliser beaucoup moins. Le but est qu'il se stabilise à près de 5V sur cette carte avec le rPi éteint. utiliser un câble d'alimentation 2A plus long (pour sa résistance) si nécessaire. Selon le type d'alimentation non régulée de 15 A, il se peut que vous souhaitiez également un gros condensateur sur la carte "régulateur de débordement". De 5V rms non régulé rectifié (un des pires types de non régulé),

Ensuite, vous voulez une longueur suffisante de fil 2A de cette carte aux lignes "0" et "+5" du pi, éventuellement avec un interrupteur, et visant 1/20 à 1/8 ohms dans ces fils d'alimentation. (la plupart des multimètres ne mesurent pas aussi bas que cela correctement). L'activation du rPi devrait rendre les verts sensiblement plus faibles et vous donner un 4.9V constant au rPi.

Veuillez poster ici et sur un forum rPi la tension mesurée entre TP1 et TP2 car c'est là que je m'attends à ce qu'elle ait besoin de 4,9 volts (ce qui est annoncé comme "5")

— mephisto
source

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L'utilisation de LED pour réguler la tension n'est pour le moins pas professionnelle. La tension résultante dérivera beaucoup au fil du temps lorsque les LED se réchaufferont. En outre, c'est un gaspillage de LED parfaitement bonnes.

— Dmitry Grigoryev

une diode zener serait beaucoup plus appropriée.

— Stefan Paul Noack du

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@ noah1989 oui, mais vous en aurez besoin de beaucoup pour stabiliser 2A, donc vous devez ajouter un transistor et créer un régulateur linéaire. Et puis vous tiendriez compte du fait que votre tension d'entrée peut être inférieure à 5 V, et y ajouteriez un convertisseur boost. En fin de compte, vous obtiendrez éventuellement un convertisseur boost-buck (pas vous personnellement, juste quelqu'un qui essaie de suivre cette approche).

— Dmitry Grigoryev