Как эффективно запустить QC и преобразовать его в постоянные 5 В и пиковые 5 А?

Введение

Для университетского проекта я начал работать над очками RGB LED Shutter, которые основаны на идее кикстартера от Macetech . Тем не менее, в этих очках отсутствуют некоторые функции, которые я искал, и поэтому мне показалось хорошей идеей их улучшить. Кроме того, они довольно дорогие, и большинство компонентов были предоставлены моим университетом, поэтому я был очень рад, что моя идея была выбрана для проекта. Тем не менее, цель нашего проекта была довольно проста: реконструировать эти очки и заставить их реагировать на звук.

Однако во время проекта я наткнулся на несколько довольно крутых вариантов использования этих очков и поэтому решил развивать их дальше в свободное время. Однако наш прототип очень грубый. Светодиоды находятся на печатной плате, которая приклеена к некоторым 3D-очкам, а четырехжильный провод соединяет плату светодиодов с микроконтроллером. Не очень красивый вид...

Поскольку я хочу использовать эти очки для себя (и носить их на фестивалях), я хочу, чтобы они выглядели более профессионально. Поэтому я планирую создать 3D-дизайн, который будет больше, чем обычные очки, но не будет выглядеть слишком большим. Это означает, что вся моя электроника (кроме питания) должна помещаться в небольшой корпус в самих очках. Для этого ножки очков кажутся лучшей идеей, особенно если используется только одна ножка. Этот объем составляет ок. 4х6х1 см.

Электрические компоненты для ножек очков:

  • Wemos D1 мини про
  • 3 кнопки и подтягивающий резистор для каждой кнопки
  • Маленький микрофон (max4465)
  • Разъем для питания (находится на торце ножек очков, поэтому не в указанных габаритах)
  • Цепь подачи питания (постоянное 5 В, макс. 5 А)

Проблема

Поэтому я ищу способ получить достаточно большую мощность для этих очков. WS2812B, который я использую, имеет максимальный ток 60 мА на светодиод, из которых у меня 72, что составляет 4,32 А. Обычно эти светодиоды работают при напряжении 5 В, но, похоже, они прекрасно работают и при меньшем напряжении (литий-ионное напряжение 3,7-4,2 В). Так что в худшем случае они могут высосать 21,6 Вт. Позже я также планирую увеличить количество светодиодов, сохранив при этом ту же поверхность. Так что для этого я буду использовать sk6812 mini, который я могу втиснуть в новую версию печатной платы на 100 светодиодов. Это будет составлять 50 мА на светодиод, что соответствует пиковой мощности 25 Вт.

Поскольку мне нравится повторно использовать всю конструкцию питания, я ищу способ получить постоянные 5 В, максимум 5 А. Способ, который мне показался наиболее идеальным, — это использование повербанка с быстрой зарядкой. Чтобы запустить это, я мог бы использовать триггерную плату qc (как предлагается здесь ), а затем понизить напряжение до желаемого 5V 5A. Однако эти две доски довольно большие и точно не поместятся в мои очки.

Я также обнаружил , что запустить qc довольно просто , но, поскольку я не хочу тратить энергию впустую, постоянное напряжение 12 В не кажется хорошей идеей.

Последним было то, что я видел триггерную плату usb c qc на aliexpress , но эти платы очень дорогие.

Вопрос

Поэтому мне интересно, как я могу эффективно получать питание от блока питания QC и понизить его до постоянных 5 В и максимальных 5 А, сохраняя при этом небольшой размер?

TLDR

Я ищу небольшую схему, которая может запускать контроль качества и преобразовывать его в постоянное 5 В и пиковое значение 5 А. Как я могу этого добиться? Также приветствуются и другие варианты.

Информация о бонусе

Ранее я говорил, что хочу больше возможностей от своих светодиодных очков, и расскажу об этом здесь подробнее.

Мои очки в настоящее время могут отображать прибл. 30 крутых пресетов, но у меня еще много других в разработке. Некоторые из этих пресетов имеют достаточно широкие возможности настройки, такие как установка цвета (или палитры для некоторых), отображение различных форм или реакция на звук или нет. Я также могу показать текст и адресовать определенную букву цветом. И последнее, но не менее важное: он как бы работает с ARTNET (получает данные, банкомат не сообщает, что это устройство ARTNET). Кроме того, мне нравится создавать приложение, которое может управлять определенным пресетом и настраивать все его различные параметры.

Под QC я полагаю, вы имеете в виду Qualcomm QuickCharge? Или вы имеете в виду какие-либо технологии, которые выполняют то же самое? Кроме того, 60 мА на светодиод — это немного для светодиодов, не используемых для освещения, вы уверены, что вам это нужно для каждого светодиода?
@Hearth Просто QuickCharge действительно. Мощность действительно довольно высока, но я не уверен, сколько мощности необходимо на дневном фестивале. Также я знаю кое-кого, кто заинтересован в использовании моих очков (если они полностью функционируют) для светового шоу на вечеринке (так как они могут работать в ARTNET).
Современные светодиодные индикаторы прекрасно видны в ярко освещенной комнате при токе менее 10 мА, а иногда и по 1 мА каждый. Однако светодиоды, предназначенные для освещения, требуют более высокого тока. Также имейте в виду, что при напряжении питания 5 В вы, вероятно, едва ли сможете подключить два красных, желтых или, может быть, даже зеленых светодиода последовательно, пропуская через них одинаковый ток, потому что эти типы имеют более низкое прямое напряжение, чем синий, фиолетовый, или белые.
@Hearth Как указано, я не использую обычный светодиод, а использую Neopixel. Точнее, WS2812B, а затем SK6812 mini. Таким образом, и напряжение для корпуса, и светодиоды в корпусе подключены параллельно, а не последовательно.
А, я этого не понял. Боюсь, я не знаю, что такое неопиксели.
Зачем вам нужны мощные хаки в ваших очках? Вместо этого вставьте их в свой блок питания.

Ответы (2)

Как я решил это в оригинальных оттенках Macetech RGB:

Полная мощность слишком велика, ограничивайте ее в программном обеспечении

Получается, что 12-15 Вт светодиодов на лице — это слишком много. У меня есть клиенты, которые часто просят меня уменьшить уровни яркости, хотя стандартная прошивка RGB Shades поставляется с ограничением яркости до 1/3 от максимальной яркости (с 5 регулируемыми уровнями, уменьшающими ограничение до менее 1/10 возможной яркости).

Если вы находитесь в затемненной комнате, даже 1/10 яркости по сравнению с 68x3 = 204 светодиодами может сильно ослепить. Запуск их на максимальной яркости также может привести к тому, что панель станет горячей на ощупь и причинит физический дискомфорт.

Поставляя оттенки с яркостью, ограниченной в программном обеспечении, они отлично работают от обычного карманного USB-блока питания. Клиенты по-прежнему хотят, чтобы он был диммером, поэтому нет необходимости в сильноточном источнике питания. Проектирование максимальной выходной мощности светодиодов в этом приложении отвлекает, вы обнаружите, что ищете способы уменьшить ток, а не увеличить его.

Фильтрация аналоговых источников питания для уменьшения помех от шины питания

С обычными USB-кабелями мы наблюдали довольно значительный скачок напряжения в шине питания в зависимости от схемы светодиодов. Это мешало более позднему звуковому датчику микрофона на основе MSGEQ7. Решение заключалось в использовании небольшого индуктора и резистора для фильтрации шины питания, а также в изготовлении специальных USB-кабелей только для питания, которые имели более толстые силовые проводники, чем обычные USB-кабели, и были тоньше и гибче, чем обычные USB-кабели, поскольку они только было два проводника.

Здесь описана большая часть процесса проектирования аудио, если вам нужна дополнительная информация (и файлы дизайна OSHW): http://www.macetech.com/blog/node/144

Блин, никогда не думал, что тот, кто вдохновил мой проект, найдет этот вопрос. Итак, я знал, что светодиоды могут быть очень яркими, но я хотел, чтобы в моей конструкции было как можно меньше ограничений. Так что, думаю, я буду придерживаться повербанков, которые у меня есть. Я также знаю, что позже вы узнали, что Muse носила ваши очки. Как вы оцениваете яркость, которую они использовали? И спасибо, что указали, что шум — довольно большая проблема для микрофона. Я заметил, что шина 5 В WEMOS была довольно шумной, но я думаю, что мне, возможно, стоит получше присмотреться и к линии 3,3 В…
Кроме того, поскольку я уже немного отклонился от темы, надеюсь, вы не будете возражать, если я задам еще несколько вопросов. Как вы решили шум от кнопки (debouncing)? И почему вы выбрали MSGEQ7 вместо обычного микрофонного усилителя, такого как MAX4465? И наконец, как вам удается довольно быстро паять WS2812B? Это заняло у меня ужасно много времени (первая пайка SMD, поэтому я думаю, что это было 10 часов для одной платы), и, поскольку у меня есть еще несколько печатных плат, я могу припаять их для своих друзей.
Технический отдел Muse прикрепил небольшой блок питания USB к левой стороне штор, пожертвовав временем работы из-за отсутствия привязи. Я не знаю, увеличили ли они яркость в программном обеспечении, хотя это возможно сделать, и это было бы хорошо на короткие промежутки времени. Основываясь на относительной яркости, я думаю, что они все еще работают примерно на 1/2 или 1/3 от максимальной ШИМ. Линия 3,3 В действительно может быть немного тише. Я использовал датчик Shades Audio Sensor в модернизированном светодиодном штативе с Wemos и без проблем работал от шины 3,3 В. Однако эта сенсорная плата уже имеет фильтрацию питания.
Что касается устранения дребезга кнопок, мое решение (старый код требует капитального ремонта) доступно здесь: github.com/macetech/RGBShades/blob/master/buttons.h Никаких причудливых уловок для экономии памяти, только две кнопки и метки времени. Мне нужен был какой-то выбор частот, поэтому я выбрал MSEQ7 и свой собственный микрофонный усилитель для компактности. В первый раз, когда я паял RGB Shades, я использовал паяльную пасту, трафарет и печь оплавления. Трафареты теперь дешевы и продаются там же, где вы покупаете печатные платы, и вы можете использовать тостер (осторожно) вместо печи оплавления.

Опуская все волнующие подробности, вопрос сводится к тому, как сделать портативный блок питания с выходом 5 В 5 А (25 Вт).

Первый вариант QC (v3 и v4) может выдавать 4,6 А при любом уровне напряжения. И 5V является начальным значением по умолчанию. Следовательно, чтобы получить 4,6А, вам вообще не нужно иметь никакого «триггера», при условии, что источник QC спроектирован и способен отдать такой ток. Не все банки/адаптеры могут это сделать, особенно те, которые используют стандартный порт типа A для вывода, а затем используют стандартные кабели (поскольку обычный разъем типа A не может выдерживать 5 А). Вам нужен адаптер с «кабелем для подключения» надлежащей мощности.

Во-вторых, если «блок питания» имеет продвинутый контроль качества и достаточную общую мощность, вы действительно можете «запустить» высоковольтный режим повышенной мощности (9 В, 12 В и т. Д.). Как только вы «запускаете» этот уровень, задача тривиальна — преобразовать 12 В в 5 В 5 А с помощью понижающего преобразователя. На самом деле, уровень выходного уровня 5 А не совсем тривиален и не может быть реализован в «малом размере», типичная удельная мощность не менее 3-4 см3 на 1 Вт, так что вы смотрите на объемное пространство около 90 см3 .

введите описание изображения здесь

В качестве альтернативы вы можете создать свой собственный блок питания (блок питания) с желаемой выходной мощностью. Скорее всего, потребуется батарея из литий-ионных элементов, сбалансированное зарядное устройство и преобразователь постоянного тока в 5 В независимо от силы тока. Первый «стандартный» способ кажется «более эффективным».

Большое спасибо! Если я действительно смогу получить 4,6 А, это составит 23 Вт, что более чем достаточно для моего первого прототипа. Кроме того, это 92% от максимальной мощности моей запланированной новой печатной платы с большим количеством светодиодов, так что этого вполне достаточно (таким образом, на 8% меньше яркости). А теперь вопрос, какие типы (или марки) батарейных блоков имеют эту функцию? Или есть стандарт для этого типа Quickcharging?
@JeremyvanWieringen Существует стандарт, он называется QuickCharge. Это особенность Qualcomm, поэтому (теоретически) она не будет так широко распространена, как открытый стандарт USB-PD, но достаточно распространена. Однако это достаточно сложно, поэтому вы должны ожидать, что совместимые аккумуляторные блоки будут намного дороже.
@Hearth А, ладно, я подумал, что, может быть, помимо Qualcomm, есть и другие стандарты, которые позволили бы это сделать.
@JeremyvanWieringen Есть , но выше вы сказали, что спрашивали конкретно о Qualcomm QuickCharge.
@Hearth Упс, мой плохой ... Я имел в виду любую технологию, которая может обеспечить быструю зарядку. Но я думаю, что, возможно, я нашел вариант. Это Anker Powercore, но я не уверен, может ли он выдавать 4,8 А на два порта или максимум 4,8 А в целом. Однако он заявляет, что не может работать с Qualcomm QC 2.0, так что это немного странно...
@Hearth, «так что (теоретически) это не будет так широко распространено» - к сожалению, реальность, похоже, отличается. В 2017 году список Qualcomm содержал 875 позиций, поддерживающих метод QC3 и QC2. Список в 2019 году еще больше, qualcomm.com/media/documents/files/quick-charge-device-list.pdf Список устройств PowerDelivery ограничен Apple, Dell, HP и, возможно, двумя-тремя другими производителями.
@Ale..chenski В идеальном мире открытые и бесплатные стандарты были бы а) технически превосходными и б) более популярными. К сожалению, ни то, ни другое в данном случае не соответствует действительности.
@Hearth, честно говоря, текущий список зарядных устройств PD насчитывает около 300 записей на базу данных USB-IF. Тем не менее, мой личный опыт покупок показывает, что QC доминирует с долей рынка 90%. Может ошибаться.
Как эффективно запустить QC и преобразовать его в постоянные 5 В и пиковые 5 А?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v