Поиск батареек, чтобы сделать стабильный аккумулятор-блок питания на 12 В

Вы говорите о напряжениях падения, что наводит меня на мысль, что вы планируете использовать для этого пару линейных стабилизаторов, таких как 7812 и 7805.

В режиме ожидания Pi потребляет около 0,4 А. ¹ P = VI, поэтому вы говорите о сжигании 7 × 0,4 = 2,8 Вт на втором регуляторе. ² Это изрядная трата.

Необработанный регулятор TO-220 имеет тепловое сопротивление 50 °C/Вт, а 50 × 2,8 доходит до 140 °C при температуре окружающей среды. Температура окружающей среды в помещении будет всего 20-25°C, и то только в том случае, если вы используете это устройство голым на верстаке с обдуваемым вентилятором. Если в вашем окончательном приложении эта штука не будет работать зимой в вентилируемом корпусе на улице, рассчитывайте на то, что фактическая температура окружающей среды будет выше, поскольку электроника нагревает воздух внутри корпуса.

Второй регулятор почти наверняка разрушится, если вы не поставите на него довольно большой радиатор.

Но становится хуже.

Первый регулятор также будет производить тепло мощностью примерно до 5 Вт. ³ Радиаторы на обоих регуляторах должны быть больше, чем вы рассчитываете для каждого по отдельности, так как каждый из них будет нагревать воздух внутри корпуса электроники. Система с двумя регуляторами придет к более высокому равновесию, чем если бы вы использовали два регулятора в отдельных корпусах.

Гораздо лучшим решением является использование одного из многих готовых преобразователей постоянного тока в постоянный, которые будут выдавать как 5, так и 12 В от одного входного источника питания. Вы обнаружите, что существуют модели, охватывающие широкий диапазон входных напряжений. Любая батарея, которая может выдавать достаточный ток для вашей работы, может работать.

Когда вы начинаете объединять множество элементов в высоковольтную батарею, вы значительно облегчаете самоуничтожение батареи из-за перестановки элементов. Чем меньше ячеек вы можете использовать последовательно, тем лучше. Еще одним преимуществом преобразователя постоянного тока в постоянный является то, что вы можете найти типы, которые выдают больше напряжения, чем потребляют, ⁴ поэтому вы можете обойтись всего 1-4 ячейками, что с меньшей вероятностью самоуничтожения.

Возможно, вам удастся избежать требования к регулируемому источнику питания 12 В. Светодиодам на самом деле не нужно постоянное напряжение, им нужен постоянный ток . Способ EE 101 получить это — понизить постоянное напряжение на постоянном резисторе, но есть множество способов сделать источник/приемник постоянного тока . Таким образом, вы должны поместить CCS либо между необработанным напряжением питания и светодиодной матрицей, либо между светодиодной матрицей и землей, а затем запустить Pi от преобразователя постоянного тока 5 В.

---

Сноски:

1. Это может пойти далеко оттуда .

2. Второй регулятор видит только падение с 12 до 5 В из-за того, как вы нарисовали свою систему в вопросе. Таким образом, мы можем игнорировать вопрос о напряжении батареи для этой части анализа.

3. Первый регулятор выделяет еще больше тепла, чем первый, по нескольким причинам.

   Во-первых, напряжение батареи не может упасть ниже 12 В+В _d , напряжения сброса регулятора, если мы собираемся удовлетворить ваше требование «стабильного напряжения».

   Чтобы полностью использовать возможности батареи, нужно разделить наименьшее полезное напряжение одной ячейки на наименьшее напряжение батареи, которое вы можете допустить, чтобы получить минимальное количество ячеек. Затем вы умножаете это на максимальное напряжение батареи, чтобы получить пиковое напряжение батареи.

   NiMH элементы по-прежнему являются наиболее удобными для самостоятельного изготовления. Напряжение NiMH-элементов варьируется от примерно 1,35 В, когда они только что сняты с зарядного устройства, до примерно 0,8 В, когда они почти разряжены. Если мы используем регулятор с падением напряжения 2 В, мы делим 0,8 на (12 + 2) В, что дает 17,5 ячеек, которые мы должны округлить до 18 × 1,35 В = 24,3 В. Это означает, что первый регулятор может скинуть еще 12,3 × 0,4 = 5 Вт!

   Когда напряжение батареи падает, тепло, выделяемое первым регулятором, также падает, в отличие от тепла, выделяемого вторым регулятором, который имеет постоянное напряжение. Однако она падает всего до 4 Вт, так что это не меняет наших выводов.

   Литиевые аккумуляторы довольно сильно отличаются по поведению от NiMH, но если провести с ними те же расчеты, выводы не сильно изменятся.

   Но все это учитывает только тепло из-за потребляемой мощности Pi. Вы также должны добавить ток, требуемый вашей светодиодной матрицей, который вы не указали. Если это еще 400 мА, вы удваиваете мощность, потраченную впустую в первом регуляторе.

4. Ценой более высокого входного тока.

Как упоминалось выше, вы захотите использовать импульсный стабилизатор постоянного тока по тепловым причинам (рассеиваемая мощность), если не по соображениям эффективности (срок службы батареи). Правильный тип стабилизатора (повышающий) может обеспечить выходное напряжение выше входного, поэтому вам не нужно беспокоиться о поиске батареи> 12 В - до тех пор, пока батарея рассчитана на обеспечение достаточной мощности. По сравнению с линейным регулятором, импульсный преобразователь будет несколько сложнее настроить, но это не так уж плохо, если вы найдете простой. Вам понадобится катушка индуктивности и несколько конденсаторов в дополнение к микросхеме.

Рассмотрите возможность запуска светодиода от (переключающего) светодиодного драйвера для управления током в них, а затем используйте отдельный DC-DC для получения 5 В для rPi. Таким образом, вы можете отлаживать или заменять их каждый отдельно, если это необходимо.

Я предлагаю вам думать иначе. Светодиодная матрица будет очень хорошо работать и от 11,5В.

Аккумулятор считается полностью разряженным, если его выходное напряжение ниже 11 В, поэтому, если вы используете аккумулятор на 12 В, вам вообще не нужен регулятор на 12 В.

Если вам нужно больше времени автономной работы, рассмотрите аккумулятор с более высоким номиналом мАч.

Что касается PI, рассмотрите возможность использования импульсного стабилизатора, иначе вы потеряете серьезную мощность. Самое простое — купить автомобильный usb-адаптер (подходит к гнезду прикуривателя и дает вам чистый 5V USB-выход), и у вас есть готовый импульсный понижающий регулятор.

Я бы не стал использовать какой-либо регулятор наддува, если он вам серьезно не нужен. Получение 12 В от батареи более низкого напряжения с регулятором наддува не имеет преимущества, оно вносит как минимум 10% потерь. Чтобы иметь одинаковое время работы, даже вес батареи будет одинаковым, то есть батарея 12 В 1000 мАч против батареи 6 В 2000 мАч.