Я хочу запитать Arduino (Wemos D1 Mini) напряжением 5 или 3,3 В от устройства открывания гаражных ворот, в котором доступно 24 В постоянного тока .
Насколько я понимаю, это можно решить следующими способами:
Каковы плюсы/минусы каждого из них?
Меня беспокоит жара, и я не хочу спалить гараж. Я не измерял, сколько тока потребляет мой Arduino, но думаю, что это очень мало, около 250 мА или меньше (?). Я использую только встроенный модуль Wi-Fi и никаких внешних датчиков/реле.
Это наиболее эффективное решение, обеспечивающее хорошую конверсию, но оно немного сложнее и дороже. Хотя вы можете найти модули, которые уже спаяны с компонентами, что избавит вас от необходимости все вычислять.
Это менее эффективно, он в основном действует как регулируемый резистор, рассеивая мощность, которую вы не используете, за счет нагрева. Обычно требуется только 3 компонента, регулятор напряжения и 2 конденсатора, и это дешевле, чем 1.
Вам не подойдет, делитель напряжения не регулируется и зависит от нагрузки, поэтому результирующее напряжение может меняться.
Для вашего случая я бы купил модуль понижающего преобразователя постоянного тока, уже собранный, как этот .
Обратите внимание, что существуют также преобразователи напряжения на основе конденсаторов.
Один момент, который следует учитывать при выборе понижающего преобразователя постоянного тока или линейного стабилизатора, — это качество выходного сигнала. Из-за того, как они работают, преобразователи постоянного тока всегда будут иметь некоторое количество высокочастотных пульсаций на выходе, в то время как линейные регуляторы очень плавные.
Таким образом, преобразователи постоянного тока очень эффективны, но шумны, а линейные регуляторы очень плавны, но неэффективны (они в основном «тратят» разность напряжений в виде тепла; при понижении 24 В → 5 В выделяется очень большое количество тепла).
Имеют ли значение пульсации или вы можете достаточно сгладить выходной сигнал преобразователя постоянного тока, зависит от устройства, которое вы питаете. В вашем случае Arduino без датчиков, на самом деле не имеет значения, что шина питания несколько шумная.
Но в других случаях, если у вас есть датчики, которые зависят от точного входного напряжения, или другие устройства, чувствительные к пульсациям, это может иметь значение. С очень чувствительными устройствами вам, возможно, придется использовать комбинацию преобразователя постоянного тока, чтобы понизить напряжение до целевого значения, а затем использовать линейный регулятор с малым падением напряжения, чтобы получить окончательное стабильное напряжение без значительной потери эффективности в линейной схеме. этап (поскольку это всего лишь небольшой шаг вниз, а не большой шаг вниз).
Вариант 3 вообще не работает. Он сочетает в себе все недостатки неэффективности линейного регулятора (вы рассеиваете разность напряжений на резисторах) с нерегулируемым выходным напряжением, которое меняется в зависимости от нагрузки. Нагрузка будет значительно различаться в зависимости от того, что делает Arduino, и особенно от того, отправляет ли модуль WiFi данные или нет.
Во-первых, убедитесь, что в вашем гараже используется 24 В постоянного тока. Более распространенным управляющим напряжением в жилой электропроводке является 24 В переменного тока, которое можно увидеть в дверных звонках и термостатах. Напряжение переменного тока — большая проблема для устройства постоянного тока, но оно работает с трансформаторами!
Поскольку он является частью здания, он должен разумно соответствовать электрическим нормам . К счастью, эти коды довольно просты на устройствах с низким напряжением (30 В) и малой мощностью (<55 Вт). Вам нужно будет использовать надлежащие корпуса и выполнить проводку в соответствии с низкими стандартами проводки дверного звонка или термостата (например, аккуратно и качественно, не будьте глупыми, постарайтесь скрепить его степлером, чтобы не причинить вреда, и не используйте силовую проводку). как вешалка.) Итак, в контексте кода:
это отличный способ справиться с этим. Преобразователь будет производить меньше ватта остаточного тепла и будет небольшим, поэтому он аккуратно поместится в обычную, дешевую стальную распределительную коробку 4 дюйма или 120 мм. Теплопроводность стали и размер коробки позаботятся о рассеивание тепла.Потребляемый ток, безусловно, будет в пределах диапазона, доступного от открывателя.
Кодекс требует использования «одобренного» оборудования, что обычно означает, что оно внесено в список UL. «Оборудование означает« не компоненты »: разница в том, что оборудование имеет маркировку / инструкции, описывающие его потребительское использование, и UL проверило и внесло его в список таким образом. Но опять же, правила смягчены для низковольтного оборудования <55 Вт. отдайте предпочтение DC-DC, который упакован больше как готовое изделие , т. е. с винтовыми клеммами и корпусом, а не с проводами, небрежно припаянными к блоку, предназначенному для монтажа на печатной плате.Если он упакован достаточно аккуратно, вам может даже не понадобиться стальной переход коробка, чтобы скрыть это.
Я немного работал с резисторными лестницами. Например, оборудование тягового привода Westinghouse HL (буква L означает питание от сети, а не от батареи) использует резисторную лестницу для синтеза примерно 80 В из линейного напряжения 600 В. Нижний резистор, между нагрузкой и GND, удерживает напряжение от скачка вверх до 600 В, если нагрузка не потребляет ток.
Но напряжение значительно варьируется, поскольку нижний резистор подключен параллельно контакторам от 0 до 15 в поезде из 5 вагонов. Это изменение напряжения является ахиллесовой пятой резисторных лестниц. Вы смягчаете это, делая верхний и нижний обходные резисторы больше (в ваттах и физических размерах, меньше в омах). Для любого разумного рабочего диапазона подавляющая часть мощности будет потребляться резисторной лестницей, а не нагрузкой.
В вашем приложении вам необходимо указать свою резисторную лестницу, чтобы ваше напряжение оставалось между 3,3 В и 5 В при нагрузке от 0 А до 250 мА (или любое другое измерение). Математика не слишком сложна, но это узкий диапазон, который, как я ожидаю, потребует довольно огромной лестницы резисторов. Таким образом, вы будете выделять много тепла, и вам понадобится соответствующий защитный кожух для блока резисторов. Я полностью ожидаю, что это превысит мощность источника питания открывателя гаражных ворот. Это может даже превысить установленный законом предел мощности в 55 Вт для ослабленных правил низковольтной проводки! В общем, лестницы просто не для вещей с узкими требованиями к напряжению.
Что-то вроде регулятора 7805 представляет собой резисторную лестницу, но с удаленным нижним балансировочным резистором остается только Arduino в качестве нижнего резистора и регулятор в качестве «умного» верхнего резистора, изменяющего свое сопротивление на лету для отслеживания тока нагрузки. Вся схема течет независимо от того, что рисует Arduino, что, как вы говорите, составляет до 250 мА.
Регулятор напряжения должен рассеивать разницу между напряжением питания и выходным напряжением, например, 19-20,7 вольт x ток цепи. Например, при 250 мА это будет около 5 Вт. Это должно быть теплоотведено соответствующим образом. Слишком много, чтобы использовать стальную коробку 4x4 в качестве специального радиатора.
Почти все стабилизаторы напряжения сделаны для внешнего радиатора, поэтому у вас есть большая проблема с упаковкой, поскольку она выглядит как «не научный проект». А с окончательным отводом тепла нужно иметь дело: радиатор должен обмениваться с окружающим воздухом, и нельзя просто доводить до перегрева распределительную коробку.
В некоторых открывателях гаражных ворот предусмотрена розетка (сетевая розетка, например, NEMA 5-15). Если не розетка, то предварительно вырезанная выемка, куда можно установить розетку. Вы могли бы переоборудовать это.
Или вы можете установить дуплексную сетевую розетку на входе устройства открывания гаражных ворот, дать ему шнур питания, и теперь у вас есть открытая розетка.
Воткни туда настенную бородавку и готово.
Один вариант, который не был указан (насколько я вижу), заключается в том, что вы не ограничены выбором только одного варианта. В частности, понижающий регулятор, за которым следует линейный регулятор, может дать вам лучшие характеристики обоих.
Я бы предложил понижающий регулятор, чтобы снизить напряжение с 24 В до, скажем, 9 В, а затем подать 9 В на линейный регулятор до 5 В. При токе 250 мА линейный регулятор рассеивает всего 1 Вт (9-5=4 В x 250 мА). Таким образом, понижающий регулятор выполняет большую часть работы, а линейный регулятор обеспечивает выходной сигнал без пульсаций.
Майк65535