Простой блок питания для Raspberry Pi и Arduino

Я часто строю проекты с Raspberry Pi и Arduino, и мне иногда нужно использовать внешнее оборудование. Недавно я разработал устройство, в котором использовалась Raspberry Pi, нуждающееся в 5В, два Arduino, требующее 5В и 12В и 7-дюймовый сенсорный дисплей, который работает от 12В. Мне пришлось искать простой способ получения как 12В, так и 5В для всей этой конструкции.

Однако ситуация могла быть еще сложнее. Например, спроектировать что-либо с Arduino 3,3В и использовать внешнее устройство, работающее от 9В. Очевидно, что для удобства все должно питаться от одного источника напряжения. Так как же можно получить все напряжения, которые нам необходимы?

Сенсорному дисплею необходимо 12 вольт, поэтому имеет смысл использовать 12-вольтовый источник питания, с дальнейшим снижением 12В до 5В, которое необходимо для остальных элементов устройства. Arduino может работать от 5В также как Raspberry Pi. Все, что мне нужно было сделать, это преобразовать изначальные 12 вольт в 5 вольт.

Линейный источник питания

Моей первой мыслью было использовать линейный источник питания для снижения напряжения с 12 до 5 вольт, при максимальном токе нагрузки около 1А. Данный вариант, конечно же, рабочий, но такой преобразователь будет значительно греться и потреблять много энергии.

Почему? Потому что на линейном стабилизаторе должно произойти падение напряжения в районе 7 вольт при протекающем токе в 1 А. Можно рассчитать, какую мощность должен рассеять линейный стабилизатор, чтобы обеспечить необходимое нам напряжение.

Для этого используем уравнение:

P = IU,

где P = мощность, I = ток и U = напряжение.

В нашем случае P = 1А * 7В = 7 Вт. Именно такую мощность должен рассеять линейный стабилизатор, переведя его в тепло.

Источник питания на основе Buck-преобразователя

Я начал смотреть в сторону импульсного Buck-преобразователя, чтобы понизить напряжение с 12В до 5В. Данный вид преобразователя работает путем включения и выключения ключа (полевой или биполярный транзистор), управляющий входным напряжением. Эти переключения происходят на высокой частоте. Далее происходит фильтрация выходного напряжения с целью получения на выходе постоянного напряжения.

Величина выходного напряжения определяется соотношением времени включения и выключения ключа. Чем дольше ключ включен, тем выше выходное напряжение.

Как все это помогает решить проблему рассеивания мощности? Как уже было сказано выше, мощность рассчитывается путем умножения напряжения на ток. Пример линейного регулятора: 1А нагрузки при снижении на 7В составляет 7 Вт рассеиваемой мощности.

Если же рассматривать Buck-преобразователь, то когда он выключен, ток не течет, а когда он включен, на ключе нет напряжения. Теоретически рассеиваемая мощность отсутствует. Я говорю «теоретически», потому что нет идеальных схем, и на практике будет рассеиваться некоторая мощность. Однако это будет небольшое количество по сравнению с линейным стабилизатором.

Простой блок питания для Raspberry Pi и Arduino

Трех амперный Buck-преобразователь решил мою проблему. Я подсчитал, что моя Raspberry Pi, два Arduino Uno и все датчики, которые были подключены к ним, будут потреблять не более 1А. Поэтому я использовал понижающий преобразователь как на картинке выше, чтобы получить 5В из 12В. Он отлично работает и почти не нагревается.

Преобразователь, который я использовал, работает с входным напряжением от 3В до 40 В при условии, что входное напряжение выше выходного. На выходе мы можем получить от 1,5В до 35 В. Преобразователь рассчитан на максимальный ток 3А. Но в целях предосторожности я не стал бы его нагружать более чем 2А, поскольку даже при 2А может потребоваться определенное охлаждение.

Прежде чем подключать его к малине Pi и другому оборудованию, которое вы хотите использовать, убедитесь, что вы правильно настроили выходное напряжение. Для этого подключите вольтметр к выходу и, покрутив подстроечный резистор, выставьте желаемое выходное напряжение.


Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.

*