Batterien finden, um eine stabile 12-V-Batterie-Stromversorgung herzustellen

Sie sprechen von Dropout-Spannungen, was mich vermuten lässt, dass Sie dafür ein Paar Linearregler verwenden möchten, z. B. einen 7812 und einen 7805.

Im Leerlauf zieht ein Pi etwa 0,4 A. ¹ P = VI, Sie sprechen also davon, 7 × 0,4 = 2,8 W am zweiten Regler zu verbrennen. ² Das ist ziemlich viel Verschwendung.

Ein bloßer TO-220-Regler hat einen thermischen Widerstand von 50 °C/W und 50 × 2,8 entspricht 140 °C über der Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur beträgt in Innenräumen nur 20-25 °C, und auch nur dann, wenn Sie dieses Gerät nackt auf der Werkbank betreiben und ein Lüfter darauf bläst. Wenn Ihre endgültige Anwendung dieses Ding nicht im Winter in einem belüfteten Gehäuse draußen laufen lässt, rechnen Sie damit, dass die tatsächliche Umgebungstemperatur höher ist, da die Elektronik die Luft im Inneren des Gehäuses aufheizt.

Der zweite Regler wird sich mit ziemlicher Sicherheit selbst zerstören, wenn Sie keinen ziemlich großen Kühlkörper darauf setzen.

Aber es kommt noch schlimmer.

Der erste Regler wird auch Wärme erzeugen, bis zu einem Wert von etwa 5 W. ³ Die Kühlkörper an beiden Reglern müssen größer sein, als Sie für jeden allein berechnen, da sie jeweils die Luft im Elektronikgehäuse erwärmen. Das duale Reglersystem erreicht ein höheres Gleichgewicht, als wenn Sie die beiden Regler in separaten Gehäusen betreiben würden.

Eine weit überlegene Lösung ist die Verwendung eines der vielen handelsüblichen DC-DC-Wandler, die sowohl 5 als auch 12 V aus einer einzigen Eingangsversorgung ausgeben. Sie werden feststellen, dass es Modelle gibt, die einen großen Bereich von Eingangsspannungen abdecken. Jede Batterie, die genug Strom für Ihre Arbeit liefern kann, kann zum Laufen gebracht werden.

Wenn Sie anfangen, viele Zellen zu einer Hochspannungsbatterie aneinander zu reihen, machen Sie es der Batterie viel einfacher, sich aufgrund der Zellumkehrung selbst zu töten. Je weniger Zellen Sie in Reihe verwenden können, desto besser. Ein weiterer Vorteil der DC-DC-Wandlerlösung besteht darin, dass Sie Typen finden können, die mehr Spannung ausgeben als aufnehmen, ⁴ sodass Sie mit nur 1-4 Zellen davonkommen, die sich weniger wahrscheinlich selbst zerstören.

Möglicherweise können Sie die Anforderung einer geregelten 12-V-Versorgung vermeiden. LEDs wollen eigentlich keine konstante Spannung, sie wollen konstanten Strom . Der EE 101-Weg, dies zu erreichen, besteht darin, eine konstante Spannung über einen festen Widerstand abfallen zu lassen, aber es gibt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, eine Konstantstromquelle/Senke herzustellen . Sie würden also das CCS entweder zwischen die Rohversorgungsspannung und das LED-Array oder zwischen das LED-Array und Masse legen und dann den Pi mit einem 5-V-DC-DC-Wandler betreiben.

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Fußnoten:

1. Von da an kann es weit nach oben gehen .

2. Der zweite Regler sieht nur den Abfall von 12 auf 5 V, da Sie Ihr System in der Frage gezeichnet haben. Daher können wir die Batteriespannungsfrage für diesen Teil der Analyse ignorieren.

3. Der erste Regler gibt aus mehreren Gründen noch mehr Wärme ab als der erste.

   Erstens kann die Batterie nicht unter 12 V + V _d , die Abfallspannung des Reglers, fallen, wenn wir Ihre Anforderung an eine "stabile Spannung" erfüllen wollen.

   Um die Batterie voll auszunutzen, möchten Sie die niedrigste nutzbare Spannung einer einzelnen Zelle in die niedrigste Batteriespannung aufteilen, die Sie tolerieren können, um die minimale Anzahl von Zellen zu erhalten. Dann multiplizierst du das mit der höchsten Spannung der Batterie, um die Spitzenbatteriespannung zu erhalten.

   NiMH-Zellen sind immer noch die DIY-freundlichste Sorte. NiMH-Zellen reichen von etwa 1,35 V, wenn sie frisch aus dem Ladegerät genommen werden, bis zu etwa 0,8 V, wenn sie fast leer sind. Wenn wir einen Regler mit 2 V Dropout-Spannung verwenden, teilen wir 0,8 in (12+2) V, was 17,5 Zellen ergibt, die wir auf 18 × 1,35 V = 24,3 V aufrunden müssen. Das heißt, der erste Regler könnte weitere 12,3 × 0,4 = 5 W abwerfen!

   Wenn die Batteriespannung abfällt, sinkt auch die vom ersten Regler abgegebene Wärme, im Gegensatz zur Wärme, die vom zweiten Regler erzeugt wird, der eine konstante Spannung sieht. Es fällt jedoch nur auf etwa 4 W ab, was unsere Schlussfolgerungen nicht wirklich ändert.

   Lithium-Akkus unterscheiden sich im Verhalten ein wenig von NiMH, aber wenn Sie die gleichen Berechnungen mit ihnen durchführen, ändern sich die Schlussfolgerungen nicht viel.

   Aber all das berücksichtigt nur die Wärme aufgrund der Leistungsaufnahme des Pi. Sie müssen auch den von Ihrer LED-Matrix benötigten Strom hinzufügen, den Sie nicht angegeben haben. Wenn es weitere 400 mA sind, verdoppeln Sie die im ersten Regler verschwendete Leistung.

4. Auf Kosten eines höheren Eingangsstroms.

Wie oben erwähnt, sollten Sie aus thermischen Gründen (Verlustleistung) einen DC-DC-Schaltregler verwenden - wenn nicht aus Gründen der Effizienz (Batterielebensdauer). Die richtige Art von Regler (Boost) kann eine Ausgangsspannung liefern, die höher ist als die Eingangsspannung, sodass Sie sich keine Sorgen machen müssen, eine Batterie > 12 V zu finden - solange die Batterie für die Bereitstellung ausreichender Leistung ausgelegt ist. Im Vergleich zu einem Linearregler ist ein Schaltwandler etwas komplizierter zu konfigurieren, aber es muss nicht so schlimm sein, wenn Sie einen einfachen finden. Sie benötigen zusätzlich zu einem IC eine Induktivität und einige Kondensatoren.

Erwägen Sie, die LED von einem (schaltenden) LED-Treiber aus zu betreiben, um den Strom in sie zu steuern, und verwenden Sie dann einen separaten DC-DC, um die 5 V für das rPi abzuleiten. Auf diese Weise können Sie sie bei Bedarf einzeln debuggen oder ersetzen.

Ich empfehle Ihnen, anders zu denken. Die LED-Matrix funktioniert auch ab 11,5 V sehr gut.

Eine Batterie gilt als vollständig tiefentladen, wenn ihre Ausgangsspannung unter 11 V liegt. Wenn Sie also eine 12-V-Batterie verwenden, benötigen Sie überhaupt keinen 12-V-Regler.

Wenn Sie mehr Laufzeit benötigen, sollten Sie einen Akku mit einer höheren mAh-Zahl in Betracht ziehen.

In Bezug auf den PI sollten Sie die Verwendung eines Schaltreglers in Betracht ziehen, da Sie sonst viel Strom verschwenden. Am einfachsten ist es, einen Auto-USB-Adapter zu kaufen (geht zur Zigarettenanzünderbuchse und gibt Ihnen einen sauberen 5-V-USB-Ausgang), und Sie haben den schaltenden Buck-Regler bereit.

Ich würde es vermeiden, einen Boost-Regler zu verwenden, es sei denn, Sie benötigen diese ernsthaft. Das Herstellen von 12 V aus einer Batterie mit niedrigerer Spannung mit Aufwärtsregler hat keinen Vorteil, es führt zu mindestens 10 % Verlust. Um die gleiche Laufzeit zu haben, ist sogar das Batteriegewicht gleich, dh 12 V 1000 mAh Batterie vs. 6 V 2000 mAh Batterie.