Formas de alimentar un Arduino desde 24 VDC

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Quiero alimentar un Arduino (Wemos D1 Mini) con 5 o 3.3 V de mi abridor de puerta de garaje, que tiene 24 VDC disponible.

Según tengo entendido, esto se puede resolver de las siguientes maneras:

  1. Convertidor reductor reductor
  2. regulador de voltaje lineal
  3. Circuito divisor de voltaje

¿Cuáles son los pros / contras de cada uno de estos?

Me preocupa el calor y no quiero quemar el garaje. No he medido cuánta corriente dibuja mi Arduino, pero supongo que es muy poco como 250 mA o menos (?). Solo estoy usando el módulo Wi-Fi incorporado y no tengo sensores / relés externos.

    
pregunta Mats Faugli

4 respuestas

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  1. Esta es la solución más eficiente, brindará una buena tasa de conversión, pero es un poco más compleja de hacer y también más costosa. Aunque puede encontrar módulos que ya están soldados con componentes, lo que le ahorra la molestia de calcular todo.

  2. Esto es menos eficiente, básicamente actúa como una resistencia regulada, disipando la energía que no se usa a través del calentamiento. Solo se necesitan 3 componentes normalmente, el regulador de voltaje y 2 condensadores y es más barato que 1.

  3. No funcionará para usted, el divisor de voltaje no está regulado y depende de la carga, por lo que el voltaje resultante puede variar.

Para su caso, compraría un módulo convertidor buck DC / DC ya montado como este .

Tenga en cuenta que también hay convertidores de voltaje basados en condensadores.

    
respondido por el Damien
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Un punto a considerar entre la elección de un convertidor reductor CC-CC o un regulador lineal es la calidad de la salida. Debido a la forma en que funcionan, los convertidores de CC siempre tendrán cierta cantidad de ondulación de alta frecuencia en la salida, mientras que los reguladores lineales son extremadamente suaves.

Por lo tanto, los convertidores de CC son muy eficientes, pero ruidosos, y los reguladores lineales son muy suaves, pero ineficientes (básicamente "desperdician" la diferencia de voltaje como calor; reduciendo 24V → 5V una cantidad muy grande de calor). p>

Si la ondulación es importante o si puede suavizar la salida del convertidor de CC lo suficiente, depende del dispositivo que esté alimentando. En su caso, un Arduino sin sensores, en realidad no importa que la línea eléctrica sea algo ruidosa.

Pero en otros casos, si tiene sensores que dependen del voltaje de entrada exacto, u otros dispositivos sensibles a la ondulación, puede ser importante. Con dispositivos muy sensibles, es posible que incluso tenga que usar una combinación de un convertidor de CC para disminuir el voltaje y acercarse a su objetivo, y luego usar un regulador lineal de baja caída para obtener el voltaje estable final sin perder mucha eficiencia en el lineal. etapa (ya que es solo un pequeño paso hacia abajo, en lugar de un gran paso hacia abajo).

La opción 3 no funciona en absoluto. Combina todas las desventajas de la ineficiencia del regulador lineal (está disipando la diferencia de voltaje en las resistencias) con un voltaje de salida no regulado que varía según la carga. La carga variará considerablemente en función de lo que haga Arduino, y especialmente si el módulo WiFi está enviando datos o no.

    
respondido por el tylisirn
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Primero, asegúrese de que su garaje utilice 24VDC. Un voltaje de control más común en el cableado residencial es de 24 VCA, visto en timbres y termostatos. El voltaje de CA es un gran lío para un dispositivo de CC, ¡pero funciona con transformadores!

Ya que es parte de un edificio, debe cumplir razonablemente con los códigos eléctricos . Afortunadamente, estos códigos son bastante fáciles en dispositivos de baja potencia (30 V) de baja potencia (< 55W). Necesitará usar los armarios adecuados y hacer el cableado a los bajos estándares del timbre de la puerta o del termostato (p. Ej., Limpio y funcional, no ser estúpido, hacer un esfuerzo por ahuyentarlo y no usar el cableado de alimentación de red) como una percha.) Así que en un contexto de código:

Un convertidor DC-DC

es una gran manera de manejarlo. El convertidor generará menos de un vatio de calor residual, y será pequeño, por lo que se ajustará perfectamente a una caja de conexiones cuadrada de acero de 4 "o 120 mm común, barata. La conductividad térmica del acero y el tamaño de la caja se encargarán de disipación de calor. Su consumo actual seguramente estará dentro del rango disponible en el abridor.

El código

requiere el uso de equipos "aprobados", lo que generalmente significa que está en la lista UL. "Equipo significa" no componentes ": la diferencia es que el equipo tiene etiquetas / instrucciones que describen su uso por parte del consumidor, y UL lo probó y lo enumeró de esa manera. Pero nuevamente, las reglas se relajan para el bajo voltaje < 55W cosas. El punto de esto es , favorecer un DC-DC que esté empaquetado más como un producto terminado , es decir, que tenga terminales de tornillo y una caja, en lugar de cables soldados a una unidad destinada para el montaje en PCB. Es posible que ni siquiera necesite una caja de conexiones de acero para ocultarla.

escalera de resistencia

He trabajado un poco con las mujeres de resistencia. Por ejemplo, el equipo de tracción de tracción Westinghouse HL (la L corresponde a la línea alimentada, no a la batería) usa una escalera de resistencia para sintetizar aproximadamente 80V a partir de 600V de voltaje de línea. La resistencia inferior, entre la carga y la GND, evita que la tensión fluya hacia arriba a 600 V si no hay un consumo de corriente por la carga.

Pero el voltaje varía considerablemente, ya que la resistencia inferior está en paralelo con entre 0 y 15 contactores en un tren de 5 vagones. Esta variación de voltaje es el talón de Aquiles de las escaleras de resistencia. Usted lo mitiga haciendo que las resistencias de derivación superior e inferior sean más grandes (en vatios y tamaño físico, más pequeñas en ohmios). Para cualquier rango de trabajo razonable, la gran mayoría de la potencia se consumirá en la escala de resistencia, no en la carga.

En su aplicación, necesita especificar su escalera de resistencia para que su voltaje permanezca entre 3.3V y 5V en los flujos de carga entre 0A y 250ma (o cualquier medida que se pruebe). Los cálculos no son demasiado complicados, pero ese es un rango estrecho que espero que requiera una escalera de resistencia bastante enorme. Así que vas a estar haciendo mucho calor y necesitarás una jaula de seguridad adecuada para el banco de resistencias. Espero que esto exceda la capacidad de suministro de la fuente de alimentación del abridor de la puerta del garaje. ¡Incluso puede exceder el límite legal de 55 vatios para reglas relajadas para cableado de bajo voltaje! Con todo, las escaleras no son para cosas con requisitos de voltaje estrecho.

Un regulador de voltaje lineal

Algo así como un regulador 7805 es una escalera de resistencia, pero con la resistencia de balance inferior eliminada, solo el Arduino como resistencia inferior, y el regulador como resistencia superior "inteligente", cambiando su resistencia sobre la marcha para rastrear el corriente de carga Todo el circuito fluye independientemente de lo que dibuje el Arduino, que es de hasta 250 m, dices.

El regulador de voltaje debe disipar la diferencia entre el voltaje de suministro y el voltaje de entrada, por ejemplo. 19-20.7 voltios x corriente de circuito. P.ej. A 250 m, serían unos 5 vatios. Eso tendrá que ser disipado adecuadamente. Demasiado para usar una caja de acero 4x4 como un disipador térmico ad-hoc.

Casi todos los reguladores de voltaje están diseñados para el disipador térmico externo, por lo que tiene un gran problema de empaque en cuanto a que parece "no un proyecto científico". Y tiene que lidiar con la eliminación de calor definitiva: el disipador de calor tiene que intercambiarse con el aire ambiente, y no puede simplemente dejar que la caja de conexiones se caliente.

Expandir la potencia de red en el abridor; añadir una "verruga de la pared"

Algunos abridores de puertas de garaje tienen provisiones para un receptáculo (toma de corriente, por ejemplo, NEMA 5-15). Si no es el zócalo, un nocaut precortado donde se podría instalar un zócalo. Usted podría actualizar eso.

O puede colocar una toma de corriente dúplex en el suministro del abridor de la puerta del garaje, darle un cable de alimentación y ahora tiene una toma abierta.

Conecta una verruga de pared allí y listo.

    
respondido por el Harper
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Una opción que no se ha señalado (por lo que puedo ver), es que no está limitado a elegir solo una opción. En particular, un regulador de dólar seguido de un regulador lineal puede darle las mejores características de ambos.

Yo sugeriría un regulador reductor para bajar el voltaje de 24V a 9V, y luego alimentar los 9V a un regulador lineal hasta 5V. A 250 mA, el regulador lineal solo disipa 1W (9-5 = 4 V x 250 mA). Por lo tanto, el regulador de buck hace la mayor parte del trabajo, y el regulador lineal proporciona una salida sin ondulación.

    
respondido por el user85471

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