¿Es este un diseño viable del Regulador de Voltaje?

Comprar un cargador usb de coche decente. Será (lo más probable) un regulador de conmutación completo de 12V a 5V, con tapas de filtrado y todo. Mayor eficiencia en comparación con un registro lineal como el LM317.

El LM317 utilizará Voltage In * Current In = Power Used , parte del cual se desperdiciará en calor (Voltage In - Voltage Out) * Current In = Wasted Power . Si conectamos los números, 12V * 0.75A = 9 vatios, de los cuales (12V - 5V) * 0.75A = 5.25 vatios. Eso significa 5,25 vatios de calor, que matarán a un LM317 sin un disipador de calor. Y eso es solo un 42% eficiente.

Un regulador de conmutación generalmente tiene una eficiencia de 80 ~ 90%. Como sabemos que necesita 3,75 vatios de potencia en la salida (5 V * 0,75 A), podemos calcular la potencia de entrada. Tome la potencia de salida y multiplíquela por el inverso del porcentaje de eficiencia. 3.75W * (1 / 0.85) = 4.42 vatios de potencia de entrada. Como conocemos el voltaje de entrada, podemos revertir la fórmula de potencia, eso es 4.42W / 12V = 0.37 Amps. Así que puedes usar una fuente de alimentación de 12V más pequeña. Y como solo es un 15% de calor perdido (en este caso 4,42 - 3,75 = 0,67 vatios), rara vez se necesita un disipador.

Dicho esto, el USB normalmente tendrá un regulador de solo 12V a 5V para alimentar el riel de 5V del disco duro, por lo que no debería necesitar calcularlo.

Intentaré ir en orden de sus preguntas:

1) En realidad no. Para la regulación de voltaje de CC, está limitado a reguladores lineales para aplicaciones de baja potencia y reguladores de conmutación para aplicaciones de alta potencia, o donde la eficiencia es importante. El LM317 cuesta solo $ 0.45, así que puedo ver la apelación, pero si no tiene un presupuesto limitado, puede revisar los reguladores de conmutación más pequeños, como el TRS1-2450. Es fácil de encontrar en línea (como Adafruit). Puede ver una hoja de datos aquí . Se limita internamente a ~ 2.5A, pero dudo que alguna vez uses más de 1A con un RPi.

2) Con un regulador lineal, sí, hizo el cálculo correctamente. Un regulador lineal "quema" la sobrecarga de voltaje (7V cuando se pasa de 12V a 5V), pero la corriente a través del regulador se conserva (en gran medida) de la entrada al lado de salida. El LM314 tiene un pin de ajuste que lo hace ligeramente diferente, pero contar µA no tiene sentido aquí.

La segunda y tercera parte de su pregunta están relacionadas. El RPi es probablemente mejor modelado como una carga activa. El voltaje a través de él siempre será (cerca de) 5V, pero la corriente a través de él variará, por lo que una resistencia variable es un mejor modelo. Para este caso, revisa el consumo típico para el RPi. Por lo general, es alrededor de 500mA , y un par de GPIO no cambiarán mucho. Dudo que alguna vez vayas a ser mucho más alto que un amplificador, a menos que estés haciendo un hashing de bitcoin serio en un cluster RPi.

3) Supongamos una salida de corriente de estado estable desde el LM317 de .75A. Con una entrada de 12 V y una salida de 5 V, obtiene una disipación de potencia de

(12 - 5)V * .75A = 5.25W

En el peor de los casos de un sorteo continuo de 1.2A, sube a 8.4W. Puede consultar esta guía sobre consideraciones de alimentación del regulador lineal, pero por más de ~ 2.5W, Recomendaría un disipador de calor. Son alrededor de $ 1 y una tonelada de seguro. El LM317 tiene un apagado por sobrecarga térmica, por si acaso, por lo que si observa caídas de tensión, esa podría ser la causa. Además, según la hoja de datos, la potencia disipativa máxima es de 20W. Para el regulador de conmutación TRS, debería estar bien, ya que es mucho más eficiente (> 84%).

4) No me preocuparía demasiado aquí. Piensa en ello de esta manera. El RPi consumirá ~ 500 mA, por lo que si el divisor de voltaje consume incluso 5 mA (valores de resistencia de 1K de la fuente de 5V), solo es 1% del consumo del RPi. Cualquier cosa más grande minimiza esto aún más.

Sin embargo , el pin Iadj es realmente muy importante. Mirando la ecuación dada:

Vo = 1.25 * (1 + R2 / R1) + R2 * Iadj

Podemos ver que el valor de Iadj y R2 puede cambiar la regulación de voltaje de salida. Primero, mirando la hoja de datos, Iadj puede variar desde cualquier lugar entre 0 (no se establece un mínimo, pero es poco probable que sea un valor negativo) a 100 µA. Puede usar un trimpot aquí en lugar de dos resistencias, y con un DMM, calibre el sistema bajo carga para que ofrezca exactamente 5V hasta una precisión arbitraria. Alternativamente, podemos reconocer que si podemos tolerar una variación de ± 5% ( .25V de acuerdo con esto post ), luego R2 * Iadj no debe permitir más de 500 mV de diferencia (5.25 - 4.75). Calculando el valor máximo de R2 entonces:

500mV = R2 * Iadj
500mV = R2 * 100µA
R2 = 500mV / 100µA = 5kΩ

Así que ahora podemos colocar algunos límites seguros utilizando los valores de referencia para R2. Probablemente no lo queremos mucho más bajo que 1K, y tal vez no más alto que 5k (a menos que esté calibrado con un trimpot). 4.7K es un valor conveniente en la serie estándar, pero compruebe qué valores estándar funcionan para R1 y para que R2 / R1 satisfagan la ecuación adecuadamente. Además, tenga en cuenta dos cosas: primero, los circuitos de aplicación típicos son generalmente un buen punto de partida y probablemente funcionen mejor para usted. Los ingenieros profesionales dedicaron una cantidad de tiempo decente a hacerlos, así que obtén cualquier información que puedas de ellos. Segundo, las resistencias estándar tienen, IIRC, un límite de 10% de desviación de su valor nominal. Nuevamente, otro argumento a favor de trimpot + calibración.

4) La simulación probablemente está bien. La mejor manera de verificarlo sería construirlo (literalmente, menos de $ 1 para todo el asunto) y verificarlo con un multímetro. Puede simular la carga RPi con, como sugirió, un par de resistencias que simulan las cargas actuales que espera.

¡Espero que esto ayude con el diseño del regulador!