Búsqueda de baterías para obtener una fuente de alimentación estable de 12 V

Hablas de voltajes de deserción, lo que me hace pensar que planeas usar un par de reguladores lineales para esto, como un 7812 y un 7805.

En reposo, un Pi dibuja alrededor de 0.4 A. ¹ P = VI, por lo que estamos hablando de quemar 7 × 0.4 = 2.8 W en el segundo regulador. ² Eso es un buen desperdicio.

Un regulador TO-220 desnudo tiene una resistencia térmica de 50 ° C / W, y 50 × 2.8 llega a 140 ° C sobre la temperatura ambiente. La temperatura ambiente solo será de 20-25 ° C en interiores, y solo si está ejecutando este dispositivo desnudo en la mesa de trabajo con un ventilador encendido. A menos que su aplicación final tenga esta cosa funcionando en una caja ventilada afuera en invierno, cuente con que la temperatura ambiente real sea más alta ya que la electrónica calienta el aire dentro de la caja.

Es casi seguro que el segundo regulador se destruya a sí mismo si no le pones un disipador de calor bastante grande.

Pero empeora.

El primer regulador también producirá calor, hasta aproximadamente 5 W. Valor. ³ Los disipadores de calor en ambos reguladores tendrán que ser más grandes de lo que calculamos para cada uno solo, ya que Cada uno estará calentando el aire dentro de la caja de la electrónica. El sistema de doble regulador alcanzará un equilibrio más alto que si estuviera ejecutando los dos reguladores en recintos separados.

Una solución muy superior es usar uno de los muchos convertidores de CC / CC disponibles en el mercado que apagarán 5 y 12 V de una sola fuente de entrada. Encontrará que hay modelos que cubren una amplia gama de voltajes de entrada. Cualquier batería que pueda suministrar suficiente corriente para su trabajo puede hacerse funcionar.

Cuando comienzas a juntar muchas celdas en una batería de alto voltaje, hace que sea mucho más fácil que la batería se apague debido a la inversión de la celda. Cuantas menos celdas pueda usar en serie, mejor. Otra de las ventajas de la solución de convertidor DC-DC es que puede encontrar tipos que generarán más voltaje del que absorben, ⁴ , por lo que podría salirse con solo 1-4 celdas, lo cual es menos propensos a autodestruirse.

Es posible que pueda evitar el requisito de un suministro regulado de 12 V. Los LED realmente no quieren voltaje constante, quieren corriente constante. La forma EE 101 de obtener eso es dejar caer una tensión constante a través de una resistencia fija, pero hay muchas maneras de hacer una fuente / sumidero de corriente constante . Por lo tanto, debe colocar el CCS entre la tensión de alimentación bruta y la matriz de LED o entre la matriz de LED y masa, y luego ejecutar el Pi desde un convertidor de 5 V CC-CC.

Footnotes:

1. Puede ir hacia arriba desde allí .

2. El segundo regulador solo ve la caída de 12 a 5 V, debido a la forma en que dibujó su sistema en la pregunta. Por lo tanto, podemos ignorar la pregunta sobre el voltaje de la batería para esta parte del análisis.

3. El primer regulador produce más calor que el primero, por un par de razones.

   Primero, la batería no puede caer por debajo de 12 V + V _d , el voltaje de caída del regulador, si vamos a cumplir con el requisito de "voltaje estable".

   Para obtener el uso completo de la batería, debe dividir el voltaje útil más bajo de una sola celda en el voltaje más bajo de la batería que puede tolerar para obtener el número mínimo de celdas. Luego multiplique eso por el voltaje más alto de la batería para obtener el voltaje máximo de la batería.

   Las células de NiMH siguen siendo las más amigables con el bricolaje. Las células de NiMH varían desde aproximadamente 1,35 V cuando están recién cargadas del cargador hasta aproximadamente 0,8 V cuando están casi muertas. Si usamos un regulador con un voltaje de desactivación de 2 V, dividimos 0.8 en (12 + 2) V, que corresponde a 17.5 celdas, que tenemos que redondear hasta 18 × 1.35 V = 24.3 V. Eso significa que el primer regulador podría ¡Desechando otros 12.3 × 0.4 = 5 W!

   A medida que el voltaje de la batería desciende, el calor emitido por el primer regulador también disminuirá, a diferencia del calor producido por el segundo regulador, que ve un voltaje constante. Sin embargo, solo se reduce a alrededor de 4 W, por lo que realmente no cambia nuestras conclusiones.

   Los materiales recargables de litio difieren en el comportamiento de NiMH un poco, pero si ejecutas los mismos cálculos en ellos, las conclusiones no cambian mucho.

   Pero todo eso solo considera el calor debido al consumo de energía del Pi. También debe agregar la corriente requerida por su matriz de LED, que no ha especificado. Si son otros 400 mA, duplicarás la potencia que se pierde en el primer regulador.

4. A un costo de una mayor entrada de corriente.

Como se mencionó anteriormente, querrá usar un regulador de conmutación de CC / CC por razones térmicas (disipación de energía), si no por eficiencia (vida útil de la batería). El tipo correcto de regulador (refuerzo) puede proporcionar un voltaje de salida más alto que el voltaje de entrada, por lo que no debe preocuparse por encontrar una batería > 12 V: siempre que la batería esté clasificada para proporcionar suficiente energía. En comparación con un regulador lineal, un convertidor de conmutación será algo más complicado de configurar, pero no es tan malo si encuentra uno simple. Necesitará un inductor y unos pocos condensadores además de un IC.

Considere ejecutar el LED desde un controlador de LED (de conmutación) para controlar la corriente en ellos y luego use un DC-DC separado para derivar los 5V para el rPi. De esa manera, puede depurar o reemplazar cada uno por separado, si es necesario.

Te sugiero que pienses de manera diferente. La matriz led también funcionará muy bien a partir de 11.5V.

Se considera que una batería está totalmente sobrecargada si su voltaje de salida es inferior a 11V, por lo tanto, si va con una batería de 12V, no necesita un regulador de 12V en absoluto.

Si necesita más tiempo de ejecución, considere una batería con una calificación de mAh más alta.

En relación con el PI, considere usar un regulador de conmutación, de lo contrario perderá energía. Lo más sencillo es comprar un adaptador USB para automóvil (va a la toma de iluminación del cigarrillo y le proporciona una salida USB de 5 V limpia), y tiene el regulador de conmutación listo.

Evitaría usar cualquier regulador de impulso a menos que esté realmente necesitado de ellos. Hacer 12V de una batería de voltaje más bajo con regulador de refuerzo no tiene ninguna ventaja, ya que está introduciendo al menos el 10% de la pérdida. Para tener el mismo tiempo de funcionamiento, incluso el peso de la batería será el mismo, es decir, batería de 12V 1000mAh en comparación con batería de 6V 2000mAh.