Encontrar baterías para hacer una fuente de alimentación de batería estable de 12 V

Hablas de voltajes de caída, 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 consume alrededor de 0,4 A. ¹ P = VI, por lo que está hablando de quemar 7 × 0,4 = 2,8 W en el segundo regulador. ² Eso es bastante 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 tan baja como 20-25°C en interiores, y solo si está ejecutando este dispositivo desnudo en el banco de trabajo con un ventilador soplando sobre él. A menos que su aplicación final tenga esta cosa funcionando en una caja ventilada al aire libre en invierno, cuente con que la temperatura ambiente real sea más alta a medida que la electrónica calienta el aire dentro de la caja.

Es casi seguro que el segundo regulador se destruirá solo si no le coloca un disipador de calor bastante grande.

Pero se pone peor.

El primer regulador también producirá calor, hasta aproximadamente 5 W. ³ Los disipadores de calor en ambos reguladores tendrán que ser más grandes de lo que calcula para cada uno solo, ya que cada uno calentará el aire dentro del gabinete de la electrónica. El sistema de doble regulador llegará a un equilibrio más alto que si estuviera ejecutando los dos reguladores en recintos separados.

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

Cuando comienza a unir muchas celdas en una batería de alto voltaje, hace que sea mucho más fácil que la batería se destruya debido a la inversión de la celda. Cuantas menos celdas puedas usar en serie, mejor. Otra de las ventajas de la solución del convertidor CC-CC es que puede encontrar tipos que generarán más voltaje del que consumen, ⁴ por lo que podría salirse con la suya con solo 1-4 celdas, lo que es menos probable que se autodestruya.

Es posible que pueda evitar el requisito de un suministro regulado de 12 V. Los LED realmente no quieren un voltaje constante, quieren una corriente constante . La forma EE 101 de obtener eso es dejar caer un voltaje constante a través de una resistencia fija, pero hay muchas formas de hacer una fuente / sumidero de corriente constante . Entonces, colocaría el CCS entre el voltaje de suministro sin procesar y la matriz de LED o entre la matriz de LED y tierra, luego ejecutaría el Pi desde un convertidor de CC-CC de 5 V.

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Notas al pie:

1. Puede subir mucho 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 cuestión del voltaje de la batería para esta parte del análisis.

3. El primer regulador arroja aún 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 su requisito de "voltaje estable".

   Para aprovechar al máximo la batería, desea dividir el voltaje útil más bajo de una sola celda en el voltaje de batería más bajo que puede tolerar para obtener la cantidad mínima de celdas. Luego, multiplique eso por el voltaje más alto de la batería para obtener el voltaje máximo de la batería.

   Las celdas de NiMH siguen siendo las más amigables con el bricolaje. Las celdas de NiMH varían desde alrededor de 1,35 V cuando están recién descargadas del cargador hasta alrededor de 0,8 V cuando están casi muertas. Si usamos un regulador con un voltaje de caída de 2 V, dividimos 0,8 en (12+2) V, lo que da 17,5 celdas, que tenemos que redondear a 18 × 1,35 V = 24,3 V. Eso significa que el primer regulador podría estar arrojando otros 12,3 × 0,4 = 5 W!

   A medida que cae el voltaje de la batería, 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 cae a aproximadamente 4 W, por lo que realmente no cambia nuestras conclusiones.

   Las baterías recargables de litio difieren bastante en el comportamiento de las de NiMH, pero si realiza los mismos cálculos con ellas, 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, duplica la potencia desperdiciada en el primer regulador.

4. A un costo de mayor corriente de entrada.

Como se mencionó anteriormente, querrá usar un regulador de conmutación CC-CC por razones térmicas (disipación de energía), si no por eficiencia (duración de la batería). El tipo correcto de regulador (boost) puede proporcionar un voltaje de salida más alto que el voltaje de entrada, por lo que no debe preocuparse por encontrar una batería de más de 12 V, siempre que la batería tenga la potencia nominal suficiente. En comparación con un regulador lineal, un convertidor de conmutación será un poco más complicado de configurar, pero no tiene por qué ser tan malo si encuentra uno simple. Necesitará un inductor y algunos 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 depurarlos o reemplazarlos por separado, si es necesario.

Te sugiero que pienses diferente. La matriz LED también funcionará muy bien a partir de 11,5 V.

Se considera que una batería está totalmente descargada en exceso si su voltaje de salida es inferior a 11 V, por lo que si elige una batería de 12 V, entonces no necesita un regulador de 12 V.

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

Con respecto al PI, considere usar un regulador de conmutación, de lo contrario, desperdiciará mucha energía. Lo más simple es comprar un adaptador usb para automóvil (va al enchufe del encendedor de cigarrillos y le brinda una salida USB limpia de 5V), y tiene listo el regulador de conmutación.

Evitaría usar cualquier regulador de impulso a menos que los necesite seriamente. Hacer 12V de una batería de voltaje más bajo con regulador de impulso no tiene ninguna ventaja, está introduciendo al menos un 10% de pérdida. Para tener el mismo tiempo de funcionamiento, incluso el peso de la batería será el mismo, es decir, una batería de 12 V 1000 mAh frente a una batería de 6 V 2000 mAh.