Zasilanie ESP32 i LED ws2812b

[endrju]

Cześć,

Tworzę własną płytkę PCB, która będzie wykorzystywała ESP32 sterujące LEDami. Cały układ będzie miał 500 LED ws2812b świecących na ok. 15% mocy  (i też nie wszystkie na raz) zasilanych z Power Banka. Napięcie 5V idzie do LEDów, z kolei poprzez regulator napięcia 3.3V idzie do ESP32. Pytanie jest następujące, czy potrzebuję do załączonego schematu dodatkowo dzielnik prąd albo jeszcze cos innego, które odpowiednio rozdzieli 3A idące z baterii? Czy prąd sam sie odpowiednio rozdzieli odpowiednio do potrzeb? Chciałbym maksymalnie wykorzystać prąd na świecenie LEDów.

Na załączonym schemacie dołączone tylko 2 x LED ws2812b dla uproszczenia, wtyk USB 3.1 oraz regulator napięcia AMS1117. Wszelkie uwagi co do uproszczenia schematu mile widziane 🙂

[Treker (Damian Szymański)]

@endrju witam na forum 🙂 Nie, nie stosuje się raczej tego typu rozwiązań - po prostu zasilacz musi mieć odpowiednią wydajność, aby "napędzić" cały układ. Nie da się podzielić prądu, aby "skupić" go tylko na jednej części układu. Zmierzyłeś lub policzyłeś dokładne zapotrzebowanie na prąd tych diod?

[endrju]

Teoretycznie przy wszystkich odpalonych ledach na kolor biały przy 15% jasnosci to prąd ok. 4,5A. Zakładam, że nie będę odpalał na wszystkich ledach białego koloru i nie wszystkie będą się świecić jednocześnie. Robiłem wstępne testy i przy zasileniu z baterii 3.7 LIPO działało to całkiem dobrze ale nie doskonale. Stąd też pomysł wykorzystania USB 3.1 gdzie mamy 3A prądu.

Czyli rozumiem, że powyższy schemat, gdzie do ledów wpinam się bezpośrednio z USB za pomocą napięcia 5V a potem 3.3V do ESP32 powinno być ok?

[Treker (Damian Szymański)]

54 minuty temu, endrju napisał:

Stąd też pomysł wykorzystania USB 3.1 gdzie mamy 3A prądu.

W przypadku tego typu projektu wersja USB nie zrobi żadnej różnicy. Znajdziesz też powerbanki/zasilacze USB 2.0, które po prostu mają wysoką wydajność prądową. To, że powerbank jest zgodny z USb 3.0 nie oznacza, że z automatu musi dawać wysoki prąd. Proponowałbym podłączyć to do porządnego zasilacza, zamierzyć jaki jest faktyczny pobór prądu i dopiero wtedy dobrać źródło zasilania - tak będzie bezpieczniej 🙂 

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

I jeszcze tylko upewnij się, że diody zasilane z 5V "łykną" sygnał sterujący w standardzie 3V, bo wcale tego pewien nie jestem.

[endrju]

Dnia 10.11.2020 o 17:35, marek1707 napisał:

I jeszcze tylko upewnij się, że diody zasilane z 5V "łykną" sygnał sterujący w standardzie 3V, bo wcale tego pewien nie jestem.

Racja, może nie łyknąć, dzięki.

Trochę poczytałem i zastanawiam się jaki układ wybrać. Z tego co widzę 74AHCT125 powinien zdać egzamin ale może jest jakiś prostrzy układ, który załatwi sprawę?

[marek1707]

Dobry wybór 🙂 Nie odsuwaj tylko za daleko pierwszej diody od nadajnika sygnału i sensownie połącz masy. Czy mógłbyś opisać fizyczną konfigurację tego cuda wraz z odległościami? No chyba, że ma to być jedno, kompaktowe urządzenie z bezpośrednio dołączoną taśmą. Generalnie podczas prowadzenia okablowania/ścieżek zawsze wyobrażaj sobie którędy będą płynąć duże prądy, począwszy od plusa zasilacza a skończywszy na powrocie do jego GND.

Przy tego rodzaju LEDach pamiętaj, że z punktu widzenia zakłóceń i ew. niezawodności działania nie ma znaczenia z jaką jasnością świecisz. LEDy są zawsze odpalane na pełny prąd, tylko z wypełnieniem < 100%. Każdy chip RGB ma własny driver z własnym zegarem lekko różniącym się od pozostałych więc średnio wychodzi to nieźle, ale w szczególnym przypadku możesz obserwować (oscyloskop + sonda prądowa) spore piki prądu. A to one robią spadki na masach/zasilaniach i to one muszą być blokowane pojemnościami.

 

[ethanak]

Te diody to paski czy pojedyncze? Bo jeśli pojedyncze to wystarczy obniżenie zasilania pierwszej diody (np. włączenie jej przez zwykłą diodę prostowniczą). W takim przypadku sygnał z 3.3V będzie wystarczający dla diody zasilanej z 4.3V, a jej sygnał wyjściowy wystarczy dla następnej zasilanej już z 5V.

Sprawdzony układ nie wymagający żadnych dodatkowych buforów między wyjściem mikrokontrolera a diodą.

 

[endrju]

@marek1707 To będzie jedno, kompaktowe urządzenie z małymi odległościami. Czyli rozumiem, że jeśli zdarzy sie sytuacja, że odpale wszystkie ledy na biało na moment a nie będę miał tyle prądu na wejściu to mogą się dziać dziwne rzeczy - np. odcięcie zasilania esp32, bo ledy wszystko zjadły?

Znasz może jakiś poradnik/artykuł jak badać takie rzeczy za pomocą oscyloskopu+sondy prądowej? Jeszcze jestem zielony w tym temacie.

 

@ethanak Paski.To ten sposob, który widziałem gdzies na hackaday? https://hackaday.com/2017/01/20/cheating-at-5v-ws2812-control-to-use-a-3-3v-data-line/

 

[ethanak]

1 minutę temu, endrju napisał:

To ten sposob, który widziałem gdzies na hackaday?

Tak, dokładnie to. Niestety - do paska się niespecjalnie nadaje.

[marek1707]

Przypadek gdy odpalisz wszystko na biało jest prosty. Jeśli pobór prądu będzie większy niż wydajność zasilania to napięcie spadnie do momentu, gdy zmniejszone zapotrzebowanie na prąd zrównoważy możliwości źródła. W Twoim prypadku to zajdzie wtedy gdy napięcie stanie się zbyt niskie do pracy sterowników LEDów i chipy driverów wyłączą swoje diody. Jeśli stanie się to przy np. 4V to procesor przeżyje, ale jeśli przy 2.5V to raczej nie ma szans na podtrzymanie pracy i RESET pewny.

Ja natomiast pisałem o czymś zupełnie innym. Mam wrażenie, że nie do końca rozumiesz jak działa regulacja jasności tych diodek. Koniecznie poszukaj czegoś o PWM i dla pewności jeszcze raz przeczytaj powoli drugi akapit mojego poprzedniego posta.

[endrju]

@marek1707 Steruje jasnościa poprzez bibliotekę FastLED i ustawieniem PWM=40. 

Poniżej artykuły, które znalazłem aby zgłębić temat:

https://forbot.pl/forum/topic/17313-diody-ws2812b-zasilanie/

http://gotronik.com/2015/09/07/obsluga-diod-z-kontrolerem-pwm-ws2812b-za-pomoca-atmega32/

https://forum.arduino.cc/index.php?topic=333963.0

 

Generalnie problem pojawi się gdy Power Bank już się mocno rozładuje, napięcie spadnie i jeśli odpale za dużo LEDów na raz to napięcie spadnie do tego stopnia, że będzie wymagany RESET i odpalenie np. mniej prądożernej animacji na LED. Teraz zacząłem się zastanawiać czy nie zasilać LEDów 3.3V. Tylko teraz nie wiem jaki wpływ będzie miał poziom PWM na jasnośc. Może dzięki temu całość dłużej wytrzyma na baterii...

 

[marek1707]

No i zgłębiłeś? Rozumiesz już czym różni się prąd chwilowy diody LED sterowanej PWM (czyli tak jak w driverach WS2812) od prądu średniego i że to ten pierwszy robi zakłócenia na kablach a ten drugi jest jego matematycznym uśrednieniem, które widzisz jako jasność diody?

2 godziny temu, endrju napisał:

Teraz zacząłem się zastanawiać czy nie zasilać LEDów 3.3V

Zanim napiszesz takie radosne rzeczy na Forum, lepiej zrób dwa wdechy i zajrzyj do karty katalogowej. Może niektóre parametry czasem trudno wyczytać, ale zakres napięć zasilania nie jest głęboko schowany:

https://www.tme.eu/Document/96fd6086e242af1060c3c8e0034cc52b/WS2812C.pdf

3 godziny temu, endrju napisał:

gdy Power Bank już się mocno rozładuje, napięcie spadnie

Power bank to nie tylko akumulator. Tam nie ma tak, że w miarę rozładowywania napięcie spada. Albo daje dobre 5V, albo przetwornica się wyłącza (bo napięcie akumulatora spadło poniżej np. 2.8V) i dostajesz zero. Jeśli coś ma symbol USB to musi spełniać wymagania określone normą. Napięcie wyjściowe jest jednym z takich wymagań.

Natomiast rzecz jasna urządzenie nigdy nie będzie wiedziało, ile energii jeszcze zostało w akumulatorze i czy zwiększony pobór prądu nie wyłączy przetwornicy. A jak już wyłączy, to na pewno zauważy...

Jeśli chcesz dłużej działać z baterii to nie przez zmniejszanie napięcia zasilania, bo nigdy nie wiesz jak to wpłynie na kolory (a na pewno je zmieni względem tych "wykalibrowanych" dla animacji na 5V), tylko poprzez bieżące przeliczenie (skalowanie) wartości wysłanych do diod. Przecież po to masz 256-stopniową regulację jasności każdej składowej by móc sobie regulować nie tylko barwę (HUE) ale także jasność (czyli prąd średni).

[endrju]

7 minut temu, marek1707 napisał:

No i zgłębiłeś? Rozumiesz już czym różni się prąd chwilowy diody LED sterowanej PWM (czyli tak jak w driverach WS2812) od prądu średniego i że to ten pierwszy robi zakłócenia na kablach a ten drugi jest jego matematycznym uśrednieniem, które widzisz jako jasność diody?

Mam wrażenie, że odpowiedziałeś na to pytanie pod koniec swojego posta 🙂

9 minut temu, marek1707 napisał:

Zanim napiszesz takie radosne rzeczy na Forum, lepiej zrób dwa wdechy i zajrzyj do karty katalogowej. Może niektóre parametry czasem trudno wyczytać, ale zakres napięć zasilania nie jest głęboko schowany:

https://www.tme.eu/Document/96fd6086e242af1060c3c8e0034cc52b/WS2812C.pdf

Widziałem specyfikację i nie jest to informacja wyssana z palca. Polecam przeczytać wpis: https://forbot.pl/forum/topic/17313-diody-ws2812b-zasilanie/  gdzie okazuje się, że ws2812b są w stanie działać już przy 2,3V (o ile wierzyć postowi). Tak jak wspomniałeś, odzwierciedlenie kolorów i jasności pewnie w takim przypadku będzie zaburzone co do wzorcowej specyfikacji 5V. A przy wdechach polecam jeszcze wydech dla rozluźnienia.

Dziękuję za wszelkie informacje, przeprowadzę testy i zobaczymy jak to będzie działać 🙂

 

 

[Zealota]

31 minut temu, marek1707 napisał:

Zanim napiszesz takie radosne rzeczy na Forum, lepiej zrób dwa wdechy i zajrzyj do karty katalogowej. Może niektóre parametry czasem trudno wyczytać, ale zakres napięć zasilania nie jest głęboko schowany:

https://www.tme.eu/Document/96fd6086e242af1060c3c8e0034cc52b/WS2812C.pdf

Też weź dwa wdechy zanim podasz link do dokumentacji. WS2812C to nie to samo co B, istotnie się różnią w kilku miejscach.

Tu leży właściwa:

http://www.elenota.pl/datasheet-pdf/163023/Worldsemi/WS2812B

Należy odnieść "Absolute Maximum Ratings" do "Electrical Characteristics" i powiedzieć dlaczego opieranie się na tym pierwszym jest niewystarczające.

Do autora:

Jeśli chcesz mieć najprościej to zasil ESP32  i diody z napięcia 3.5V ("Absolute Maximum Ratings" dla WS2812B), będziesz miał zgodną specyfikację co do poziomów napięć dla obu układów, ale obniżoną jasność wszystkich diod oraz nie będziesz miał pewności co prędkości przesyłania danych do diod. Wg noty, a to dość szczątkowe dane,  prędkość maksymalną uzyskasz przy napięciu nie niższym niż 4.5 V ( "Electrical Characteristics" ), bo tak układy te badano, przynajmniej wg producenta - co się będzie działo przy 3.5V tego nie wiadomo. Można taki eksperyment wykonać i ew. zastosować, o pomysłach poza specyfikacją, które podawałeś, zapomnij. Ja bym tego nie zastosował, bo diody mają się świecić, a nie jarzyć się, a dodatkowo człowiek nabiera złych przyzwyczajeń.

Jeśli chcesz mieć to zrobione prawidłowo to zastosuj konwerter napięć. Dodatkowy układ scalony nie jest potrzebny - jeśli masz u siebie to problem rozwiązany, jeśli nie, to wystarczy konwerter poziomów na tranzystorze małej mocy MOSFET. Oczekiwana prędkość na magistrali 800 kHz nie jest specjalnie wymagająca.

https://elektronikab2b.pl/technika/13733-translatory-napiec-poziomow-logicznych

Taki konwerter nie jest idealny, jak opisano w artykule, ale do tego zadania jak najbardziej się nada.