ESP32 i taśma LED z jednego zasilania 12V

[boogyeman]

Hej,

chciałbym wykonać pierwszy praktyczny 'gadżet', wybór padł na podświetlenie łóżka wraz z czujnikiem ruchu. Projekt banalny, ale pierwszy i największy problem to sama taśma LED. Zdecydowana większość dostępnych na rynku i w dobrej cenie, to taśmy na 12V. Jako jednostkę sterującą chciałbym wykorzystać ESP32, więc potrzebowałbym 5V, a nie chciałbym korzystać z dwóch źródeł zasilania. Pomyślałem o takim układzie, elementy opisane gdyż w bibliotece fritzinga nie znalazłem odpowiednich komponentów. Na schemacie brakuje czujnika ruchu oraz fotorezystora, ale to na chwilę obecną nieistotne.

- LM2596 - https://botland.com.pl/przetwornice-step-down/2967-przetwornica-step-down-lm2596-32v-35v-3a-5903351241397.html

- N-MOSFET IRFZ44N / N-MOSFET IRL540NPBF

- rezystory 1k

- taśma LED 5m

 

Ma to sens? Nie chciałbym kupować taśmy adresowalnej, trochę overkill dla tego projektu... 

Pozdrawiam

[marek1707]

Co to za mania z tymi potężnymi przetwornicami? Kolejny "projekt" 3A modułu do zasilania małej płyteczki - to nie overkill? One nie są do zasilania takich delikatnych, radiowych rzeczy. Ładowarkę z tego zrób albo lampę przed domem zasilaj. Może prościej LM317 wstawić albo gotowy LM1117-3.3? Bedzie mniej zakłóceń, taniej i stabilniej.

[boogyeman]

Dzięki za odpowiedź! O przetwornicy pomyślałem gdyż mam obawy czy LM nie będzie za bardzo się grzał. Ale może się mylę... 

[marek1707]

Oczywiście, że będzie się grzał, szczególnie gdy WiFi będzie w użyciu, ale przecież to nie kamerka z ciągłym nadawaniem tylko jakieś proste komendy będzie ta maszynka odbierać. Grzanie się to skutek stabilizacji liniowej - nic złego jeśli nad tym zapanujesz. Dajesz kawałek blaszki i z głowy a transceiver radiowy na pewno Ci podziękuje za takie ładne i czyste zasilanie:

https://abc-rc.pl/product-pol-7564-Modul-zasilania-mini-AMS1117-3-3V-800mA-Arduino.html

A jeśli koniecznie chcesz kupić przetwornicę, to coś małego i szybkiego a nie kloc z lat 90-tych:

https://abc-rc.pl/product-pol-7020-Przetwornica-DC-DC-Step-Down-Mini-360-1-8A-1-17V-mini-uklad-zasilajacy.html

[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

[SOYER]

11 minut temu, marek1707 napisał:

i szybkiego

tzn? 

12 minut temu, marek1707 napisał:

i czyste

tzn? 

[boogyeman]

26 minut temu, marek1707 napisał:

Oczywiście, że będzie się grzał, szczególnie gdy WiFi będzie w użyciu, ale przecież to nie kamerka z ciągłym nadawaniem tylko jakieś proste komendy będzie ta maszynka odbierać. Grzanie się to skutek stabilizacji liniowej - nic złego jeśli nad tym zapanujesz. Dajesz kawałek blaszki i z głowy a transceiver radiowy na pewno Ci podziękuje za takie ładne i czyste zasilanie:

https://abc-rc.pl/product-pol-7564-Modul-zasilania-mini-AMS1117-3-3V-800mA-Arduino.html

A jeśli koniecznie chcesz kupić przetwornicę, to coś małego i szybkiego a nie kloc z lat 90-tych:

https://abc-rc.pl/product-pol-7020-Przetwornica-DC-DC-Step-Down-Mini-360-1-8A-1-17V-mini-uklad-zasilajacy.html

Super, bardzo dziękuję za wyjaśnienie 🙂

[marek1707]

@SOYER Przetwornica pracująca na 75 lub 150kHz i mająca na wyjściu setki uF to powolny kloc nadający się do zasilania sporego, ale niewymagającego odbiornika. To w zasadzie nie nadaje się do układów szybko zmieniających pobór mocy, np. procesora który 1000 razy na sekundę usypia się i budzi ablo WiFi nadającego ramki z poborem 500mA i między nimi ciągnącego 20mA. Poza tym układ optymalny dla 2-3A będzie miał sprawność porównywalną ze stabilizatorem liniowym gdy obciążenie wyniesie 50mA, bo sam pobiera drugie tyle.  Oszczędność energii żadna, śmiecie na wyjściu i jeszcze drogie to.

Czyste czyli pozbawione zakłóceń związanych z przełączaniem. Stabilizator liniowy świetnie się nadaje do takich płyteczek, nawet jeśli ceną jest grzanie. Dostajesz kilkadzisiąt/kilkaset uV szumów związanych z pracą wzmacniaczy i referencji. Są oczywiście specjalne, niskoszumowe wersje przeznaczone do zasilania układów radiowych czy audio. Nie masz szans na takie ciche zasilanie w przypadku jakiejkolwiek przetwornicy. Tam najpierw robisz z prądu stałego sieczkę (im ostrzejszą i bardziej szerokopasmową tym "lepiej" bo sprawniej), konwertujesz moc na inną postać napięcia/prądu w indukcyjności a potem z całych sił próbujesz wyciąć tętnienia AC i otrzymać na wyjściu czyste napięcie stałe. Można policzyć jak monstrualny i wielostopniowy filtr LC należałoby użyć by 12V/150kHz (bo to jest wyjście z modulatora PWM przetwornicy buck) zamienić na powiedzmy 1mV/DC. A gdzie do kilkudziesięciu uV z wyjścia stabilizatora liniowego? No właśnie.. Im wolniejsza (w zasadzie starsza) przetwornica tym wolniejszy jej generator i tym trudniej wycinać jej śmiecie. W maluchu pracującym na 1MHz wystarczy szybkie, ceramiczne10uF plus ew. dodatkowy dławik 22uH i kolejny kondensatorek. W układzie 75/150kHz dajesz 220uF, ogromny dławik i drugi elektrolit a i tak masz 50-100mV szumu. To 1000x razy więcej, prawda?

Edytowano Grudzień 30, 2020 przez marek1707

[SOYER]

Czyli zasilanie arduino, esp z takiej przetwornicy jak w pierwszym poście to poroniony pomysł? Jak jest z zasilaniem osprzętu do arduino, różne klawiatury, lcd, ds18, diody programowalne, sim800, dht, itd.? 

[marek1707]

Hm, odpowiem w najgorszy możliwy sposób: to zależy. Raczej mało rzeczy jest tylko czarnych i białych. Generalnie raczej musisz iść za swoim nosem albo doświadczeniem, ew. pomiarami. Ani nie jest tak, że każda przetwornica jest równe zła ani tak, że nawet najlepsza nie popsuje własności precyzyjnie projektowanego układu ani tak, że stabilizator liniowy jest panaceum na wszystkie porblemy z niestabilnościami czy wręcz niedziałaniem układu. Na pewno każde dodatkowe filtrowanie pomaga. I nie mam tu na myśli dospawania kondzioła 1000uF jak niektórzy mają w zwyczaju (bo to zwykle nic nie daje) tylko albo stopień LC (dławik+kondensator(y)) albo coś aktywnego typu stabilizator liniowy. Taka prosta przetwornica oparta na starych, ale za to tanich, 20-letnich scalakach z początków rodziny Simple Switcher, czyli pracująca na 75 albo 150kHz i wyposażona (często) w klucz-tranzystor bipolarny już z daleka wygląda na rozwiązanie problemu zasilania sporego urządzenia. Podłączasz do niej 24V (bo wytrzymuje np. 40V), na wyjściu dostajesz 7V z zakłóceniami 50-100mV i dalej dystrybuujesz tę moc na poszczególne płytki,  z których każda ma swój własny regulator - liniowy bądź nie - ale to już jest decyzja jej autora, dopasowana do charakteru tego konkretnego układu. Jeśli robisz old-schoolowy zegar cyfrowy z układów TTL i kilku sporych wyświetlaczy LED, pobierający 1.5A prądu to nawet zasyfione 5V z przetwornicy mu nie zaszkodzi i nic robić nie musisz. To samo jeśli chińską przetwornicę z regulacją prądu i napięcia przeznaczysz wprost do ładowania akumulatorów Pb, LiIon czy LiPol. Im to zupełnie nie robi. A jeśli tymi 7V wejdziesz na VIN Arduino, to po drodze masz 1117 robiący z tego Vcc=5V (albo 3.3V w innych modelach). Nie odfiltruje wszystkich śmieci bo nie jest tak szybki, ale jeśli (wraz ze swoimi kondensatorami we-wy) stłumi tętnienia 10 razy to i tak lepiej niż wyprodukowanie śmieciowych 5V i wejścia nimi wprost na Vcc. Ten sam stabilizator tłumi powolne zmiany napięcia wejściowego np. 1000 razy, ale to właśnie jest różnica między współczynnikiem PSRR dla DC i dla 100kHz. Jeśli już porównujemy stabilizatory liniowe, to zwykle znacznie szybsze (czyli lepiej tłumiące wysokie częstotliwości) są te zwyczajne typu 7805 czy jakieś nowsze, niż tzw. LDO.

Typowe Arduino używa Vcc jako referencji dla przetwornika. Jeśli przy 5V wartość najmłodszego bitu to ok. 5mV a płytka ma tam 50mV szumu, to w zasadzie tracisz 3-4 najmłodsze bity. W tej sytuacji, odczytując wyniki z teoretycznie 10-bitowego  ADC możesz traktować je jak liczby 6-7-bitowe, bo reszta będzie losowym szumem. Diody programowalne zaliczyłbym raczej do klasy "zegarów TTL" albo napędów silnikowych. Same z siebie pobierają prąd bardzo impulsowo a kilkadziesiąt mV zakłóceń raczej nie popsują ich działania tym bardziej, że na końcu taśmy spodziewałbym się conajmniej takich samych śmieci spowodowanych pracą modulatorów PWM wbudowanych w kontrolery diodek.

Jeśli urządzenie ma na pokładzie jakiekolwiek radio (sygnały < 1uV) lub explicite używa przetworników A/C lub C/A, ma czujniki wielkości analogowych lub przenosi i przetwarza sygnały analogowe to duża (a zwłaszacza duża i niedociążona) przetwornica DCDC powinna być ostatnim wyborem jeśli chodzi o zasilanie. Poza tym, bawiąc się już trochę na poważniej, takie moduły nie spełniają żadnych obowiązujących norm EMC - ani tych o zakłóceniach przewodzonych do kabli wejściowych (a więc zasyfiają instalację źródłową) ani tych o promieniowanych bezpośrednio w przestrzeń. To tanie zabawki do chwilowego, domowego wykorzystania w prostych projekcikach. Zawierają tylko naprawdę niezbędne elementy do działania a i to często na granicy ich możliwości. Przetwornica reklamowana jako "5A" ma diodę 5A - to nigdy dobrze w normalnych warunkach nie zadziała, chyba że pomiary będziesz wykonywał przy chłodzeniu silnym strumieniem powietrza skierowanym wprost na płytkę. Także planując jakieś większe rzeczy na tego typu modułach, radzę zachować co najmniej 50-100% marginesy bezpieczeństwa. 

[SOYER]

Ok, trochę uprzedziłeś moje następne pytanie o czujniki analogowe, ntc itp. Rozumiem, że taka przeteornica do ich "zasilania" to błąd podstawowy. 

Jako trochę zielony w programowaniu ale całkowicie zielony w budowaniu elementów elektronicznych, proszę Cię @marek1707 teraz, jak masz taką chęć i możliwości czasowe, o podanie kilku przykładów takich modułów zasilania dla podstawowych potrzeb t. j. zasilanie arduino uno, czujniki temperatury analogwe, czujniki cyfrowe, rtc. Tak dla potomności, takie krótkie zestawienie jakich pełno na koniec roku(jaki telefon do 1000 zł na koniec 2020:)). 

Chodzi o to, że dla mnie, zapis "wymaga zadilania 5V" oznacza, że podpinam cokolwiek co ma na wyjściu 5V😁. 

Swoją "centralkę" opartą na Blynku, , ds18, rtc, diody ws2812 czujniki ntc, zasilam od 3 lat właśnie tymi przetwornicami, żadnych dodatkowych filtrów, jednak widzę, że coś zaczyna się z nimi niedobrego, bo niby jest 5v ale coraz częściej dzieją się dziwne rzeczy. Więc czeka mnie wymiana zasilania całości. 

Samo arduino mega z w5100 zasilam z jakiegoś zasilacza 12v, nawet nie wiem jaki, nie pamiętam, pewnie coś kupiłem co miało 12V.

@Trekerjeśli uważasz za stosowne uczyń z tego nowy wątek, bo się trochę wprosiłem koledze @boogyeman 

 

Edytowano Grudzień 31, 2020 przez SOYER

[SOYER]

Kto mi wytłumaczy o co chodzi z tymi pomiarami na oscyloskopie? Czarna magia... "pik pik" 😲

Edytowano Styczeń 9, 2021 przez SOYER

[marek1707]

Z którymi pomiarami? Czego nie rozumiesz? Odnieś się do konkretnych obrazów (czasu na filmie?) lub komentarza mówionego. Przecież chyba jest jasne, że na wyjściu jest piła napięcia (tętnienia) nałożone na składową stałą pokazywaną przez woltomierz uśredniający, bo tak działa przetwornica impulsowa. Z wejścia na wyjście przekazuje paczki energii więc musi to być widać. No i że układ regulacji nie może reagować w zerowym czasie na zmiany waunków, tutaj: obciążenia. Gdy pracuje "na pusto" a podłączysz opornik kilka Ω to napięcie musi na chwilę "przysiąść" a gdy jest w stanie ustalonym a Ty przy dużym prądzie wyjściowym zdejmiejsz obciążenie, to napięcie na chwilę wzrośnie. To są te przeregulowania. Jeśli zamkniesz oczy i wystawisz rękę mając ją trzymać w poziomie a ktoś Ci nagle położy na dłoni 1kg to przez chwilę musisz trochę opuścić by za moment wrócić do stanu początkowego. I to samo w drugą stronę: po zaskakującym zdjęciu odważnika ręka poleci w górę, prawda? W stabilizatorach napięcia (wszystkich) jest tak samo. I nie ma to nic wspólnego z prądem maksymalnym (udźwigiem Twojej ręki) a raczej dynamiką pętli sprzężenia zwrotnego (szybkością Twojego układu nerwowego).

[SOYER]

@marek1707 dzięki, już kiedyś pisałem, że Twoja wiedza to dla mnie kosmos. 

Wracając do meritum, po prostu nie wiem co i jak jest mierzone w momencie przejścia na oscyloskop. 

Nie rozumiem jak działa przetwornica impulsowa, nie wiem co to "paczki energii", "piła napięcia"... 

Nie wiem czym się różni impulsowy(zasilacz, przetwornica) od innych, dlaczego jest gorszy(?), do czego się nadaje, a do czego nie..., pytań wiele🤕

[marek1707]

Nie wiem jak Ci pomóc. Chyba na Forbocie jest jakiś odcinek o przetwornicach impulsowych a jak nie, to mogę cos spróbować napisać, jakieś "DCDC dla bystrzaków" czy coś. Kiedyś @Treker odpalił taki pomysł o praktyce przed teorią czy jakoś tak. Nie rozwinęło się to w nic większego i chyba zdechło szybko, ale może warto do tego wrócić? Niestety pisanie większych rzeczy kosztuje mnóstwo czasu a już pisanie tak by zrozumiał to każdy, jest chyba poza moim zasięgiem. W każdym razie, gdyby podzielić ten mega-obszerny temat na małe "przypowieści" będące raczej prologiem historii a jej dalszy rozwój bazować raczej na pytaniach zainteresowanych niż własnej narracji, to może obie strony byłyby happy*. Z drugiej strony, poradników i tutoriali jak działają przetwornice (czy wzmacniacze operacyjne czy pamięci RAM czy stabilizatory liniowe czy przerzutniki czy itd..) musi być w sieci bez liku. Nie wiem, nie sprawdzałem, ale może ktoś może coś polecić, co po obejrzeniu/przeczytaniu otworzyło oczy i spwodowało jakąś eurekę w mózgu? Ja ledwo obejrzałem ten filmik i to przejeżdżając większość suwaczkiem a zatrzymując się na obrazkach oscyloskopu, bo do tego miałeś wątpliwości. No nie mam za bardzo czasu recenzować twórczość sieciową.

Z drugiej strony być może nie trzeba wiedzieć jak działa GSM by gadać przez telefon? Nie twierdzę, że to Twój przypadek bo Ty akurat szybko łapiesz i masz głód, ale jak wielu ludzi interesuje jak działa moduł za 5zł, skoro po wypakowaniu przerabia 12V na 5V? A że parametry całości są marne albo niektóre czujniki od czasu do czasu pokazują głupoty? No cóż, taka widocznie jest rzeczywistość świata Arduino. Da się z tym żyć..

A jeśli jeszcze nie zniechęciłeś się do elektroniki i wciąż masz zamiar coś tam dłubać, to na następną gwiazdkę/urodziny/imieniny kup sobie oscyloskop.

EDIT: -----------------------------

* A utrzymanie poziomu windowanego wciąż w górę przez forbotowe Kursy (te wszystkie obrazki, animacje itp) jest w ogóle nie do zrobienia dla normalnie funkcjonującego/pracującego/jeżdżącego/śpiącego człowieka.

Edytowano Styczeń 9, 2021 przez marek1707

[SOYER]

Rozumiem, że zagłębienie się w tajniki budowy i działania przetwornic wszelakich to więcej niż obszerny temat. Ja jednak byłbym wdzięczny za wszelką pomoc w dobieraniu takich przetwornic. 

Rozumiesz, jako laik wchodzę na stronę jakiegoś tam sklepu i szukam czegoś co ma na wejściu 12V, a na wyjściu 5V, bo potrzebuję zasilić "cośtam". Biorę pierwszą z brzegu bo kosztuje 5 zeta. 

Ty od razu na zdjęciu widzisz, o ta ma to i to na pokładzie to się nie nadaje, a ta ma takie a takie parametry i nowy typ/inny rodzaj komponentów więc będzie ok. Te to jakiś przedpotop, a tu widzimy świeżą myśl.

Świetnym tu przykładem jest właśnie ta reakcja na zmianę obciążenia, nie wiem dlaczego jeden typ przetwornic radzi sobie lepiej a inny gorzej i nie tyle chodzi o wytłumaczenie od strony czystej "fizyki", a bardziej od strony, że przetwornice tego, a tego typu zachowują sie w taki, a taki sposób.

Ja tyle co widzę to napięcia wej/wyj i cenę... 

A już powiązanie tych rodzajów przetwornic z tym co one pokazują na oscyloskopie i dlaczego taki wykres jest ok, a inny nie, to patent na duuuży artykuł na Forbocie;)