Zasilanie urządzeń na 3.3 i 5V

0

Mam coś zbudowane w oparciu o ESP32. Poza samym ESP jest tam jeszcze parę elementów (diody, ekran LCD, przyciski, karta SD).

Część z nich potrzebuje zasilania 5V, część 3.3. Całość jest zasilana napięciem w zakresie 6-9V, więc wykorzystuję stabilizatory, które mają na celu obniżenie napięcia.

I teraz pytanie - jak uważacie, czy stabilizator 3.3 podłączyć za 5V - tak, żeby najpierw zrobić 5V z 9V, a potem obniżyć z 5V na 3.3V, czy zrobić to niezależnie i oba stabilizatory podpiąć bezpośrednio do "głównego zasilania"? Ja nie wiem, co jest lepsze - czy dołożenie dodatkowego obciążenia do stabilizatora 5V, czy odciążenie go, ale za to mocniejsze grzanie tego 3.3V (bo zakładam, że mocniej się zmęczy obniżając z 9V niż z 5V).

Stabilizatory które mam to są dokładnie takie modele:
https://botland.com.pl/regulatory-napiecia/81-stabilizator-5v-l7805abv-tht-to220-5904422307202.html
https://botland.com.pl/regulatory-napiecia/7685-stabilizator-ldo-33v-ld1117v33-tht-to220-5-szt-5904422336073.html

1
cerrato napisał(a):

I teraz pytanie - jak uważacie, czy stabilizator 3.3 podłączyć za 5V - tak, żeby najpierw zrobić 5V z 9V, a potem obniżyć z 5V na 3.3V, czy zrobić to niezależnie i oba stabilizatory podpiąć bezpośrednio do "głównego zasilania"?

A ile mocy wymagają elementy, które będą podłączone pod wyjście tych stabilizatorów? Masz do dyspozycji tylko 1A maks.

1

Moim zdaniem lepiej zasilać stabilizator 3,3V z napięcia 5V, czyli szeregowo 2 stabilizatory. Im większa różnica napięć przy tym samym poborze mocy z wyjścia, tym mocniej się grzeje i ma mniejszą wydajność prądową.

W praktyce, jakiś czas temu potrzbowałem z napięcia 12V uzyskać 5V i podłączyłem dwa stabilizatory, pierwszy to 7809, a drugi 7805. Oba były gorące już przy poborze ok. 0,5A. Chciałem z tego zasilać diody LED, to one po pewnym czasie przygasały. Gdybym zastosował jeden stabilizator, 7805, to problem byłby jeszcze większy (większe grzanie lub mniejszy możliwy pobór mocy) z powodu większej różnicy napięć z 12V do 5V.

Moim zdaniem masz dwa wyjścia:

  1. Jeżeli masz kilka niezależnych elementów na 5V i na 3,3V, to lepiej zastosować kilka równoległych stabilizatorów 7805 lub par 7805+7803 tak, aby na każdy stabilizator przypadło nie więcej niż 500mA, a najlepiej góra 300mA.
  2. Zamiast stabilizatorów liniowych zastosować przetwornice impulsowe. Takie przetwornice są dużo droższe, ale mają większą efektywność i przy tym samym obciążeniu nie grzeją się prawie wcale. Spotyka się takie nawet na 2A.

Ten 1A, czy czasem 2A, co jest podane w opisie stabilizatora, to jest naciągane, można otrzymać chyba tylko przy minimalnej różnicy napięć i najwyżej przez kilka sekund, po których stabilizator zrobi się gorący i trzeba wyłączyć.

2

Stabilizator często potrzebuje +2V większego napięcia niż wyjściowe. Sprawdź kartę produktu. Z tego co widzę popularny 7803 zadowoli się 4.5V wzwyż.

W zależności od produktu np. https://kamami.pl/esp32/583662-zestaw-rozwojowy-z-modulem-wifi-i-bluetooth-esp32-wrover.html niektóre płytki ESP zawierają wbudowany stabilizator 5V -> 3.3V wraz z odczepem 3.3V. Sam układ ESP zasilany jest przez 3.3V - warto o tym pamiętać i podłączać np. klawiaturę PS/2 (która wymaga 5v) przez konwertery napięcia (robiłem coś podobnego rok temu: https://blog.marcinchwedczuk.pl/fabgl-pcemulator-na-esp32). Karta SD to 3.3v. Nie jest to jednak dobre rozwiązanie dla ekranu LCD 3v3 z podświetlaniem który może pobierać dużo prądu.

To co musisz policzyć to całkowity pobór prądu oraz moc na pierwszym stabilizatorze. Może się okazać że np. radiator jest niezbędny - jest to ta mniej przyjemna część pracy ale niezbędna jak chce się wyjść ponad poziom amatora. Można też empirycznie zmierzyć miernikiem jaki jest pobór prądu i potem oszacować moc.

Najlepiej to dobrać do ESP32 układy które pracują natywnie na 3.3V i wtedy nie masz ani problemów ani rozkmin. Co to za LCD że nie ma wersji 3.3v?

3

Drogi @cerrato
W ogólnym rozrachunku i używaniu LDO należy unikać dużych przeskoków napięcia. W opisywanym przez Ciebie przypadku podłączyłbym je szeregowo. Aby z VIN (napięcie wejściowego) uzyskać najpierw 5V, następnie 3.3V z kolejnej "iteracji" zasilania.

Jeśli jednak zrobiłbyś to na przetwornicach (które mają lepszą sprawność) niezależnie zasilałbym oba podzespoły konwertujące napięcie. Polecam np. MC34063. Jeżeli jednak chcesz pozostać przy LDO to polecałbym dla spokoju ducha zamontować radiatory do tych urządzeń.

0

A ile mocy wymagają elementy, które będą podłączone pod wyjście tych stabilizatorów? Masz do dyspozycji tylko 1A maks.

Na razie to działa całość z zasilania USB z kompa, czyli 500mA w zupełności wystarczy

Oba były gorące już przy poborze ok. 0,5A. Chciałem z tego zasilać diody LED, to one po pewnym czasie przygasały

@andrzejlisek: a o jakim czasie mówimy, zanim zaczęły przygasać? Bardziej 5 minut, godzina czy pół dnia?

lepiej zastosować kilka równoległych stabilizatorów 7805 lub par 7805+7803 tak, aby na każdy stabilizator przypadło nie więcej niż 500mA, a najlepiej góra 300mA.

Jak pisałem - całość (ESP, ekran, diody itp.) jest zasilana z USB i ze spokojem mieści się w tych 500mA, więc tutaj nie ma powodów do obaw. Ale ogólnie - uwaga słuszna. Tylko z drugiej strony - czy straty na X stabilizatorach nie będą wyższe, niż jakbym miał jeden?

Stabilizator często potrzebuje +2V większego napięcia niż wyjściowe

To jest duży problem, o którym nie pomyślałem. Nie sprawdziłem tego i byłem przekonany, że stabilizator obcina napięcie do zadanej wysokości, a jak dostanie dokładnie tyle, ile jest potrzebne na wyjściu, to po prostu przepuści to dalej i nic nie obetnie. Dzięki za zwrócenie uwagi, muszę porobić testy i sprawdzić, jak się te moje zachowają.

niektóre płytki ESP zawierają wbudowany stabilizator 5V -> 3.3V wraz z odczepem 3.3V. Sam układ ESP zasilany jest przez 3.3V

I taką właśnie mam - podpinam pod USB, a z pinów +5 i +3,3 sobie pobieram napięcie do zasilania innych elementów. Ale chciałem zamienić zasilanie na bateryjne i w związku z tym chciałem przy okazji trochę odciążyć ESP i puścić zasilanie bezpośrednio. Ale czytając to co zostało napisane (zwłaszcza o tym, że stabilizator potrzebuje 1-2V więcej na zasilaniu niż ma wyjść) to się zaczynam zastanawiać, czy to ma sens. Zresztą chciałem uniknąć jeszcze jednego efektu, który występuje obecnie - jak ESP zaczyna myśleć (np. renderuje teksty do wyplucia na ekran) to ekran na 1-2 sekundy przygasa. Jakby procek zżerał tyle prądu, że na podświetlenie ekranu (on potrzebuje +5V) idzie trochę mniej, a co za tym idzie - ekran przygasa. Niestety, taki zwykły multimetr jaki posiadam jest za mało dokładny i działa z pewnym opóźnieniem, więc ciężko mi zmierzyć, czy rzeczywiście to przygasanie to efekt spadku napięcia (w sytuacji, w której zasilanie idzie przez ESP a nie bezpośrednio), czy wynika z czegoś innego.

należy unikać dużych przeskoków napięcia. W opisywanym przez Ciebie przypadku podłączyłbym je szeregowo. Aby z VIN (napięcie wejściowego) uzyskać najpierw 5V, następnie 3.3V z kolejnej "iteracji" zasilania.

Też tak myślałem, że będzie to lepsza opcja, ale chciałem się jeszcze skonsultować ;)

Jeśli jednak zrobiłbyś to na przetwornicach (które mają lepszą sprawność) np. MC34063

A czy one potrzebują też wyższego napięcia, czy np. jak dostanie 5.0 - 5.1V to bez kłopotu przerobi to na +5?

2
cerrato napisał(a):

Ale czytając to co zostało napisane (zwłaszcza o tym, że stabilizator potrzebuje 1-2V więcej na zasilaniu niż ma wyjść) to się zaczynam zastanawiać, czy to ma sens.

Przy zasilaniu bateryjnym, lepszym rozwiązaniem będzie przetwornica step-up/step-down (buck-boost converter) — potrafi obniżyć najpięcie wejściowe, ale też je podbić do wyjściowego 5V, przy minimalnym wejściowym napięci rzędu 3V. Do mikro-projektów jest np. S9V11F5 (a tu prezentacja), ale kosztuje ponad stówkę, więc coś za coś. ;)

Jeśli napięcie na baterii będzie zawsze wyższe niż 5V, to zwykły regulator powinien wystarczyć.

0
cerrato napisał(a):

@andrzejlisek: a o jakim czasie mówimy, zanim zaczęły przygasać? Bardziej 5 minut, godzina czy pół dnia?

Mówimy o czasie do 30 sekund. Diody na ułamek sekundy przygasały, a stabilizator były gorący.

1 użytkowników online, w tym zalogowanych: 0, gości: 1