Що потрібно знати, щоб живити від акумуляторів?

Який діапазон напруги він може прийняти? Які батареї підходять?

Стандартний USB використовує 5 В, а модель B Pi стверджує, що потребує 700 мА. Взяте із поширених запитань Raspberry Pi :

Пристрій повинен добре працювати з 4-х клітинами АА.

Якщо ви використовували лужні батареї потужністю 1,5 В, ви б надмірно не постачали плату. Як і у більшості комп'ютерів на основі SoC, ви повинні використовувати NiMH акумулятори, оскільки вони в середньому постачають 1,25 В. Це дозволить залишити вашу плату в безпечному та більш контрольованому 5В. Pi вичерпає потрібну кількість амперів, необхідних йому від акумуляторів, тому вам не потрібно турбуватися.

Ось декілька порівнянь різних дешевих варіантів живлення акумулятора, які дозволять забезпечити Pi в своїх специфікаціях: Запуск Raspberry Pi від батарей [Це посилання насправді мертве - і пошук домену для "малинових батарей" не вдається - але Pikamander2 запропоновано нижче як редагування, яке нібито містить оригінальний вміст (??). Сподіваємось, це можна вважати загальнодоступним. -> золотинки]

Нижче наведено вміст:

Запуск Raspberry Pi від батарей

Одне з найважливіших властивостей мобільного робота на базі Raspberry Pi - це те, що він повинен працювати від акумулятора, тому що затягувати шнур живлення не потрібно.

Проблема полягає в тому, що Pi приймає значну кількість струму (скажімо, 500 мА, залежно від активності та підключеної периферії), і йому потрібен досить вузький діапазон вхідної напруги (5 В +/- 0,25 В, або так). Оскільки напруга акумулятора досить дивовижно залежить від поточного рівня заряду, працювати безпосередньо від акумулятора не дуже розумно.

Отже, я розглядаю різні варіанти перетворення стандартних напруг акумулятора в те, що підходить для Pi.

За допомогою лінійного регулятора

Традиційний підхід, коли я вперше займався електронікою близько 30 років тому, полягав би в тому, щоб зібрати достатньо акумуляторів, щоб отримати значно більшу напругу, ніж 5 В (скажімо, 4-х неодноразовий АА, щоб отримати 6В, або 6-разовий акумуляторний АА на 7,2 V), а потім запустіть це через лінійний регулятор (наприклад, серія 7805 серії IC), щоб отримати стійкий 5В.

З цим підходом є дві основні проблеми.

1. Лінійні регулятори неефективні і ефективно спалюють зайву напругу як тепло. Це означає, що ви просто витрачаєте ресурс акумулятора, а також, ймовірно, вам доведеться мати справу з розсіюванням цього тепла радіатором.
2. Pi притягує досить багато струму, тому йому знадобиться досить великий регулятор разом з великим радіатором.

На щастя, сьогодні є набагато кращі підходи у вигляді регуляторів з переключеним режимом, які набагато ефективніші, навіть при великих струмах.

Використання RC-моделі UBEC

Пристойні радіокеровані моделі, особливо літальні, часто потребують ефективного, стабільного напруги живлення від невеликого, легкого акумулятора. Стандартний підхід для цього полягає у використанні акумуляторної батареї, підключеної через пристрій, відомий як UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), який приймає більш високу напругу, ніж потрібний вихід, і дуже ефективно знижує його перетворення. У той час як лінійний регулятор, що живить вихід 500 мА з входу 6 В, притягуватиме 500 мА (що призводить до втрати потужності (6-5) х0,5 = 0,5 Вт), UBEC не потрібно буде черпати повних 500 мА з вхідного акумулятора, і так витрачає дуже мало енергії.

Оскільки UBEC так часто використовуються для моделей RC, ви можете підібрати їх дуже дешево, і вони, як правило, можуть справлятись з досить високими струмами. Наприклад, я знайшов модель 4A на eBay приблизно за 1,50 фунтів, включаючи поштові витрати.

Недолік полягає в тому, що вам потрібно подати більше вхідної напруги, ніж бажана вихідна напруга, а значить, вам може знадобитися багато комірок в акумуляторній батареї. Все-таки це дуже дешевий варіант і працює добре.

Використання перетворювача постійного струму

Якщо вага є пріоритетним, то важливо мінімізувати кількість батарейних батарей. На щастя, існує пристрій під назвою перетворювач постійного струму, який працює дуже подібним чином до UBEC, але може працювати від вхідної напруги, нижчої від необхідної вихідної напруги. Вони також, як правило, крихітні.

Знову подивившись на eBay, я знайшов кілька справді приємних, до яких належить жіноча розетка USB-A. Це означає, що ви можете використовувати той самий USB-провід, який ви, ймовірно, використовуєте для живлення Raspberry Pi, без будь-яких модифікацій. Ціна тут була близько 2,50 фунтів стерлінгів, безкоштовна пошта. Напруга на вході становить 3-5 В (ідеально підходить для 3-разової перезарядної АА), а вихідний струм - до 1А, що має бути достатньо.

Використання вбудованої коробки акумуляторів

Нарешті, існують різні рішення, які використовують акумуляторні батареї плюс перетворювач постійного струму в спеціальному корпусі. Вони можуть бути дуже приємними, тому що для них не потрібна спеціальна збірка (наприклад, пайка) - деякі навіть мають вбудовані батареї. Я вибрав варіант, який використовує літій-іонні осередки високої ємності "18650" (наприклад, близько 10 фунтів за пари з eBay), і коштувало близько 8 фунтів, включаючи поштову доставку. Він може живити до 2,5 А, що більш ніж достатньо, і знову має вбудований розетку USB-B для легкого підключення, а також зручний розетку USB-miniA для легкої зарядки. Ще одна приємна особливість цього типу коробки полягає в тому, що ви можете вставити що-небудь від 1-4 комірок, залежно від того, скільки часу вам потрібно.

Недоліком є ​​те, що ці коробки можуть бути досить великими. Я вибрав приблизно такий же розмір, що і коробка, до якої прийшов мій Пі з Фарнелла.

Якщо ви все-таки підете на варіант 18650, тоді варто обережно покуповувати. Деякі бренди, особливо «Ultrafire», мають погану репутацію якості та, здається, не відповідають своїм номінальним можливостям. Ці типи акумуляторів також схильні до пожежі чи вибуху при неправильному використанні, тому вам потрібно буде дуже обережно доглядати за ними, і варто переконатися, що ви не використовуєте марку хитрості.

Розрахунки ресурсу акумулятора

Я ще не експериментально перевірив дані про термін служби акумулятора для жодного з цих варіантів, хоча я перевірив, що мій Pi працює із кожної з них щасливо (за винятком UBEC).

Підраховуючи теоретичний термін служби акумулятора, оскільки ви перетворюєте напруги, ви не можете просто перейти за номінальну оцінку мільярдних годин (мАг), надруковану на батареї. Найпростіше перетворити на ват-години, що просто напруга, помножене на цифру mAh. RasPi потрібно близько 500 мА при 5 В, що становить 0,5 х 5 = 2,5 Вт. Якщо припустити ідеальну ефективність в перетворювачі (зазвичай вони принаймні ефективні на 90%), 1,5 В AA комірка з потужністю 1000 мАг зможе подати 1,5 Вт * год., Тобто запустити RasPi протягом приблизно 1,5 / 2,5 = 0,6 годин (або 36 хвилин ) самостійно. За допомогою перетворювача переключеного режиму (тобто будь-якого з останніх 3-х варіантів), не важливо, підключаєте ви кілька комірок послідовно чи паралельно - у кожному конкретному випадку ви приблизно примножуєте наявну ємність на кількість комірок б / в.

Ось просте побічне порівняння перелічених вище варіантів. Я сподіваюсь, що це допоможе вам розібратися з відповідним рішенням живлення акумулятора для вашого проекту Pi.

Моніторинг рівня зарядки

Під час роботи від акумуляторів розумно намагатися контролювати поточний рівень заряду, щоб можна було оцінити час роботи акумулятора. Це можна зробити, спостерігаючи за напругою в акумуляторі - це впаде в міру розряду акумулятора. Крім дозволу на нелінійні криві розряду (кожен тип комірок поводиться по-різному і має різний діапазон напруги), є дві основні труднощі з цим при запуску Pi від перетворювача напруги.

1. Вхідна напруга на Pi завжди буде постійним 5 В, за проектом. Тому вам потрібно підключити дроти від вхідного акумулятора до схеми моніторингу заряду, а не мати можливість вимірювати напругу на вході в Pi. Для вбудованих акумуляторних коробок для доступу до акумулятора потрібно просвердлити кілька отворів у коробці.
2. У Pi не вбудований аналого-цифровий перетворювач, тому ви не можете безпосередньо вимірювати напругу за допомогою Pi. Ви можете отримати невеликі, дешеві, автономні чіпи ADC, доступні за допомогою GPIO-штифтів Pi (наприклад, за допомогою I2C), що, мабуть, найдешевший варіант. Особисто у мене багато мікроконтролерів ATTiny85 (фактично міні-Arduino), і я, мабуть, перегляну, використовуючи один з тих, щоб виміряти аналогову напругу, перетворити на відсоток, що залишився, за допомогою програмного забезпечення на ATTiny, а потім передавати цей рівень Pi через I2C.

На жаль, ви не можете належним чином вимкнути Pi виключно з програмного забезпечення, тому існує також потенційний міні-проект, який забезпечує програмне забезпечення, керуючий вимикачем. Особисто я сподіваюся просто використовувати ручний вимикач, вбудований в коробку акумуляторів. Якщо ви використовуєте клітини Li 18650, тоді варто отримати тип "захищений", оскільки вони автоматично вирізаються при низькій напрузі.

Я отримав цей зарядний пристрій для мобільних телефонів USB та пару літієвих 18650 акумуляторів. Це зробило досить непогану роботу і пробіг 5,5 годин у режимі очікування та понад 4 години при запуску демо-циклу Quake 3 Про мою методику тестування ви можете прочитати тут . Ці літім-акумулятори 18650 чудово працюють, оскільки вони мають досить високу напругу, що лише 2 батареї легко виконають цю роботу, і вони також перезаряджаються. Вони також забезпечують досить багато енергії та дозволяють використовувати Pi протягом багатьох годин навіть при повному навантаженні. Я думаю, що ці батареї будуть хорошим вибором для тих, хто хоче живити Raspberry Pi від батарей.

Не рекомендується запускати RPI на батареях, оскільки він був розроблений для живлення через USB; Живлення USB регулюється і точно 5В. Більшість портів USB можуть постачати ~ 500 мА, тоді як більшість USB-зарядних пристроїв призначені для живлення 1А. RPI вимагає мінімального джерела живлення, здатного 700 мА, інакше він може не завантажуватися належним чином.

Замість цього доцільно використовувати акумулятор, аварійний зарядний пристрій для телефону або ждати очікування екрана LiPo, який, безсумнівно, буде розроблений.

http://elinux.org/R-Pi_Troubleshooting#Troubleshooting_power_problems передбачає, що напруга повинна бути між 4,75 і 5,25 В, що дозволяє припустити, що 4 NiMh акумулятори при 1,2 В кожен повинні бути 4,8 В, в межах діапазону. Однак повністю заряджені NiMH акумулятори можуть підніматися до 1,4 В * 4 = 5,6 В, що значно перевищує максимум. Якщо ви перевірите свої акумулятори і виявите, що вони піднімаються лише до 1,3 В при повній зарядці, вони повинні бути в порядку. Найкраще рішення - це, мабуть, використовувати перемикач постійного струму на постійний струм для перетворення з будь-яких батарей на 5В.

Ось що я зробив, і, здається, це працює добре: Вам знадобиться акумулятор 8xAA з батареєю 9 В, як роз'єм живлення. Автомобільний автомобільний адаптер 2 Амп Необов’язково - штепсельна розетка для підключення автомобільного адаптера, інакше просто роз'єднайте адаптер.

Припаяйте центральний штифт на автомобільному адаптері до позитивного від акумуляторної батареї або якщо ви використовували кабель відповідним дротом. І припаяйте мінус до зовнішнього на перехіднику

Тоді я отримав NiMH, що заряджається 8xAA 2500mAh, для загальної кількості 24WH. Це має бути добре на деякий час.

Я вимірюю стійкі 5,08 В на штекері USB від адаптера. Це залежатиме від якості тієї, яку ви купуєте / маєте. Я використовував адаптер rayovac.

Батареї вийдуть приблизно 10-11 В перед адаптером.

Пі потрібно 5В, якщо не трохи більше. Адаптер Adafruit - 5,25 В

http://elinux.org/RPi_5V_PSU_construction також корисний.

Я також виміряв поточний розряд від акумуляторної батареї, коли він був 10 В при 0,54 А. Пристрій мав концентратор, Logitech Quickcam 9000, Netgear N150 та адаптер USB2Serial, а процесор становив 70-100%. На холостому ходу було 0,38А. При потужності він вимірював 0,14 А. Лише Pi не працював на рівні 0,24A. При навантаженні на 900 МГц він використовував лише 0,27A. Коли пристрій простоює, він зменшується до 250 МГц. Не схоже, що тактова частота робить велику різницю або навантаження на процесор.

Тож на 5 Вт з усіма пристроями я повинен отримати близько 4-5 годин, віддавати або брати, але 8-9 годин лише з Pi та Ethernet.

Я використовую Rpi з дешевим перетворювачем постійного струму . Використовували його з батареями airsoft та батареями моделей RC (7,2 В та 11,8 В). Працює як шарм. Подивіться, мій акумулятор 5000,6мм 11,6 В може живити його днями.

Будьте обережні, щоб налаштувати його перед використанням. Я тестую його з кожним новим акумулятором перед підключенням до Rpi.

Я бачу щонайменше 2 моменти, які слід врахувати.

1. ККД регулятора потужності

Якщо ви використовуєте баталії, ви, мабуть, турбуєтесь про споживання енергії вашого Rpi. Rpi використовує неефективний лінійний регулятор (типовий ККД цих енергоресурсів становить близько 30-50%. Але я не впевнений у регуляторі Rpi lin.!). Лінійний регулятор розсіює енергію як тепло для отримання потрібної напруги, тобто 3,3 В. Загальне правило, що стосується трансляції ліній електропередач, наприклад, USB @ 5V -> RPI@3.3V, таке: чим більша напруга на вході, тим більшим буде розсіювання на регуляторі для тих же умов роботи. З іншого боку, регулюючий шар, що забезпечує регулювання, забезпечує більш високу ефективність, тип. 80-85%, навіть до 97% ( LM2651 ). І він більше підходить (але і дорожче!), Коли вам потрібно більше падіння напруги, наприклад, від 12 В або від 24 до 5 В.

Ви можете знайти безліч навчальних посібників для заміни оригінального регулятора Rpi в Інтернеті.

2. Тип акумулятора

Ви можете зробити власний масив акумуляторів, використовуючи батареї LiPo, щоб відповідати вашому проекту, а потім ви зможете регулювати розміри, ємність, хв. характеристики напруги та струму тощо. Ви можете придбати різні типи LiPoly на часто використовуваних електронних ринках, таких як eBay або подібних. Окрім ємності , слід бути обережним щодо макс. і стандартний розрядний струм (необхідний, якщо використовуються пристрої високої потужності уздовж Raspberry, як модеми UMTS), тривалість циклу роботи (як правило, 200-1000 для дешевих LiPoly), характеристики безпеки та захисту ( відключення, коротке замикання, перенапруга, перенапруга тощо ). Я використовував батареї LiPoly у багатьох проектах через гарне співвідношення доступності та продуктивності та ціни .

Ви можете прочитати більше про LiPoly на форумах RC .

Це досить дорогий комплект акумуляторних батарей USB, але його дуже універсальний, і ви знайдете кілька застосувань від нього, крім резервного копіювання акумулятора для вашого пі.

http://www.adafruit.com/products/962

Це, мабуть, неправильно, але ви спробували дістати 2 батареї, потім відірвати провід, потім приєднавши його до 4 батарей.