Guten Abend,
Für eine kleinserie möchte ich ein Raspberry-Pi 4B in einem dafür
gefertigten Gehäuse mit einem "I/O"-Shiels verbauen sowie einen kleinen
Lüfter.
Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu
900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.
Einen 5V Lüfter (20mm) habe ich hier bei mir Zuhause mit ca. 50mA
gemessen. Ärgert man den Lüfter etwas (z.b. den Finger draufhalten oder
eine Münze mitdrehen lassen, steigt der Strom auf 100mA. Das kann ja in
der Realität z.b. durch Staub passieren.
Mein I/O Shield verbaucht nur beim Schalten der Eingänge ca. 10mA pro
Eingang, also rechne ich einfach mal mit nochmals 100mA.
Somit sollten 5V, 1.5A reichen. Das höchste anzunehmende maximum wären
2A, somit 10W@5V
Als Wandler von der Eingangspsannung möchte ich den LMZM33604 einsetzen.
Da ich aber diese Kleinserie möglichst flexibel haben möchte, wünsche
ich mir das der LMZM33604 mit DC und AC versorgt werden kann. Da dieser
aber nur DC kann, müsste davor ein Gleichrichter mit Kondensatoren. Die
"Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht
24VAC, 7.8A). Die DC-Versorung sollte mit 24VDC, 28VDC und optional auch
12VDC möglich sein. Für den LMZM33604 also kein Problem.
Nun meine Fragen:
1.) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC
versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja
nicht Schlimm
2.) Wie kann ich bestimmen was für Dioden und was für Kondensatoren
(welche Werte) ich einsetzen muss?
Grüsse Janosch
Janosch schrieb:> .) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC> versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja> nicht Schlimm
Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über
eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.
> Die "Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht> 24VAC, 7.8A).
Der hat also bei Nennlast eine Spannung von 24Vac. Bei Teillast werden
das mehr, so dass du bei 2A auch mal 26Vac haben kannst. Und 26V*sqrt(2)
sind dann 36,6V. Davon fallen noch 1,4V an den Gleichrichterdioden ab,
verbleiben 35V. Der vorgesehene Regler kann bis 36V, da bleibt nicht
viel Luft für eine mögliche Überspannung am Netz. Mir wäre das zu eng...
Das wird kritisch. Ein Trafo 24V der für 7,8 A ausgelegt ist, liefert
bei kleinen Lasten meist eine höhere Spannung und wenn der auch noch aus
der Zeit stammt, als die Netzspannung 220V war, ist die nochmals höher.
Nach Gleichrichung erhält man am Siebelko eine Spannung, die grob
abgeschätzt das 1,5-fache der Wechselspannung ist. (Genauer: Die
Spannung mal 1,414 minus 2 Diodenflussspannungen.) Aber wenn man mit dem
Faktor 1,5 rechnet, hat man ein wenig Sicherheit. Aber generell muss man
mit einer Spannung 36 V rechnen, zumal auch die Netzspannung Toleranzen
hat und somit auch mal etwas höher sein kann. Der LMZM33604 hat eine
maximale Eingangsspannung von 36V und passt somit nicht zu diesem Trafo.
Dass im Datenblatt unter "Absolute Maximum Ratings" eine Spannung von 42
V angegeben ist, bedeutet nur, dass dann der Baustein nicht sofort
defekt wird. Die spezifizierte Funktion kann man dann aber nicht mehr
erwarten.
Soll die Schaltung statt von einem Trafo von einer Gleichstromquelle
versorgt werden, kann man die am einfachsten an die
Wechselspannungsanschlüsse des Brückengleichrichters anschließen.
Beachten muss man dann nur, dass dann der Minuspol der Ausgangsspannung
nicht mit dem Minuspol der Versorgung übereinstimmt. Wenn man das haben
will, muss man etwas "tricksen". Aber das kann speziell bei Leuten mit
wenig Erfahrung leicht daneben gehen.
Lothar M. schrieb:> Janosch schrieb:>> .) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC>> versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja>> nicht Schlimm> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.
Wieso ist dies so? Ich dachte der GND der Schaltung entsteht am einen
Pol des Brückengleichrichters?
>> Die "Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht>> 24VAC, 7.8A).> Der hat also bei Nennlast eine Spannung von 24Vac. Bei Teillast werden> das mehr, so dass du bei 2A auch mal 26Vac haben kannst. Und 26V*sqrt(2)> sind dann 36,6V. Davon fallen noch 1,4V an den Gleichrichterdioden ab,> verbleiben 35V. Der vorgesehene Regler kann bis 36V, da bleibt nicht> viel Luft für eine mögliche Überspannung am Netz. Mir wäre das zu eng...
Okay, dann lieber den LMZ360003 der würde bis 60V vetragen.
Wie kann ich die KOndensatoren/Dioden für den Gleichrichter berechnen?
Janosch schrieb:> Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu> 900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.
Nicht so knapp! Der Hersteller empfiehlt "You need a good-quality power
supply that can supply at least 3A at 5V for the Model 4B"
https://www.raspberrypi.org/documentation/setup/
Bedenke, dass Schaltnetzteile im mittleren Bereich meist den besten
Wirkungsgrad haben.
> möchte ich den LMZM33604 einsetzen
Der arbeitet mit 2,2 MHz! Hast du damit Erfahrung? Wenn nicht, dann
suche dir lieber einen gutmütigen Schaltwandler mit 100 kHz aus.
Dein 24V Trafo wird (ohne Vollast) hinter dem Gleichrichter mehr als 40V
liefern. So viel Spannung verträgt der Chip nicht.
> Wie kann ich bestimmen was für Dioden und was für> Kondensatoren (welche Werte) ich einsetzen muss?
Der Kondensator muss die Leerlaufspannung des Trafos mal 1,4 aushalten,
denn das ist die Höhe der Spitzenwerte der Sinuskurven. Die Dioden
müssen den Strom aushalten. Die Dioden arbeiten immer paarweise im
Wechsel, aber wegen des Kondensators werde sie nicht gleichmäßig
belastet, sondern mit regelmäßigen Peaks. Bei sogenannten
Gleichrichterdioden, wie die 1N400x wird das im Datenblatt
berücksichtigt, dort findest du Beispiel-Rechnungen.
Ich mache es mir einfach: Wenn der Trafo 1A liefern kann, nehme ich 1A
Dioden. Damit habe ich noch etwas Sicherheitsreserve drin.
Der Kondensator muss groß genug sein, um die Lücken zwischen de Wellen
zu füllen. Als grobe Faustformel reicht in deinem Fall 1000µF pro
Ampere.
Janosch schrieb:> 1.) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC> versorgen?
Ja, allerdings (stell dir vor der Gleichrichter besteht aus 4
Einzeldioden) werden dabei nur 2 vom Strom durchflossen. Die Verluste
teilen sich also nicht durch 4 sondern nur durch 2. Also solltest du
einen Gleichrichter nehmen, drer nicht nur 1500mA aushält, sondern bei
dem jede Diode 1500 aushält. Das muss jetzt kein 3000mA gelabelter
Brückengleichrichter sein, aber mehr als 1500 schon (z.B. 2200).
Janosch schrieb:> was für Kondensatoren
Wie bei einem Netzteil musst du einen ausreichend grossen Elko einbauen,
damit die Spannung in den Pausen nicht unter die Mindestspannung fällt.
Gleichzeitig muss er gross genug sein, um 1500mA Ripplestrom zu
vertragen.
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9
Janosch schrieb:> sowie einen kleinen> Lüfter.
warum?
kannst du nicht lüfterlos planen?
Willst du immer Staubflusen einsaugen oder den Lüfterausfall
provozieren?
Nichts ist schlimmer als Winzlüfter lernten wir schon beim 486er!
Lothar M. schrieb:> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.
kann ein Fehler werden, dann sollte man doch eher einen isolierenden
DC/DC Wandler nutzen um derlei (angehobenen GND) zu meiden.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Dein 24V Trafo wird (ohne Vollast) hinter dem Gleichrichter mehr als 40V> liefern. So viel Spannung verträgt der Chip nicht.
auch das!
Janosch schrieb:> Raspberry-Pi 4B
für den gibt es auch schon passende gute Kühlkörper ohne unsichere
Nervlüfter.
https://www.amazon.de/Metallgeh%C3%A4use-Raspberry-Aluminium-schnelle-K%C3%BChlk%C3%B6rper/dp/B07VMD25SK
Stefan ⛄ F. schrieb:> Janosch schrieb:>> Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu>> 900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.>> Nicht so knapp! Der Hersteller empfiehlt "You need a good-quality power> supply that can supply at least 3A at 5V for the Model 4B"> https://www.raspberrypi.org/documentation/setup/
Ja, das ist mir bekannt, das ist aber meistens so gerechnet, das der
User noch ein haufen anderes Zeugs wie USB-Geräte und z.b. Displaymodul
oder sonstige Dinge anschliessen kann. Tests zeigen das bei CPU Vollast
um die 850mA benötigt werden. Die Module welche ich zu Auswahl habe,
können >=2A liefern
>> möchte ich den LMZM33604 einsetzen>> Der arbeitet mit 2,2 MHz! Hast du damit Erfahrung? Wenn nicht, dann> suche dir lieber einen gutmütigen Schaltwandler mit 100 kHz aus.
Ja hierbei Handelt es sich nicht um einen reinen Schaltwandler, sondern
um komplett fertige Module, was gerade für Kleinserien meist einfacher
und sogar günstiger kommt. Texas bringt meist gute Layout examples,
welche bei mir immer fuktioniert haben (bis jetzt). Es gibt eine ganze
Reihe solcher Module
Joachim B. schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über>> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.>> kann ein Fehler werden, dann sollte man doch eher einen isolierenden> DC/DC Wandler nutzen um derlei (angehobenen GND) zu meiden.
Das Verstehe ich immernoch nicht ganz. Der GND welcher am Gleichrichter
erzeugt wird, ist doch für den Raspberry der GND welchen er benötigt.
Also der GND des Gleichrichters ist ja mit dem GND des RPi verbunden.
Eigentlich so wie ein Steckernetzteil. Es gibt ja mittlerweilen
Steckernetzeile welche auch mit z.b. 120VDC laufen können.
> für den gibt es auch schon passende gute Kühlkörper ohne unsichere> Nervlüfter.> https://www.amazon.de/Metallgeh%C3%A4use-Raspberry-Aluminium-schnelle-K%C3%BChlk%C3%B6rper/dp/B07VMD25SK
Damit entfällt aber das eigene Gehäuse. Ich habe einen Liefranten in CN,
welcher eine ganze Palette von Alu-Standartgehäusen für RPi's anbietet,
diese sind auch etwas breiter, höher oder länger verfügbar und
indiviualisierbar. Wenn ich ein Standartgehäuse einsetze, brauche ich ja
wiederum ein Verbindungskabel und ein weiteres Gehäuse für die
Tochterplatine. Alles in einem Gehäuse wäre natürlich schöner.
Gibt es allenfalls die Möglichkeit irgendwie einen Kühlkörper darauf zu
montieren?
Janosch schrieb:> Das Verstehe ich immernoch nicht ganz. Der GND welcher am Gleichrichter> erzeugt wird, ist doch für den Raspberry der GND welchen er benötigt.> Also der GND des Gleichrichters ist ja mit dem GND des RPi verbunden
dann zeichne doch mal was wirklich alles angeschlossen ist!
Deine Netzteile werden nicht nur den PI versorgen und der PI steuert
irgendwie Pumpen, Relais, oder anderes und die Ansteuerschaltungen
liegen beziehen sich dann auf PI GND und diese ist durch die
Gleichrichter Dioden um 0,7V angehoben und hat mit dem Netzteil GND vor
Brückengleichrichter nichts mehr zu tun!
Janosch schrieb:> mit DC und AC
ist ein schwacher Plan wenn keiner weiss wie es weitergeht!
Also etwas mehr Info zum Projekt
Der Raspberry-Pi soll dazu verwendet werden, Schaltwerte direkt an einen
Online-System zu senden. Aktuell werden Geräte vom Typ "Avanttech Adam
6060" eingesetzt, diese sind aber nicht sehr intelligent, daher benötigt
es nochmals einen Computer, welcher den Adam6060 ausliest und dann dann
als Webrequest weitersendet.
Daman für den Preis eines Adams eine fix fertige Lösung mit RPi, ohne
zusätzlichen PC lösen kann. Soll dies so gemacht werden.
Auf der "Zusatzplatine" werden nur sehr wenige Bauteile sein
- Gleichrichter
- DC/DC Wandler
- Dipswitch (an 3v3 des RPi)
- 7 LED (an 3v3 des RPi)
- 4 Optokoppler
Die 4 Optokoppler sind auf eine 12-polige Phönix-Steckerleiste
verbunden. Die Restlichen 4 Kontakte wären für je 2xVin/AC und 2xGND/N
Wichtig ist voralle das es möglichst aus "einem Guss" ist, also keine
Zusammensteckerei mit verschiedenen Modulen und Erweiterungsplatinen.
