Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik RasPi über GPIO Versorgung, StepDown Schutzbeschaltung


von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Hallo!

Ich bastle gerade an einem RasPi Hat das neben einer 
Kommunikationsschnittstelle auch die Versorgung aus 12-36V DC übernehmen 
soll

Warum? Einbau in ein Hutschienengehäuse. Die USB Buchse ist an der 
falschen Position und außerdem kann man sich so ein separates 5V REG 
Netzteil sparen, 24V sind idR sowieso vorhanden.

Ich hab mir dafür ein RECOM R-78C5.0-1.0 DC/DC-Wandler ausgescht.

Beim Einspeisen auf die 5V Rail speist man ja hinter der ganzen 
Schutzbeschaltung des RasPi.
Also muss ich ja was eigenes machen, und da bin ich noch etwas unsicher.

Ich brauche: Verpolschutz, Überspannungsschutz und Schutz geg. 
Kurzschluss
Fehlt was?

Die TVS hätte ich jetzt auf der 24V Seite gesehen, oder?

Beim Verpolschutz bin ich mir unsicher - Parallel eine SS16.
Aber dann liegt ja trotzdem 24V auf GND und wenn irgendwo eine GND 
Verbindung nach außen existiert, krachts trotzdem. Zweite SS16 in den 
GND Pfad ?

Oder Fuse und Antiparallel?

Die externe Spannung wird über Klemmen angeschlossen, eine Verpolung ist 
also ein reales Szenario.

:
von Sebi@Home (Gast)


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Ich bin jetzt kein Raspberry Experte, aber bist Du sicher, dass Du mit 
dem Wandler überhaupt auskommst? Iout = 1A max. erscheint mir schon arg 
grenzwertig.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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700mA soll der Raspi brauchen, und ist über usb mit einer 1a fuse 
gesichert.
Daher denke ich sollte das schon passen. StepDown völlig 
überzudimensionieren wirkt sich ja auch nicht positiv auf Ripple aus, 
z.B..

von kenny (Gast)


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Ich persönlich würde mich da eher an den Leistungsdaten des offiziellen 
PI Netzteils orientieren.
5,1V 2,5A

von Georg (Gast)


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Dom S. schrieb:
> 700mA soll der Raspi brauchen, und ist über usb mit einer 1a fuse
> gesichert.
> Daher denke ich sollte das schon passen

Gelegentlich braucht der Raspi viel mehr. Ich musste ein Labornetzteil 
auf 2,5 A einstellen damit der Raspi sauber startet und stabil läuft.

kenny schrieb:
> Ich persönlich würde mich da eher an den Leistungsdaten des offiziellen
> PI Netzteils orientieren.
> 5,1V 2,5A

Ja, wie kommen die da bloss drauf... Haben sie womöglich ihr eigenes 
Datenblatt gelesen?

Georg

Beitrag #6548747 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Arno (Gast)


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Ein ähnliches Thema hatten wir letztens schon, da hatte ich ein paar 
Links zusammengesucht, wie andere das machen:

Beitrag "Re: Versorgung und Eingänge für Platine im Schaltschrank"

Zu der Frage, wieviel Leistung nötig ist: Das hängt sehr von dem 
konkreten Raspberry Pi ab, da gibts ja mittlerweile viele verschiedene 
;) Einen Anhaltspunkt liefert z.B. 
https://www.pidramble.com/wiki/benchmarks/power-consumption - demnach 
wäre 1A für einen Pi 4B eindeutig zu wenig, für einen 2B locker 
ausreichend.

Das "offizielle" 2,5A-Netzteil ist durchaus überdimensioniert, falls 
jemand drei USB-Festplatten anklemmt. Und sicherlich aus der Historie, 
dass viele Probleme mit Raspberry Pis an nicht ausreichender 
Stromversorgung liegen und die Foundation sich damit nervige Rückfragen 
vom Hals halten will.

Einen Zero W hab ich mit einem L6920D aus 2xAA versorgt, d.h. da kann 
bei weitem nicht 1A geflossen sein ;) Ich weiß nicht mehr, ob über 3,3V 
oder über 5V, aber da ich den WLAN-Teil genutzt habe, nehme ich eher 5V 
an, also kann der Regler in Spitzen nicht mehr als ca. 250mA geliefert 
haben. Und im Mittel noch deutlich weniger, die Akkulaufzeit war >10h - 
allerdings auch mit runtergetakter CPU und Aufgaben, die ein ESP8266 
auch locker erledigen kann (deswegen gibt es die HW auch nicht mehr).

MfG, Arno

von Bauform B. (bauformb)


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Dom S. schrieb:
> Beim Verpolschutz bin ich mir unsicher - Parallel eine SS16.
> Aber dann liegt ja trotzdem 24V auf GND und wenn irgendwo eine GND
> Verbindung nach außen existiert, krachts trotzdem.

Alleine wegen dieser Verbindung würde ich einen isolierten DC/DC-Wandler 
verwenden. So eine Schleife stört auch ohne Verpolung. Als 
Verpolungsschutz reicht dann eine Diode in Reihe zum Wandler. Bei 24V/5W 
stört die doch nicht.

Bonus: ein defekter Step Down liefert schon mal die Eingangsspannung 
statt der 5 Volt, das tut ein isolierter eher nicht.

Beitrag #6548861 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Arno (Gast)


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Georg schrieb:
> Dom S. schrieb:
>> 700mA soll der Raspi brauchen, und ist über usb mit einer 1a fuse
>> gesichert.
>> Daher denke ich sollte das schon passen
>
> Gelegentlich braucht der Raspi viel mehr. Ich musste ein Labornetzteil
> auf 2,5 A einstellen damit der Raspi sauber startet und stabil läuft.

Es wäre der Diskussion zuträglich, wenn ihr beide erwähnen würdet, 
welchen Raspi ihr jeweils meint und welche Peripherie mit 
angeschlossen war.

MfG, Arno

von Harry (Gast)


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So, noch einmal schrieb im Beitrag #6548861:

> Raspberry Pi Zero WH nimmt maximal 700mA beim Booten auf. 3 Stück im
> Einsatz-alle gleich. Alle aus Steckernetzteilen 5V 1A betrieben.

700 mA erscheinen mir zu hoch. In der Tabelle (Link unten) steht der 
Zero W mit 100 bis 140 mA. Habe einen 2012er Raspberry mit einem 1-A 
Handy-Netzteil seit Jahren in Betrieb. Der nimmt ca. 700 mA auf.

https://de.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi#Hardware

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dom S. schrieb:
> und wenn irgendwo eine GND Verbindung nach außen existiert, ...

Es gäbe von Recom auch Wander mit galvanischer Trennung sei noch 
angemerkt.

Beitrag #6548906 wurde von einem Moderator gelöscht.
von om waldheini (Gast)


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Als Verpolungsschutz würde ich einen Brückengleichrichter Verwenden,
bei 24V Versorgung ist der Verlust Verschmerzbar.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Bzgl Stromaufnahme - ja der Punkt ist hier sicher dass es nicht "den 
einen RasPi" gibt.

Ich hab hier einen 2B liegen, und der läuft an einem 1A Netzteil 
einwandfrei.
Mag beim Pi4 ganz anders aussehen, ist klar. Und auch davon abhängig, 
was da an der Peripherie dranhängt.

Der 2B hat auch definitiv ne 1A Fuse, viel mehr kann der also nicht 
brauchen.
Da steht übrigens auch ... 700mA min ... ;) Aus der Luft gegrifeen sind 
meine Zahlen nicht,
https://www.raspberrypi.org/app/uploads/2012/10/Raspberry-Pi-R2.0-Schematics-Issue2.2_027.pdf


Ja, ich weiß, es gibt isolierte Wandler. Sind leider nicht so gängig.
Und Bei mehr als 1A wirds bei Recom leider auch dünn, nur riesige 
Exokten die bei mouser für 70€ zu haben sind.

Von murrata hab ich den hier gefunden:
https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-oki-78sr-8-w-5-v-1500-ma-sil-single-oki515w36c-p140735.html?&nbc=1

mit 1,5A hätte der etwas mehr Reserve.


Wenn jemand einen besseren passendern, eschwinglichen Wandler bei conrad 
oder reichelt kennt, dann gerne raus damit.


Bzgl. Verpolschutz hätte ich jetzt einen halben "Brückengleichrichter", 
gemacht, also je eine Diode im + und GND Pfad. Wenns verpolt ist, muss 
es nicht funktionieren. Die zwei Dioden spare ich mir.

: Bearbeitet durch User
von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Georg schrieb:

> Gelegentlich braucht der Raspi viel mehr. Ich musste ein Labornetzteil
> auf 2,5 A einstellen damit der Raspi sauber startet und stabil läuft.

> Georg

welcher Pi war dass denn? Und war da stromhngrige Peripherie mit dran?

Beitrag #6549004 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6549035 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6549147 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6549155 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6549236 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Bauform B. (bauformb)


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Dom S. schrieb:
> Ja, ich weiß, es gibt isolierte Wandler. Sind leider nicht so gängig.
> Und Bei mehr als 1A wirds bei Recom leider auch dünn, nur riesige
> Exokten die bei mouser für 70€ zu haben sind.

Naja, es gibt schon welche für unter 20€, nur die Suchmaschinen von 
Reichelt und Co. sind zensiert. TEL5-2411 mit 1A bzw. TEL8-2411 mit 
1.6A gibt's z.B. bei Bürklin (26K2208, 32C1194) und TME. Die haben sogar 
schon ein Eingangsfilter und werfen hinten relativ wenig Ripple raus.

> Von murrata hab ich den hier gefunden:
> 
https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-oki-78sr-8-w-5-v-1500-ma-sil-single-oki515w36c-p140735.html?&nbc=1
> mit 1,5A hätte der etwas mehr Reserve.

der ist aber nicht isoliert

> Bzgl. Verpolschutz hätte ich jetzt einen halben "Brückengleichrichter",
> gemacht, also je eine Diode im + und GND Pfad. Wenns verpolt ist, muss
> es nicht funktionieren. Die zwei Dioden spare ich mir.

Also der Fall, dass es eine zweite GND-Verbindung gibt, ist einfach nur 
grausam. Im Normalbetrieb fließt nämlich der Strom vom 24V-Netzteil 
(auch) über diese Verbindung. Mit zweiter Diode sogar der volle Strom, 
weil die Diode praktisch kurzgeschlossen wird.

Argumente ;)
* der RPi ist so billig, da bleibt mehr Geld für die Stromversorgung
* der RPi ist so billig, der braucht eine gut Stromversorgung
* es soll trotz RPi funktionieren

Je nachdem, was überhaupt an den RPi angeschlossen werden kann, könnte 
es billiger sein, diese Anschlüsse galvanisch zu trennen. Je nachdem: 
USB eher nicht, Relaisausgang ist geschenkt.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Bauform B. schrieb:
> Naja, es gibt schon welche für unter 20€, nur die Suchmaschinen von
> Reichelt und Co. sind zensiert. TEL5-2411 mit 1A bzw. TEL8-2411 mit
> 1.6A gibt's z.B. bei Bürklin (26K2208, 32C1194) und TME. Die haben sogar
> schon ein Eingangsfilter und werfen hinten relativ wenig Ripple raus.
Den TEL8 gibts sogar bei reichelt, aber auch da 23€. Bürklin nicht 
günstiger. Das ist - finde ich - zuviel für einen Raspi für 30€.

Bauform B. schrieb:
> der ist aber nicht isoliert
Ja muss dass denn wirklich sein? Die 24V (oder 30V) sind ja auch SELV.
Einzig das Argument mit dem durchgebrannten StepDown, aber wie 
wahrscheinlich ist das?


Bauform B. schrieb:
> Also der Fall, dass es eine zweite GND-Verbindung gibt, ist einfach nur
> grausam. Im Normalbetrieb fließt nämlich der Strom vom 24V-Netzteil
> (auch) über diese Verbindung. Mit zweiter Diode sogar der volle Strom,
> weil die Diode praktisch kurzgeschlossen wird.
im "Normalbetrieb" sollte es keine zweite GND Verbindung geben. Aber 
beim Debuggen z.B. da mache ich mir es manchmal einfach und verbinde 
einfach die Massen.. geht schon. Meistens. (Ich messe vorher die 
Spannungsdifferenz).

Auf das HAT kommt neben der 24V Versorgung des RasPi noch ein 
KNX-Interface, voll isoliert per Adum1201. Weiterhin sind weitere 
Kommunikationsadapter per USB, aber auch diese: isoliert.

Aber das HAT soll nicht nur für mich sein, und gerade bei den GND 
Verbindungen weiß man ja nie was so getrieben wird.

Aktueller Stand siehe Anhang. Tendiere aber eher zum murrata Wandler.


>
> Argumente ;)
> * der RPi ist so billig, da bleibt mehr Geld für die Stromversorgung
> * der RPi ist so billig, der braucht eine gut Stromversorgung
> * es soll trotz RPi funktionieren
>
> Je nachdem, was überhaupt an den RPi angeschlossen werden kann, könnte
> es billiger sein, diese Anschlüsse galvanisch zu trennen. Je nachdem:
> USB eher nicht, Relaisausgang ist geschenkt.

von Frank K. (fchk)


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Dom S. schrieb:

> Wenn jemand einen besseren passendern, eschwinglichen Wandler bei conrad
> oder reichelt kennt, dann gerne raus damit.

Wo ist denn das Problem, beispielsweise einen LM2596 zu nehmen, dazu 
eine 1N5822, eine Speicherdrossel und Kondensatoren an Ein- und 
Ausgängen. Wenn Du das alles ordentlich dimensionierst und layoutest, 
reicht das bis zu 3A, und kostet nicht die Welt.

fchk

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


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Dom S. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> der ist aber nicht isoliert
> Ja muss dass denn wirklich sein? Die 24V (oder 30V) sind ja auch SELV.

Eher PELV? Egal, das ist gut so. Ein DC/DC-Wandler, der das ersetzen 
könnte, spielt in einer anderen Liga. Die billigen wie TEL mit ihren 
1000V Prüfspannung können gerade mal eine 24V-Masseschleife auftrennen. 
Aber das können sie, du musst sie nur lassen ;)

> Einzig das Argument mit dem durchgebrannten StepDown, aber wie
> wahrscheinlich ist das?

Das ist ja auch nur eine Dreingabe. Mich stört vor allem, dass man nicht 
weiß, über welche Masseleitung der Strom fließt. Aber du relativierst 
das inzwischen.

> Aktueller Stand siehe Anhang. Tendiere aber eher zum murrata Wandler.

Schau mal ins murata-Datenblatt, ob da evt. Kondensatoren und Drosseln 
an Eingang und Ausgang vorgeschlagen werden. Das Foto bei Reichelt sieht 
so aus, als ob vor den Wandler noch ein Pi-Filter gehört.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Machen wir einmal eine ganz andere Rechnung auf.

Ursprüngliche Lösung war:
24V auf 5V bei 0.7A bedeutet insgesamt 19V*0,7A=13,3W zu verheizen.

Neue Lösung ist:
Nehmen wir mal einen schlechten Schaltwandler mit 75% Wirkungsgrad, dann 
wären das (1/0,75-1)*5V*0.7A=1,17W

Pro Jahr:
(13,3-1,17)W*24*365=106kWh
Bei 30ct/kWh wäre das rund 32 Euro/Jahr.
Ein Schaltwandler amortisiert sich in einem Jahr.

Mit diesem Argument wäre auch der galvanisch getrennte Wandler leicht zu 
finanzieren.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Dieter D. schrieb:
> Machen wir einmal eine ganz andere Rechnung auf.
>
> Ursprüngliche Lösung war:
> 24V auf 5V bei 0.7A bedeutet insgesamt 19V*0,7A=13,3W zu verheizen.
Nein. Verheizen war nie und kommt auch nicht in Frage. 13W die müsste 
man ja aktiv wegkühlen.
Ursprüngliche Lösung ist ein Hutschienennetzteil:
https://www.conrad.de/de/p/mean-well-dr-15-5-hutschienen-netzteil-din-rail-5-v-dc-2-4-a-12-w-1-x-1297353.html

Wunsch war nun, nicht mehr über die USB Buchse sondern über GPIO 
einzuspeisen, und wenn man schon dabei ist.. das 5V extra Netzteil 
wegoptimieren und aus dem eh vorhandenen 24V bzw. 30V Netzteil zu 
versorgen, wo noch große Reserven schlummern.

Frank K. schrieb:

> Wo ist denn das Problem, beispielsweise einen LM2596 zu nehmen, dazu
> eine 1N5822, eine Speicherdrossel und Kondensatoren an Ein- und
> Ausgängen. Wenn Du das alles ordentlich dimensionierst und layoutest,
> reicht das bis zu 3A, und kostet nicht die Welt.

Über die Lösung hab ich auch schon nachgedacht. Also über einen eigenen 
Schalregler. Aber so richtig hab ich mich noch nicht rangetraut, 
Schaltreglerlayout ist ja schon knifflig.
Aber vielleicht wage ich es doch mal.
Die Schaltung auf der ersten Seite des Datenblatts sollte soweit für 
mich passen oder?
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf?ts=1610597131606&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252Fsearch%253Fq%253Dlm%2B2596%2526sxsrf%253DALeKk03wo4EdL64q19QDfV08s7YZ10WDUQ%253A1610597103135%2526source%253Dlnms%2526tbm%253Disch%2526sa%253DX%2526ved%253D0ahUKEwifxtThxZruAhVvwIsKHUHUA1oQ_AUIBigB%2526biw%253D360%2526bih%253D567

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dom S. schrieb:
> Wunsch war nun, nicht mehr über die USB Buchse sondern über GPIO
> einzuspeisen, und wenn man schon dabei ist.. das 5V extra Netzteil
> wegoptimieren

Gibt es fertig. Schau Dir mal die DDR-15G-5 von Meanwell an:
https://www.netzteile-kaufen.de/dc-dc-wandler-hutschiene/ddr-15g-12305/
Rund 15 Euro, Isolationsspannung 4kV, 9-36V Eingangsspannung.
Und sogar die Spannung auf 5.1V einstellbar.

Da lohnt der Selbstbau kaum.

: Bearbeitet durch User
von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


Angehängte Dateien:

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So, läuft :)

Hab mich am Ende selbst an den LM2596 getraut und die Kiste läuft gut.

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