Что мне нужно знать для питания от батарей?

Какой диапазон напряжения он может принять? Какие батареи подходят?

Стандартный USB использует 5 В, а модель B Pi требует 700 мА. Взято из Raspberry Pi : часто задаваемые вопросы :

Устройство должно работать хорошо от 4-х ячеек АА.

Если бы вы использовали 1,5 В щелочные батареи, вы бы перегружали плату. Как и в большинстве компьютеров на базе SoC, вы должны использовать никель-металлогидридные батареи, так как они питаются в среднем 1,25 В. Это оставит вашу доску в безопасном, более контролируемом, 5В. Pi нарисует правильное количество ампер, необходимое для батарей, поэтому вам не нужно беспокоиться.

Вот несколько сравнений различных дешевых вариантов питания от батареи, которые все будут обеспечивать Pi в пределах его спецификаций: Запуск Raspberry Pi от батарей [Эта ссылка на самом деле разряжена - и поиск в домене «батарейки малины» не удался - но Pikamander2 предложил ниже как редактирование, которое предположительно содержит оригинальное содержание (??). Надеюсь, это можно считать общественным достоянием. -> Златовласка]

В том числе содержание ниже:

Запуск Raspberry Pi от батарей

Одно из основных свойств мобильного робота на базе Raspberry Pi заключается в том, что он должен работать от батареи - отсоединение шнура питания от него мало что дает.

Проблема в том, что Pi потребляет значительную величину тока (скажем, 500 мА, в зависимости от активности и подключенных периферийных устройств) и нуждается в довольно узком диапазоне входного напряжения (5 В +/- 0,25 В или около того). Поскольку напряжение батареи меняется довольно сильно в зависимости от текущего уровня заряда, работать от батареи не очень разумно.

Итак, я приступил к изучению различных вариантов преобразования стандартных напряжений батареи в нечто подходящее для Pi.

Использование линейного регулятора

Традиционный подход, когда я впервые работал с электроникой около 30 лет назад, состоял в том, чтобы собрать достаточно батарей, чтобы получить значительно более высокое напряжение, чем 5 В (скажем, 4 раза неперезаряжаемая батарея АА, чтобы получить 6 В, или 6 раз перезаряжаемая батарея АА для 7,2 V), а затем пропустите через линейный регулятор (например, микросхему серии 7805), чтобы получить постоянное напряжение 5 В.

Есть 2 основных проблемы с этим подходом.

1. Линейные регуляторы неэффективны и эффективно сжигают избыточное напряжение в виде тепла. Это означает, что вы просто тратите время автономной работы, а также, вероятно, приходится иметь дело с рассеиванием этого тепла с помощью радиатора.
2. Pi потребляет довольно много тока, поэтому ему потребуется довольно большой регулятор, а также большой радиатор.

К счастью, в настоящее время существуют гораздо лучшие подходы в виде регуляторов с переключаемым режимом, которые намного более эффективны даже при больших токах.

Использование RC-модели UBEC

Достойным радиоуправляемым моделям, особенно самолетам, часто требуется эффективный, стабильный источник питания, работающий от небольшой легкой батареи. Стандартным подходом для этого является использование перезаряжаемой батареи, подключенной через устройство, известное как UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), которое получает более высокое напряжение, чем требуемый выход, и очень эффективно преобразует его. Принимая во внимание, что линейный регулятор, питающий выход 500 мА от входа 6 В, потребляет 500 мА (что приводит к потере мощности (6-5) x0,5 = 0,5 Вт), UBEC не нужно будет потреблять все 500 мА от входной батареи, и поэтому тратит очень мало энергии.

Поскольку UBEC так часто используются для моделей RC, вы можете приобрести их очень дешево, и они обычно могут выдерживать довольно большие токи. Например, я нашел модель 4A на eBay примерно за 1,50 фунтов стерлингов, включая почтовые расходы.

Недостатком является то, что вам нужно подавать больше входного напряжения, чем желаемое выходное напряжение, а это значит, что вам может понадобиться много элементов в батарейном блоке. Тем не менее, это очень дешевый вариант и работает хорошо.

Использование DC-DC преобразователя

Если вес является приоритетом, важно свести к минимуму количество элементов батареи. К счастью, есть устройство, называемое преобразователь постоянного тока в постоянный ток, которое работает очень похоже на UBEC, но может работать от входного напряжения, которое ниже требуемого выходного напряжения. Они также, как правило, действительно крошечные.

Посмотрев на eBay еще раз, я нашел несколько действительно хороших, которые включают в себя гнездо USB-A. Это означает, что вы можете использовать тот же USB-кабель, который вы, вероятно, используете для питания Raspberry Pi, без каких-либо изменений. Цена здесь была около 2,50 фунтов стерлингов, бесплатная доставка. Входное напряжение составляет 3-5 В (идеально для 3-х аккумуляторов типа АА), а выходной ток - до 1 А, чего должно быть достаточно.

Использование встроенного батарейного отсека

Наконец, существуют различные решения, которые используют перезаряжаемые батареи плюс преобразователь постоянного тока в специальный корпус. Они могут быть довольно хорошими, потому что они не требуют какой-либо специальной сборки (например, пайки) - у некоторых даже есть уже встроенные батареи. Выбранный мной вариант использует литий-ионные элементы большой емкости «18650» (например, эти, около 10 фунтов за пара от eBay), и стоит около 8 фунтов стерлингов, включая почтовые расходы. Он может подавать до 2,5 А, что более чем достаточно, и снова имеет встроенный разъем USB-B для удобного подключения, а также удобный разъем USB-miniA для удобной зарядки. Еще одна приятная особенность этого типа ящиков заключается в том, что вы можете вставлять что угодно от 1 до 4 ячеек, в зависимости от того, сколько времени автономной работы вам нужно.

Недостатком является то, что эти коробки могут быть довольно большими. Тот, который я выбрал, примерно того же размера, что и коробка, в которую пришел мой Пи из Фарнелла.

Если вы выберете вариант 18650, то стоит внимательно осмотреться. Некоторые бренды, особенно Ultrafire, имеют плохую репутацию по качеству и, похоже, не соответствуют заявленным мощностям. Эти типы батарей также подвержены возгоранию или взрыву при неправильном использовании, поэтому вы должны быть очень осторожны, чтобы заботиться о них, и стоит убедиться, что вы не используете хитрый бренд.

Расчеты времени автономной работы

Я еще не проверил экспериментально какие-либо показатели времени автономной работы ни для одного из этих вариантов, хотя я проверял, что мой Pi успешно работает от каждого из них (за исключением, пока, для UBEC).

При расчете теоретического срока службы батареи, поскольку вы конвертируете напряжения, вы не можете просто перейти к значениям в миллиамперах (мАч), напечатанным на батарее. Проще всего перевести в ватт-часы, которые просто умножают напряжение на число мАч. RasPi требует около 500 мА при 5 В, что составляет 0,5 x 5 = 2,5 Вт. При условии идеальной эффективности в преобразователе (обычно они эффективны не менее чем на 90%), элемент питания 1,5 В AA с емкостью 1000 мАч сможет обеспечить 1,5 Вт · ч, то есть запустить RasPi в течение 1,5 / 2,5 = 0,6 часов (или 36 минут ) самостоятельно. При использовании преобразователя с переключением режимов (т. Е. Любой из трех последних опций) не имеет значения, подключаете ли вы несколько ячеек последовательно или параллельно - в каждом случае вы примерно умножаете доступную емкость на количество ячеек. используемый.

Вот простое сравнение параметров, перечисленных выше. Я надеюсь, что это поможет вам найти подходящее решение по питанию от батареи для вашего проекта Pi.

Контроль уровня заряда

При работе от батарей целесообразно следить за текущим уровнем заряда, чтобы можно было оценить оставшийся срок службы батареи. Вы можете сделать это, наблюдая за напряжением на батарее - оно будет падать по мере разрядки батареи. Помимо учета нелинейных кривых разряда (каждый тип ячейки ведет себя по-разному и имеет различный диапазон напряжения), существует две основные трудности с этим при работе Pi от преобразователя напряжения.

1. Входное напряжение на Pi всегда должно быть стабильным 5 В, по замыслу. Таким образом, вам нужно подключить провода от входной батареи к вашей схеме контроля заряда, вместо того, чтобы иметь возможность измерять напряжение на входе в Pi. Для встроенных батарейных ящиков для этого требуется просверлить некоторые отверстия в коробке для доступа к батарее.
2. Pi не имеет встроенного аналого-цифрового преобразователя, поэтому вы не можете напрямую измерить напряжение с помощью Pi. Вы можете получить небольшие, дешевые, автономные микросхемы АЦП, которые доступны через контакты GPIO Pi (например, с помощью I2C), что, вероятно, является самым дешевым вариантом. Лично у меня есть много микроконтроллеров ATTiny85 (по сути, мини-Arduino), и я, вероятно, посмотрю, как использовать один из них для измерения аналогового напряжения, преобразования в процент оставшейся индикации с помощью программного обеспечения на ATTiny, а затем передать этот уровень Пи через I2C.

К сожалению, вы не можете должным образом отключить Pi исключительно из-за программного обеспечения, поэтому существует также потенциальный мини-проект, обеспечивающий управляемое программным обеспечением запирающее отключение. Лично я рассчитываю просто использовать ручной выключатель, встроенный в аккумуляторный отсек. Если вы используете элементы Li 18650, то стоит приобрести «защищенный» тип, так как они автоматически отключаются при низком напряжении.

Я получил зарядное устройство USB для мобильных телефонов с питанием от батареи и пару литиевых батарей 18650 . Он отлично справился с работой и работал 5,5 часов в режиме ожидания и более 4 часов при запуске демонстрационной петли Quake 3. Вы можете прочитать о моей методологии тестирования здесь . Эти 18650 литиевых батарей отлично работают, потому что имеют достаточно высокое напряжение, чтобы всего 2 батареи легко справлялись с работой, а также они перезаряжаемые. Они также обеспечивают довольно мало энергии и позволяют использовать Pi в течение многих часов даже при полной нагрузке. Я думаю, что эти батареи будут хорошим выбором для тех, кто хочет питать Raspberry Pi от батарей.

Не рекомендуется запускать RPi на батарейках, так как он был разработан для питания от USB; Питание USB регулируется и точно 5В. Большинство USB-портов могут подавать ~ 500 мА, тогда как большинство USB-зарядных устройств рассчитаны на 1А. Для RPi требуется минимальное питание 700 мА, иначе он может не загружаться должным образом.

Вместо этого было бы целесообразно использовать аварийное зарядное устройство USB с питанием от батареи или дождаться экрана LiPo, который, несомненно, будет разработан.

http://elinux.org/R-Pi_Trou устранение неполадок#Troublesho__power_problems предполагает, что напряжение должно быть между 4,75 и 5,25 В, предполагая, что 4 батареи NiMh при напряжении 1,2 В каждая должны находиться в пределах 4,8 В в пределах диапазона. Тем не менее, полностью заряженные никель-металлогидридные батареи могут достигать 1,4 В * 4 = 5,6 В, что значительно превышает максимум. Если вы проверите свои батареи и обнаружите, что они заряжаются до 1,3 В при полной зарядке, они должны быть в порядке. Лучшее решение, вероятно, состоит в том, чтобы использовать переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток, чтобы преобразовать любую батарею в 5В.

Вот что я сделал, и, кажется, он работает хорошо: Вам понадобится аккумуляторная батарея 8xAA с 9-вольтовой батареей, подобной разъему питания. Автомобильный адаптер USB на 2 А Опционально - вилка для подключения к автомобильному адаптеру, в противном случае просто разберите адаптер.

Припаяйте центральный контакт автомобильного адаптера к положительному полюсу аккумуляторной батареи, или, если вы использовали кабель, соответствующий провод. И припаять негатив к внешнему на адаптере

Затем я получил перезаряжаемый NiMH 8xAA 2500mAh, что в сумме составило 24 Втч. Это должно быть хорошо на некоторое время.

Я измеряю постоянный 5,08 В на USB-разъем от адаптера. Это будет зависеть от качества того, что вы покупаете / имеете. Я использовал адаптер Rayovac.

Аккумуляторы разряжаются примерно на 10-11 В перед адаптером.

Пи нужно 5 В, если не больше. Adafruit адаптер 5,25 В

http://elinux.org/RPi_5V_PSU_construction также полезна.

Я также измерил ток, потребляемый от батарейного блока, когда он был 10 В при 0,54 А. Устройство имело концентратор, Logitech Quickcam 9000, Netgear N150, адаптер USB2Serial и процессор был на 70-100%. На холостых оборотах было 0,38А. При отключении питания он составил 0,14А. Только с пи он простаивал на уровне 0,24А. Под нагрузкой на 900 МГц он использовал только 0,27A. Когда устройство бездействует, оно разгоняется до 250 МГц. Не похоже, что тактовая частота имеет большое значение или загрузка процессора.

Таким образом, в 5 Вт со всеми устройствами я должен получить около 4-5 часов, дать или взять, но 8-9 часов только с Pi и Ethernet.

Я использую Rpi с дешевым DC-DC преобразователем . Использовал его со страйкбольными батареями и батареями моделей RC (7,2 В и 11,8 В). Работает как шарм. Похоже, что моя батарея 5000 мАч 11,6 В может питать ее в течение нескольких дней.

Просто будьте осторожны, чтобы настроить его перед использованием. Я тестирую его с каждой новой батареей перед подключением к Rpi.

Я вижу, по крайней мере, 2 пункта для рассмотрения.

1. Эффективность регулятора мощности

Если вы используете батареи, вы, вероятно, беспокоитесь о потребляемой мощности вашего Rpi. Rpi использует неэффективный линейный регулятор (типичный КПД составляет около 30-50%. Но я не уверен, что для Rpi lin. Regulator!). Линейный регулятор рассеивает энергию в виде тепла, чтобы получить желаемое напряжение на шине, то есть 3,3 В. Общее правило, касающееся перевода линии электропередачи, например, USB @ 5V -> RPI@3.3V, гласит: чем больше входное напряжение, тем больше рассеивание на регуляторе при тех же рабочих условиях. С другой стороны, поворотный регулятор обеспечивает более высокую эффективность, тип. 80-85%, даже до 97% ( LM2651 ). И это более удобно (но также и дороже!), Когда вам нужно большее падение напряжения, например, от 12В аккумулятора или от 24В до 5В.

Вы можете найти множество учебных пособий для замены оригинального регулятора Rpi в Интернете.

2. Тип батареи

Вы можете создать свой собственный батарейный массив, используя батареи LiPo для вашего проекта, а затем вы можете настроить размеры, емкость, мин. характеристики напряжения и тока и т. д. Вы можете приобрести различные типы LiPoly на часто используемых электронных рынках, таких как eBay или аналогичные. В дополнение к вместимости , вы должны быть осторожны с макс. и стандартный ток утечки (необходим при использовании мощных устройств вдоль Raspberry, таких как модемы UMTS), срок службы цикла (обычно 200-1000 для дешевого LiPoly) и характеристики безопасности и защиты ( разрядка, короткое замыкание, перенапряжение, пониженное напряжение и т. д. ). Я использовал батареи LiPoly во многих проектах благодаря хорошей доступности и производительности по сравнению с ценовым соотношением .

Вы можете прочитать больше о LiPoly на форумах RC .

Это довольно дорогой аккумулятор USB, но он очень универсален, и вы найдете несколько вариантов его использования, кроме резервного аккумулятора для вашего пи.

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

Это, вероятно, неправильно, но вы пытались получить 2 батареи, затем отрезать провод и подключить его к 4 батареям.