Raspberry Pi 是对工程的所有阶段的开发都很有用的工具,但它们会从微型 USB 端口(相对精确的 5V 电源)消耗电力。电路板的所有输入保护都是围绕通过该 USB 端口提供的电力展开的。
即使您有良好稳定的 5V 输入,并将其直接连接至 5V 和地面 GPIO 引脚,但您还是忽视了重要的防护措施,如保险丝以及反接二极管。USB 端口供电绝对是最好的选择,但是您不能直接连接电池——因为我们没有 5V 电池。常用电源是 4 节 AA 电池(完全充电 6V 以上)、一节 9V 电池或两节 3.7 锂离子电池(7.4V)。所有上述电池都支持 Raspberry Pi (树莓派)。那么,我们怎样才能把它们转换成 5V 呢?有三种办法:好办法、更好办法、最好办法。
好办法:电阻分压器。
电阻分压器采用最基本的电路原理:
只要您了解输入电压 (Vin) 并能正确选择 R1 和 R2,您可以将输出电压 (Vout) 变成 5V。只要符合 Vout/Vin = (r1)/(r1+r2),R1 和 R2 可以是任何东西。请记住,但是,这种方法会将任何额外能量直接消耗为热量,所以最好使用比较接近 5V 的电源,例如 4 节 AA 电池 (6V)。这种方法会将任何额外能量直接消耗为热量,所以最好用于比较接近 5V 的电压。4 节 AA 电池组 (6V) 就奏效了。一节 9V 电池会严重损害您的效率。
另一个要考虑的因素是您电阻器的功率额定。一旦您计算出所需的电阻值,就必须找到具有足够功率额定的电阻器。请记住,所消耗的功率将等于流过电阻器的电流乘以电阻器两端电压差。例如,如果您想将一个 6V 的电池组转换成输出电压为 5V,您可以使用电阻器 R1=100 和 R2=20.很好,都是整数。但是,如果我们要向 Pi 供应最大 1A (允许)并且 P=IV,通过 R1 电阻器的功率(顶部电阻器,热量散失)将是 1V*1A = 1W。虽然找到一个 1W 100ohm 的电阻器也不是不可能,但是仍然有一些热量。如果您试图将 9V 降至 5V,您就会在 1A 的情况下损失 4W。绝对会产生更多热量,而且电阻器会更贵。
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解析
优点:简单廉价。
缺点:浪费大量电能,如果操作不当,无疑会产生灼伤。 另外,电阻率是静态的,但是电池电压在放电时会下降,输出电压也将随之下降。请记住,电阻分压器的设计用途不是专门向输入电压提供电流,因此当您试图增加 Pi 的功率,计算方法则会不同。
更好办法:线性稳压器 (LDO)。
LDO (低压差)稳压器属于线性稳压器,用于保持输出电压处于所需电压值,即使输入电压接近输出电压也如此。因此,如果输入电压大于 6V,标准稳压器可能仅能够供应 5V。但是输入电压仅为 5.25 V时,LDO 可供应 5V。这和不同营销的原理相同。
很多电板爱好者因为合理的原因使用 1117 线性稳压器的某个版本。1117 能提供稳定的 5V 输出,高达 1.3A,输入电压高达 15V。它是一个便宜的通孔插入式封装,刚好可以置入电路试验板。添加两个电容器(一个输入,一个输出),就算电池电压变化,您也能让输出电压超级稳定。可惜,线性稳压器只是一个美其名的电阻分压器,其设计目的是调节电压接近所需输出。它比上述 4W 电阻略有效,但将电压从 9V 降至 5V 时,它还是会燃烧不少热量。
解析:
优点:廉价、简单、输出不会随电池放电而改变。
缺点:仍然效率很低,需要散热管理。
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最好办法:DC/DC 电源转换器
为 Pi 提供电力的最有效方式是使用开关稳压器。请继续关注如何设计属于您自己的电路,但在此期间,您可以使用预先设计 DC/DC 模块,例如,TDK-Lambda CC6-1205SF-E。它无需外部元器件,直接置入电路试验板,其效率接近 80%,而先前提到的粗糙方法效率仅为 50% 或更低。
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解析:
优点:效率高、无需任何外部元器件、真正即插即用。
缺点:最贵的解决方案。
如果您想将调整所得的 5V 接入 USB 端口,只需购买一个微型 USB 电缆,如 Molex 687840002,剪去非微型端,将您的 5V 连接至正确的电源和地线。不用连接和拆卸其他线。
如果您想用电池给 Pi 供电,也是可行的。只要选择最适合您的方法,并采取正确的预防措施,就可以在任何地方给您的设计供电。