Sieć domowa 5 V.

22

Planuję dodać wiele urządzeń IoT w moim domu i szukam eleganckiego rozwiązania, które by je zasilało. Wszystkie będą potrzebować 5 V, niewielka ich liczba (aparaty) pobrałaby do 2 amperów, a większość pobrałaby mniej niż 500 mA.

Zastanawiam się nad poprowadzeniem przez dom osobnej linii 5 V z kablem 10 AWG (w celu zmniejszenia spadku napięcia) i transformatorem 120 V - 5 V, 20 amperów na każdym piętrze. Dodałbym jakieś złącza, każdy kilka stóp, aby móc łatwo połączyć się z linią w przyszłości.

Głównym celem tego wszystkiego jest utrzymanie wolnych gniazdek elektrycznych, zaoszczędzenie wszystkich pojedynczych transformatorów, których będę potrzebować, i pozwolenie na rozszerzenie mojej sieci IoT w przyszłości, bez użycia dodatkowych gniazd / zbędnych kabli do zawieszania. Czy to realne rozwiązanie, czy jest bardziej skuteczny sposób na osiągnięcie mojego celu?

Zastanawiam się, czy lepiej byłoby użyć transformatora 120 V - 12 V, aby zrekompensować spadek napięcia i dodać konwertery buck / regulatory liniowe na każdym urządzeniu, ale chciałbym zaoszczędzić dodatkowy sprzęt, jeśli jest to wykonalne.

Velimir Tchatchevsky
źródło
Czy którekolwiek z tych urządzeń IOT są wystarczająco małe, aby lokalna bateria mogła je zasilać przez 6 miesięcy? Rozumiem, że urządzenia Zigbee mogą działać przez rok na CR2032.
Criggie
6
Obecnie mogę kupić gniazda czołowe ze zintegrowanymi wyjściami USB 5 V. Inną opcją, którą powinieneś rozważyć, jest power over ethernet (PoE)
pjc50
Ponieważ wszystkie te urządzenia są podłączone do sieci, najbardziej rozsądnym rozwiązaniem jest power over ethernet (PoE). Tak, będziesz musiał użyć adapterów, aby obniżyć napięcie na każdym urządzeniu, ale faktem jest, że nie uciekniesz od potrzeby wyższego napięcia dystrybucji niż 5 V. Poza tym większość profesjonalnych urządzeń rozmieszczonych w ten sposób ma wbudowane zasilacze PoE. I wygląda na to, że samodzielne zasilacze PoE => 5 V są stosunkowo łatwe do zdobycia.
Roy Tinker

Odpowiedzi:

35
  1. Sieć 5 V prądu stałego może być „złym pomysłem”.
  2. Nieco wyższa sieć napięcia z lokalnymi regulatorami powinna być nieco lepsza, ale zwiększa złożoność elektroniczną.
  3. Lokalne zasilacze 5 V z systemem krótkiego zasięgu mogą ogólnie być lepsze.

Kabel o grubości 12 ma rezystancję ~ = 1,6 oma na 1000 stóp lub na 500 „stóp pętli”.
Otrzymujesz więc spadek prądu 1,6 V na wzmacniacz dla 500 pętli stopy lub około 3 mV na stopę pętli na wzmacniacz.

Opcja 1:

Bieg 5 V, powiedzmy 100 stóp przy 10 A, spadnie o 3 mV x 100 x 10 = 3 V.
To oczywiście za dużo przy 5 V.
MOŻESZ zdecydować, że maks. 5A jest w porządku - lub że średni prąd wynosi połowę maksimum, jeśli jest równomiernie rozłożony, a maksymalna długość 50 stóp może być dopuszczalna.
Ale kompromisy nadal powodują spadki w zakresie 0,5–1,5 V.
Kilka kamer na drugim końcu może „zepsuć ci dzień”.

Twoja sieć musi być „głupia” i być w stanie dostarczyć maksymalną moc przy 5 VDC lub inteligentną i zasilać tylko w drodze negocjacji. Przy 10 A to 5 V x 10 A = 50 W i prawdopodobnie dwukrotnie więcej, aby umożliwić upuszczenie i utrwalenie i ... 50-100 W wystarczy, aby rozpalić ogień z odrobiną pomysłowości. Murphy ma wiele pomysłowości. Nie jest to wada śmiertelna, ale konieczna jest ostrożność. Jest to niższy prąd i niższe napięcie niż zapewniają obwody prądu przemiennego - więc jeśli zachowasz taką samą ostrożność z siecią prądu stałego, jak i prądem przemiennym, może być OK - zauważając potrzebę przełączników zdolnych do obsługi prądu stałego dobrze przy prądzie znamionowym (prąd stały znacznie trudniejsze niż AC).

Opcja 2:

Dystrybucja powiedzmy 8 VDC lub wyższa (10-12 VDC lepsza) (lub można użyć prądu przemiennego) pozwoli uniknąć problemów z zanikiem napięcia. Jeśli użyjesz lokalnych regulatorów liniowych, stracisz skuteczność wraz ze wzrostem napięcia zasilania. Jeśli 8 VDC jest „wystarczające”, tracisz (8–5) / 8 ~ = 40% mocy. I jeszcze raz przy większym napięciu. Dodałeś także złożoności i kosztów oraz niestandardowego systemu.

W przypadku zastosowania trybu przełączania wydajność lokalnych przetwornic jest względnie stała przy napięciu zasilania, a straty na okablowaniu spadają wraz ze wzrostem napięcia z powodu strat rezystancyjnych proporcjonalnych do kwadratu prądu. Ale konwertery zwiększają złożoność i koszty. POE (power over ethernet) to jedna wersja tego - a koszt jednego konwertera może być znaczny w przypadku sprzętu gotowego do użycia, w porównaniu do używania komercyjnych zasilaczy sieciowych.

Opcja 3:

Pojedyncze gniazdo zasilania na lokalizację umożliwia obsługę lokalnego zasilacza 5 V LUB zasilacza sieciowego z kolekcją wtyczek.
Przy biurku, na którym piszę, mam półki zasilane USB 18 x 12V. Rozważałem użycie zasilacza 20A plus 12V, niestandardowych przewodów (gniazdo standardowe i kabel z dysku twardego do systemu połączeń), ale jak dotąd zwyciężyły pakiety zasilające 18 x 12V 1A i wymagane wtyczki sieciowe. Spadek napięcia nie stanowi problemu, mam doskonałą redundancję zasilania, albo dostarczając powiedzmy 2 zapasowe napięcie 12V lub pożyczając źródło z mniej krytycznego źródła zasilania, jeśli to konieczne.

Moje potrzeby w zakresie zasilania „USB” 5 V są zaspokajane przez kilka komputerów z gniazdami USB, a niektóre dyski twarde mają zasilane wyjścia 5 V. Psy „USB” 5 V są bardzo dostępne, niedrogie (zwłaszcza, że ​​używane są zwykle niezawodne), a złącze jest uniwersalne.

A prąd przemienny (w moim przypadku 230 V 50 Hz) jest dostępny w całym domu, w każdym domu lub firmie, którą odwiedzam.

Dla mnie i prawdopodobnie dla ciebie opcja 3 ma największy sens.

Russell McMahon
źródło
jakie są wady korzystania z transformatora 12 V (ze standardowymi zabezpieczeniami) w porównaniu z użyciem dedykowanego psu na każdym urządzeniu
Velimir Tchatchevsky
2
@VelimirTchatchevsky Transformator 12V - lub bardziej prawdopodobne, że zasilacz prądu stałego 12V jest prawie tak dobry, jak osobne źródła zasilania, ale potrzebuje wtyczek DC i przewodów odpowiednich dla każdego urządzenia (może wszystkich wtyczek 2,5 mm). Istnieje nieco większa ochrona przed odzyskiwaniem po awarii. Zwarcie zasilania 12V 10A MOŻE być bardziej ekscytujące niż zwarcie zasilania 12V 1A.
Russell McMahon
@VelimirTchatchevsky Zredagowałem moją Opcję 2, aby uczynić ją bardziej ogólną - ale moje wnioski są takie same. MOGĘ jeszcze zmienić wiele wtyczek HDD 12V na kilka większych zasilaczy 12V, ale prawdopodobnie nie.
Russell McMahon
Mam domową sieć 24 V DC, która działa dobrze (przy użyciu kabla 4 mm ^ 2 / AWG11 między piętrami). Proste (i tanie) lokalne konwertery DC-DC na 12V i 5V wszędzie tam, gdzie są potrzebne, działają świetnie. Zasilacze 24 V DC (np. Na szynę DIN) są łatwo dostępne na eBayu (np. Używany Phoenix Contact z branży automatyki) i działają jak urok 24/7.
Ned64
@ Ned64 Tak. Jeśli możesz i chcesz znaleźć odpowiedni sprzęt, może Ci pomóc. Dla zainteresowania możesz podać link do wspomnianych konwerterów. Interesujące byłoby porównanie cen z sieci do 12 V i 5 V. W przypadku moich około 20 dysków twardych USB, które wymagają 12 V przy około 1 A (przypuszczalnie średnio o wiele niższym), interesujące byłoby porównanie kosztów. Większość urządzeń konsumenckich jest dostarczana z odpowiednim zasilaniem sieciowym (co trudno pokonać pod względem kosztów :-)), ale porównanie w cenach detalicznych byłoby interesujące. | Moja sieć działa ok. 8763/8765 czasu - YMMV.
Russell McMahon
38

Z powodzeniem korzystałem z power-over-ethernet na różnych urządzeniach rozmieszczonych w moim domu.

Zalety obejmują:

  • Może korzystać z dowolnego istniejącego okablowania Cat-5
  • Wszelkie podłączone okablowanie można później zmienić, jeśli nie będą potrzebne.
  • Gotowe adaptery do dostarczania i odbierania energii są łatwo dostępne (zwykle sprzedawane do systemów CCTV).
  • Możesz używać do przewodowych połączeń sieciowych, które są ogólnie bardziej niezawodne niż Wi-Fi

Używam „pasywnego” PoE (4 przewody dla sieci, 4 przewody dla prądu stałego +/-) przy napięciu 24 V, z lokalnym obniżeniem napięcia o 5 V na końcu odbiorczym. „Wtryskiwacz” PoE zasila mój UPS, więc gadżety pozostają pod napięciem.

Ian H.
źródło
2
Uważam tę odpowiedź za znacznie bardziej przydatną niż druga. OP nie określa, jakich urządzeń „IoT” używa, ale wiele takich urządzeń jest wyposażonych w PoE. PoE jest więc idealnym rozwiązaniem dla nich. W przypadku innych urządzeń, jeśli wymagają one zasilania 5 V, nie będzie miało znaczenia, jaki projekt zasilania zostanie zastosowany, ponieważ w każdym przypadku będziesz chciał użyć napięcia wyższego niż 5 V, a zatem konieczne będzie obniżenie napięcia o urządzenie mimo wszystko. Ponownie, równie dobrze może to zrobić z istniejącym sprzętem kompatybilnym z PoE, zamiast próbować się zaimplementować
Peter Duniho
1
@PeterDuniho Napisałem „drugą odpowiedź”. Żadne rozwiązanie nie będzie odpowiednie dla wszystkich. PoE jest zasadniczo wersją jednej z moich 3 opcji i jest w porządku, jeśli koszt nie jest świetnym przedmiotem. Zdalne przekształcanie wyjścia do różnych wymagań albo reklamuje koszt dodatkowego sprzętu lub PoE z tą funkcją - np. Ładowarka USB, 12V dla zewnętrznego napędu dyskowego (z których mam wiele), +/- DC lub AC dla niektórych urządzeń komunikacyjnych, ... . || OP konkretnie zapytał o obciążenia 5 V. Moja odpowiedź i ta odpowiedź wpisały się w bardziej ogólne obciążenia. Zaletą PoE jest tworzenie kopii zapasowych po awarii zasilania - ale wymaga zasilacza UPS.
Russell McMahon
3
Oto odpowiedź - uruchomiłem różne rzeczy z POE, natywnie takie jak telefony, aparaty fotograficzne, AP lub używając rozgałęźnika na końcu urządzenia. Coś takiego jak adafruit.com/product/3785 działa świetnie dla Raspberry Pi sprzed POE i mają warianty, które generują napięcie 5 V lub 12 V. Ponadto masz niezawodną sieć przewodową, a nie bezprzewodową, i jeden centralny punkt, aby założyć UPS, aby chronić je wszystkie przed zanikiem zasilania.
Criggie
5
+1 To było rozwiązanie problemu, który rozwiązał przemysł i mieli dużo pieniędzy na całej transakcji. Telcos użył 48 woltów do zasilania starych telefonów POTS, a PoE używa tego samego napięcia z tych samych powodów. Wymień bezpieczeństwo / izolację i grubość drutu.
KalleMP
1
@ IsmaelMiguel Być może powinieneś sam poradzić sobie ze zmniejszeniem do 5 V na urządzeniu IoT ... musisz już poradzić sobie z ochroną obwodu na urządzeniu, aby nie dopuścić do przepięcia lub uszkodzenia konwertera w sieci. To sprawi, że będzie ci trochę łatwiej, pod względem sieci.
SnakeDoc
9

Spadek napięcia jest zabójcą

Problem polega na tym, że spadek napięcia jest niezwykle ostry przy bardzo niskich napięciach, ponieważ prądy są z natury wyższe, a spadek napięcia jest funkcją prądów (E = IR). Jest to kwadratowa funkcja względem napięcia. Oznacza to, że dystrybucja 5 V zamiast 12 V jest gorsza o współczynnik 5,76. Jako szybki przykład dla biegu 100 m (30 m) ze spadkiem napięcia 3,6%:

5 woltów @ 12 amperów (60 W) potrzebuje 212 kcmil (4/0 AWG)
12 woltów @ 5 amperów (60 W) potrzebuje 26 kcmil (6 AWG)

Nie „bomp wah”; faktycznie wykonać obliczenia spadku napięcia

Pewnego razu spojrzałem na projekt słoneczny. Drut 15 A @ 12-19 V, 14 AWG będzie w porządku. Tyle że jechał 200 stóp (60 m). Więc dał mu guz o wielkości drutu i dodatkowy jeden lub dobry środek, wyczyść drut do 10 AWG. Oczywiście system miał całkowitą awarię i nie ładował akumulatorów zgodnie z obliczeniami. Nie mógł zrozumieć. „Bat ah uderzył waha!”

† Tłumaczenie: „Ale podniosłem (zwiększyłem) drut”

I ty też to stworzyłeś. Poddałeś mu podstępny garb na numer 10 i powiedziałeś „wystarczy. Musisz przejść do kalkulatora spadku napięcia i sprawdzić . Powinno to opierać się na faktycznym prądzie pobieranym przez obciążenia na przewodach, a nie na przerywaczu lub wartości znamionowej zasilania. Ocena długiego odgałęzienia za 20 A, gdy musi on przenosić tylko 2 A, jest marnotrawstwem.

Przeprowadziłem obliczenia nierówności, gdzie okazało się, że nie potrzebowałem nierówności.

Przestrzegaj Kodeksu ... Ale nie jest tak źle

Nadal musisz postępować zgodnie z kodami elektrycznymi podczas instalacji, która jest częścią budynku. Na szczęście kody elektryczne są bardzo rozluźnione w przypadku instalacji niskiego napięcia, a dodatkowo w przypadku instalacji <55 W.

Witryna sąsiada diy.stackexchange.com jest dobra na pytania dotyczące kodu.

12 V jest o wiele lepsze, niż powinieneś to zrobić.

Jak widać z powyższego obliczenia spadku napięcia 12/5, 12 V działa lepiej na światach. Wciąż ma to wpływ na spadek napięcia; ale są znacznie zredukowane. Tymczasem jest bardzo wszechstronny, a system można nawet rozszerzyć na system tworzenia kopii zapasowych w całym domu.

  • Oświetlenie LED 12 V ma ogromną różnorodność i jest bardziej ściemnialne i hakowalne niż oświetlenie sieciowe
  • Większość routerów internetowych i modemów może na nim działać
  • Niektóre telewizory mogą na nim działać
  • Baterie są do tego łatwo dostępne tanio lub w wielu chemikaliach
  • Większość kontrolerów ładowania słonecznego może je zasilać
  • co oznacza, że ​​w przypadku awarii zasilania masz światła i Netflix
  • Niektóre inteligentne dzwonki do drzwi mogą nawet na nim działać.
  • Że w przypadku pieca gazowego, takiego jak Empire, gazowy podgrzewacz wody i piec mogą sprawić, że dom będzie doskonale nadawał się do zamieszkania z rusztem opuszczonym lub nieobecnym

Co więcej, zmiana napięcia z 12 V na 5 V naprawdę nie stanowi problemu. Jest to prawdopodobnie najczęściej sprzedawany konwerter zasilania w dowolnym miejscu!

Harper - Przywróć Monikę
źródło
13
Czy mogę zasugerować zmianę „Bat ah bomped the wah” na cokolwiek, co naprawdę miałeś na myśli? Znalazłem go bez powodzenia, albo jego lokalny żargon, albo regionalną fonetykę dla „czegoś uderzyło drut (do następnego rozmiaru)” oznaczającego „zaokrąglić w górę do następnego, a potem jeszcze jeden krok”
Criggie
Kompromis 12 V jest dobry, ponieważ dostępnych jest tak wiele urządzeń pomocniczych, a bezpieczeństwo nie stanowi problemu.
KalleMP
Naprawiono, że @Criggie (w recenzji * 8 ')
Mark Booth
1
Podaj link do oryginalnego źródła obrazów w swojej odpowiedzi. Musimy mieć pewność, że udzielamy właściwego uznania twórcy tych zdjęć. Z drugiej strony obrazy tak naprawdę nie dodają niczego do odpowiedzi, więc jeśli chcesz uniknąć „reklamy”, możesz je po prostu usunąć.
Elliot Alderson
2
@ Criggie Sam to zatwierdziłem, dobrze zrobiony Mark Booth ...
Harper - Przywróć Monikę
0

To zależy od odległości, jak wspomniali inni. W rzeczywistości prowadziliśmy sieć RS485 z mistrzem zasilającym niewolników w odległości 20 stóp od siebie w konfiguracji gwiazdy.

Mogliśmy z łatwością pracować z 5v 3A na masterie, ponieważ slave'owie potrzebowali tylko 3,3v, którym zarządzano za pomocą prostego regulatora napięcia.

Wykorzystaliśmy tanie skręcone przewody elektryczne, aby obniżyć koszty wdrożenia w wielu lokalizacjach.

bieg
źródło