Zasilanie Raspberry Pi z linii 24 V AC od nawadniania

Stacja pogodowa w ogrodzie działa na Raspberry Pi (szacowałem pobór na ok. 15 W). Jedyne zasilanie na miejscu to przewód 24 V AC do elektrozaworów zraszaczy, wychodzący z klasycznego transformatora toroidalnego. Trzeba było z tego zrobić stabilne 5 V DC.

Problem: 35 V po wyprostowaniu

24 V to wartość skuteczna. Po wyprostowaniu kondensator filtrujący ładuje się do wartości szczytowej, czyli ok. 24 × 1,41 ≈ 34 V – zmierzyłem ok. 35 V. Do tego dochodzą wahania napięcia w sieci, a nieobciążony transformator daje więcej niż nominalnie. Popularne moduły step-down mają tymczasem limit wejścia 36–40 V, więc pracowałyby na samej granicy.

Co nie zadziałało

Moduł na LM2596 (wejście 6–40 V, „3 A”) – Raspberry Pi pokazywało ikonę błyskawicy, czyli spadek napięcia poniżej ok. 4,63 V.
XH-M249 (wejście 9–36 V, wyjście 5 V 6 A) – błyskawica pojawiała się rzadziej, ale przetwornica co jakiś czas się wyłączała, a w końcu padła. Przy 35 V na wejściu nie miała żadnego zapasu.

Prawdziwa przyczyna błyskawicy: kabel

Na wyjściu przetwornicy było ok. 5,1 V, a Pi i tak zgłaszało za niskie napięcie. Oznaczało to ponad 0,5 V straty na 90-centymetrowym kablu USB. Kiedy podałem 5 V bezpośrednio na piny zasilania złącza GPIO, problem zniknął.

Uwaga: zasilanie przez piny GPIO omija zabezpieczenia wejścia zasilania Raspberry Pi, więc źródło musi być stabilne i dobrze zabezpieczone.

Rozważane opcje

LM2596HVS – wysokonapięciowa wersja LM2596 (moduły opisywane jako 4,5–53 V, 3 A), za kilka złotych. Ryzyko: podróbki, w których awaria tranzystora kluczującego może przepuścić napięcie wejściowe na wyjście. Przy ciągłych 2–3 A sam LM2596 mocno się grzeje.
XL4016 – wejście do 40 V, większy prąd.
Przetwornice MeanWell z szerokim zakresem wejścia – solidne, ale kilkukrotnie droższe.
Autotransformator z transformatora z dzielonym uzwojeniem wtórnym – obniża napięcie przed przetwornicą, ale na nieużywanym uzwojeniu pierwotnym pojawia się ok. 230 V.
Transformator 24/230 V i zwykły zasilacz wtyczkowy – odrzuciłem: niebezpieczne 230 V w skrzynce niskonapięciowej oraz ok. 80 zł plus gniazdo i puszka.
Zbijanie napięcia diodami lub rezystorem – czysta strata na ciepło. Przy kilku amperach to dziesiątki watów, żeby dostarczyć 15.
Panel słoneczny z akumulatorem – stacja ma działać w nocy i zimą, więc panel musiałby mieć 40–50 W.

Co wybrałem

Ostatecznie postawiłem na moduł z LM2596HVS – ma wystarczający zapas napięcia wejściowego. Warto do niego dołożyć zabezpieczenie na wypadek przebicia: bezpiecznik przed przetwornicą i diodę Zenera lub transil tuż nad 5 V na wyjściu, żeby przy awarii spalił się bezpiecznik, a nie Raspberry Pi.

Źródło: mój wątek na elektroda.pl – Jak zmniejszyć napięcie z 24VAC do 5VDC dla stacji pogody? (luty 2020; zob. też wątek o przetwornicach z października 2019).