Перейти к содержанию

Как рассчитать ток нагрузки для блока питания?

Обновлено Редакция GAW

Ток нагрузки — это сумма токов всех потребителей, подключённых к одной шине, и считать его нужно для каждой шины отдельно, потому что стабилизатор между шинами меняет ток. Формула для шины из AN761 Microchip:

Iвх=∑Iнагр+IGNDI_\text{вх} = \sum I_\text{нагр} + I_\text{GND}

где IGND — собственный ток стабилизатора. Удобнее всего вести расчёт в таблице, как это делает калькулятор бюджета питания.

Пример: ESP32 и два сервопривода

Потребители по даташитам: модуль ESP32 на шине 3,3 В через линейный стабилизатор от 5 В, два HS-422 прямо на 5 В. Наш расчёт:

ПотребительШинаСредний токПиковый ток
ESP32, Wi-Fi активен3,3 В95–100 мА (приём)240 мА (передача 802.11b); Espressif рекомендует источник на 500 мА
ESP32, Modem-sleep3,3 В20–68 мА—
HS-422 × 25 В2 × 150 мА = 300 мА (вращение без нагрузки)2 × 800 мА = 1,6 А (упор)
Стабилизатор 3,3 В, IGND5 В≈ 0,13 мА—
Итого на входе 5 В≈ 0,4 А0,5 + 1,6 = 2,1 А

Пики складывают полностью: передача Wi-Fi и упор двух сервоприводов могут совпасть. Блок питания 5 В выбирают на ток не меньше 2,1 А с запасом — мы закладываем 20–30 % на старение, нагрев и неучтённые потребители (наш выбор, не норма производителя), то есть 2,5–3 А. Почему блок питания с током больше необходимого не опасен, разобрано в ответе «Можно ли подключить блок питания с большим током?».

Что ещё учесть

  • Пусковой ток. Двигатели, лампы накаливания и большие конденсаторы в момент включения берут в разы больше номинала — см. пусковой ток; блок питания с защитой по току может от него не стартовать.
  • Потери стабилизатора. У линейного стабилизатора входной ток равен выходному, а мощность (VIN − VOUT)·I уходит в тепло: 5 В → 3,3 В при 0,5 А — это 0,85 Вт (наш расчёт). Импульсный понижающий преобразователь берёт от входа меньше, чем отдаёт; сравнение считает калькулятор LDO или DC-DC.
  • Режимы сна. ESP32 в Deep-sleep потребляет 10 мкА — для батарейного устройства средний ток определяет доля времени с включённым радио, а не пик.

Для светодиодной ленты ток считают по мощности на метр — отдельный ответ: «Как рассчитать блок питания для светодиодной ленты?». Характеристики самого ESP32 — на странице ESP32.

Похожие вопросы

Считать по средним или по пиковым токам?

По пиковым выбирают блок питания и сечение проводов: ESP32 в момент передачи Wi-Fi берёт 240 мА, а сервопривод при упоре в препятствие — 800 мА вместо 150 мА. По средним считают нагрев стабилизатора и время работы от батареи: тот же ESP32 в Modem-sleep потребляет 20–68 мА, в Deep-sleep — 10 мкА.

Нужно ли добавлять ток самого стабилизатора?

Да: по Microchip входной ток линейного стабилизатора равен току нагрузки плюс собственный ток IGND, у TC1264 из примера — 130 мкА. У линейного стабилизатора ток входа почти равен току выхода, у импульсного понижающего входной ток меньше выходного примерно во столько раз, во сколько ниже выходное напряжение.

Что будет, если блок питания слабее суммы пиков?

Напряжение будет проседать в моменты пиков: у ESP32 это перезагрузки при включении радио, у сервоприводов — дрожание. Блок питания с током больше нужного не вредит — ток берёт нагрузка, а не источник; подробно об этом в ответе о блоке питания с большим током.

Источники

  1. Espressif. ESP32 Series Datasheet, Version 5.3 — раздел 2.5, Notes on power supply: при однополярном питании рекомендуется 3,3 В с выходным током 500 мА и больше; Table 4-2: Modem-sleep 20–68 мА (в зависимости от частоты и числа ядер), Light-sleep 0,8 мА, Deep-sleep 10 мкА (RTC-таймер и память), Hibernation 5 мкА; Table 5-4: передача 802.11b при +19,5 дБм — 240 мА, 802.11g — 190 мА, 802.11n — 180 мА, приём — 95–100 мА
  2. Hitec RCD. HS-422 Deluxe Standard Servo — страница изделия — напряжение 4,8–6,0 В; ток покоя 8 мА, ток вращения без нагрузки 150 мА, ток при остановленном вале (stall) 800 мА
  3. Microchip. AN761: LDO Thermal Considerations (DS00761B) — Equation 1–3: PIN = POUT + PLDO, PD = (VIN − VOUT)·ILOAD + VIN·IGND, для расчёта берут максимальные VIN, ILOAD, IGND и минимальное VOUT; Example 1: 5 В ±5 % → 3,0 В при 0,7 А и IGND 130 мкА даёт 1,62 Вт; Figure 1 и Figure 5: IIN = IOUT + IGND
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также