Red doméstica de 5 V

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Estoy planeando agregar múltiples dispositivos IoT en mi casa, y estoy buscando una solución elegante para alimentarlos a todos. Todos necesitarán 5 V, una pequeña cantidad de ellos (cámaras) consumiría hasta 2 amperios, mientras que la mayoría de ellos consumiría menos de 500 mA.

Estoy pensando en pasar una línea de 5 V separada, a través de la casa, con un cable de 10 AWG (para reducir la caída de voltaje) y un transformador de 120 V - 5 V, 20 amperios en cada piso. Agregaría algún tipo de conectores, cada uno de un par de pies, para poder conectarme a la línea fácilmente en el futuro.

El objetivo principal de todo eso es mantener mis enchufes eléctricos libres, guardar todos los transformadores individuales que necesitaré y permitirme extender mi red IoT en el futuro, sin usar tomas adicionales / cables colgantes innecesarios. ¿Es una solución viable o hay una forma más eficiente de lograr mi objetivo?

Estoy considerando si sería mejor usar un transformador de 120 V - 12 V, para compensar cualquier caída de voltaje y agregar convertidores reductores / reguladores lineales en cada dispositivo, pero me gustaría guardar el hardware adicional si es viable.

Velimir Tchatchevsky
fuente
¿Alguno de estos dispositivos IOT es lo suficientemente pequeño como para que una batería local los haga funcionar durante 6 meses? Entiendo que los dispositivos zigbee pueden funcionar durante un año en un CR2032.
Criggie
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En estos días puedo comprar placas frontales con salidas USB 5V integradas. Otra opción que debe considerar es el poder sobre Ethernet (PoE)
pjc50
Como todos estos dispositivos están conectados a la red, la alimentación a través de Ethernet (PoE) es la solución más sensata. Sí, tendrá que usar adaptadores para reducir el voltaje en cada dispositivo, pero el hecho es que no evitará necesitar un voltaje de distribución superior a 5v. Además, la mayoría de los equipos profesionales desplegados de esta manera tienen fuentes de alimentación PoE incorporadas. Y parece que las fuentes de alimentación PoE => 5v independientes son relativamente fáciles de obtener.
Roy Tinker

Respuestas:

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  1. Una red de 5VDC puede ser "una mala idea".
  2. Una red de voltaje algo mayor con reguladores locales debería ser un poco mejor, pero agrega complejidad electrónica.
  3. Las fuentes de alimentación locales de 5 V con un sistema de distribución de corto alcance pueden mejorar en general.

El cable de calibre 12 tiene una resistencia de ~ = 1.6 ohmios por 1000 pies o por 500 "pies de bucle".
Por lo tanto, obtiene una caída de 1.6V por amp para 500 pies por bucle o aproximadamente 3 mV por pie de bucle por amplificador.

Opción 1:

Una carrera de 5V de, digamos, 100 pies a 10 A caerá 3 mV x 100 x 10 = 3V.
Obviamente, eso es demasiado a 5V.
PUEDE deducir que 5A máx. Está bien, o que la corriente media es la mitad de la máxima si está distribuida correctamente, y una longitud máxima de 50 pies puede ser aceptable.
Pero hacer compromisos aún le dará caídas en el rango de 0.5 - 1.5 V.
Algunas cámaras en el otro extremo pueden "estropear tu día".

Su red debe ser "tonta" y capaz de suministrar energía máxima a 5 VCC o inteligente y solo suministrar energía mediante negociación. A 10 A, 5 V x 10 A = 50 W y probablemente el doble para permitir la caída y la fusión y ... 50 - 100W es suficiente para iniciar un incendio con un poco de ingenio. Murphy tiene mucho ingenio. No es fatalmente defectuoso, pero se necesita cuidado. Esta es una corriente más baja y un voltaje más bajo que el que proporcionan los circuitos de CA de la red eléctrica, por lo que si tiene tanto cuidado con su red de CC como su red de CA, puede estar bien, teniendo en cuenta la necesidad de interruptores capaces de manejar bien la CC a la corriente nominal (DC es sustancialmente más difícil que AC).

Opcion 2:

La distribución de, digamos, 8VDC o más (10-12VDC mejor) (o puede usar AC) permitirá liberarse de problemas de caída de voltaje. Si utiliza reguladores locales lineales, pierde eficiencia al aumentar el voltaje de alimentación. Si 8VDC es "suficiente", está perdiendo (8-5) / 8 ~ = 40% de su potencia. Y más de nuevo con más voltaje. Y ha agregado complejidad y costo y un sistema no estándar.

Si usa convertidores locales de modo de conmutación, la eficiencia es relativamente constante con el voltaje de alimentación, y las pérdidas de cableado disminuyen a medida que el voltaje aumenta debido a que las pérdidas resistivas son proporcionales a la corriente al cuadrado. Pero los convertidores agregan complejidad y costo. POE (alimentación a través de Ethernet) es una versión de esto, y el costo por convertidor puede ser considerable para el equipo comercial, y en comparación con el uso de suministros comerciales alimentados por la red.

Opcion 3:

Una sola toma de corriente por ubicación le permite operar una fuente de alimentación local de 5v o una clavija de corriente alterna con una colección de paquetes de enchufes.
En el escritorio donde estoy escribiendo esto, tengo 18 discos duros USB de 12 V en un estante. He considerado el uso de un suministro de 20A más 12V, cables personalizados (conector estándar y cable de HDD a un sistema de conexión) pero, hasta ahora, los paquetes de alimentación de 18 x 12V 1A más los enchufes de red necesarios han ganado. La caída de voltaje no es un problema, tengo una excelente redundancia de la fuente de alimentación, ya sea al proporcionar 2 psus de 12V de repuesto o al tomar prestada una fuente de una fuente menos crítica si es necesario.

Las diversas PC con tomas USB satisfacen mis necesidades de suministro "USB" de 5V, además de algunos de los HDD tienen salidas de 5V. Y los psus "USB" de 5V están muy disponibles, a buen precio (especialmente porque los usados ​​son generalmente confiables) y el conector es universal.

Y la corriente alterna (230 V 50 Hz en mi caso) está disponible en toda la casa, o en cualquier hogar o negocio que visite.

Para mí, y probablemente para ti, la opción 3 tiene más sentido.

Russell McMahon
fuente
¿Cuáles son los inconvenientes de usar un transformador de 12 V (con protecciones estándar) en comparación con el uso de una fuente de alimentación dedicada en cada dispositivo
Velimir Tchatchevsky
2
El transformador @VelimirTchatchevsky de 12 V, o más probablemente una fuente de alimentación de 12 V CC, es casi tan bueno como el suministro de suministros por separado, pero necesita enchufes y cables de CC adecuados para cada dispositivo (tal vez todos los enchufes de 2,5 mm). Hay un poco más de protección contra la recuperación de fallas. Cortar un suministro de 12V 10A PUEDE ser más emocionante que acortar un suministro de 12V 1A.
Russell McMahon
@VelimirTchatchevsky Edité mi Opción 2 para que sea más general, pero mis conclusiones son muy parecidas. PUEDO cambiar mis muchos paquetes de 12V HDD a unos pocos suministros de 12V más grandes, pero probablemente no.
Russell McMahon
Tengo una red doméstica de 24 V CC que funciona bien (usando un cable de 4 mm ^ 2 / AWG11 entre pisos). Los convertidores DC-DC locales simples (y baratos) para 12V y 5V donde sea necesario funcionan muy bien. Las fuentes de alimentación de 24 V CC (p. Ej., Para el riel DIN) están disponibles en eBay (p. Ej., Phoenix Contact usado de la industria de la automatización) y funcionan a la perfección las 24 horas, los 7 días de la semana.
Ned64
@ Ned64 Sí. Si puede y está dispuesto a buscar el equipo adecuado, puede funcionar para usted. Por interés, ¿puede proporcionar un enlace a los convertidores que menciona? La comparación de precios con la red eléctrica a 12V y 5V sería interesante. En el caso de mis 20 o más unidades de disco duro USB que requieren 12 V a aproximadamente 1 A (presumiblemente en promedio mucho más bajo) sería interesante ver cómo se comparan los costos. La mayoría de los equipos de consumo vienen con un suministro de red adecuado (que es difícil de superar en costo :-)) pero la comparación a precios minoristas sería interesante. El | Mi red eléctrica funciona bien aproximadamente 8763/8765 de las veces - YMMV.
Russell McMahon
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He utilizado power-over-ethernet con éxito en varios dispositivos implementados en mi casa.

Las ventajas incluyen:

  • Puede usar cualquier cableado Cat-5 existente que pueda tener
  • Cualquier cableado que coloque puede reutilizarse más adelante si no es necesario.
  • Los adaptadores listos para usar para suministrar y recibir energía están fácilmente disponibles (generalmente se venden para sistemas de CCTV).
  • Puede usarlo para conexiones de red cableadas, que generalmente son más confiables que Wi-Fi

Estoy usando PoE "pasivo" (4 cables para red, 4 cables para CC +/-) a 24V, con reducción local de 5V en el extremo receptor. El 'inyector' de PoE funciona con mi UPS, por lo que los dispositivos permanecen alimentados durante un corte de energía.

Ian H
fuente
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Encuentro esta respuesta mucho más útil que la otra. El OP no es específico sobre qué dispositivos "IoT" está usando, pero muchos de estos dispositivos están preparados para PoE. Entonces PoE es la solución perfecta para ellos. Para otros dispositivos, si requieren una potencia de 5v, no importa qué diseño de suministro de energía se use, porque en cualquier caso querrá usar un voltaje superior a 5v, por lo que deberá reducir el voltaje a El dispositivo de todos modos. Una vez más, también podría hacer esto con el hardware compatible con PoE existente en lugar de intentar implementarse
Peter Duniho
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@ PeterDuniho Escribí "la otra respuesta". Ninguna solución les conviene a todos. PoE es esencialmente una versión de una de mis 3 opciones y es lo suficientemente bueno si el costo no es un gran objeto. Convirtiendo la salida a varios requisitos de forma remota, ya sea el costo de adss de equipos adicionales o PoE con esa capacidad, por ejemplo, cargador USB, 12V para unidad de disco externa (de los cuales tengo muchos), +/- DC o AC para algunos equipos de comunicaciones, ... . || El OP preguntó específicamente sobre las cargas de 5V. Mi respuesta y esta respuesta se desviaron hacia cargas más generales. PoE tiene la ventaja de una copia de seguridad de falla de red, pero luego necesita un UPS.
Russell McMahon
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Esta es la respuesta: he ejecutado todo tipo de cosas desde POE, ya sea de forma nativa como teléfonos, cámaras, AP o utilizando un divisor en el extremo del dispositivo. Algo como adafruit.com/product/3785 funciona muy bien para una Raspberry Pi pre-POE, y tienen variantes que producen 5V o 12V. Además, tiene una red cableada confiable, no inalámbrica, y un punto central para instalar un UPS para protegerlos a todos de un corte de energía.
Criggie
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+1 Esta fue la solución al problema que resolvió la industria y tenían MUCHO dinero en todo el negocio. Las empresas de telecomunicaciones utilizaron 48 voltios para alimentar los viejos teléfonos POTS y PoE está utilizando el mismo tipo de voltajes por el mismo tipo de razones. Compensación entre seguridad / aislamiento y calibre de cable.
KalleMP
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@IsmaelMiguel Quizás debería manejar el paso a 5v en el dispositivo IoT ... ya necesita manejar la protección del circuito en el dispositivo, para evitar que una sobretensión o algún convertidor defectuoso en la red los elimine a todos. Esto haría las cosas un poco más simples para usted, en cuanto a la red.
SnakeDoc
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La caída de voltaje es el asesino

El problema es que la caída de voltaje es extremadamente aguda a voltajes muy bajos, porque las corrientes son inherentemente más altas, y la caída de voltaje es una función de las corrientes (E = IR). Es una función cuadrada contra el voltaje. Eso significa que distribuir 5 V en lugar de 12 V es peor por un factor de 5,76. Como ejemplo rápido, para una carrera de 100 '(30 m) con una caída de voltaje del 3.6%:

5 voltios a 12 amperios (60 W) necesita 212 kcmil (4/0 AWG)
12 voltios a 5 amperios (60 W) necesita 26 kcmil (6 AWG)

No "bombardees el wah"; en realidad hacer el cálculo de caída de voltaje

Una vez miré un proyecto solar. El cable de 15 A a 12-19 V, 14 AWG estaría bien. Excepto que iba a 200 '(60 m). Entonces le dio una protuberancia del tamaño del cable, y una medida adicional o buena medida, despejó hasta 10 AWG. Por supuesto, el sistema fue un completo fracaso y no recargó sus baterías según lo calculado. No pudo entenderlo. "Bat ah bombeó el wah!"

† Traducción: "Pero me subí (aumentó el tamaño de) el cable"

Y tú también agitaste eso. Le diste un golpe superficial al # 10 y dijiste "¡debería ser suficiente!" En realidad, debe ingresar a la calculadora de caída de voltaje y verificar . Esto debe basarse en la corriente real consumida por las cargas en los cables, no en el interruptor o la clasificación de suministro. Clasificar una rama larga para 20 A cuando solo necesita transportar 2 A es un desperdicio.

He hecho cálculos de golpes donde resultó que no los necesitaba.

Cumplir con el código ... pero no está tan mal

Aún debe seguir los códigos eléctricos para la instalación que forma parte del edificio. Afortunadamente, los códigos eléctricos son muy relajados para instalaciones de bajo voltaje, y más relajados para instalaciones de <55 W.

El sitio vecino diy.stackexchange.com es bueno para preguntas sobre el Código.

12 V es mucho mejor que deberías hacerlo.

Como viste en el cálculo de caída de voltaje de 12/5 anterior, 12 V funciona mucho mejor. Tiene consideraciones de caída de voltaje, todavía; pero están muy reducidos. Mientras tanto, es muy versátil, y el sistema puede incluso extenderse para ser un sistema de respaldo para toda la casa.

  • La iluminación LED de 12 V tiene una gran variedad y es más regulable y pirateable que la iluminación de red
  • La mayoría de los enrutadores y módems de Internet pueden ejecutarse en él
  • Algunos televisores pueden funcionar con él
  • Las baterías están disponibles por un precio económico o en una variedad de productos químicos.
  • La mayoría de los controladores de carga solar pueden suministrarlo
  • lo que significa que en un corte de energía, tienes luces y Netflix
  • Incluso pueden tocar algunos timbres inteligentes.
  • Que con un horno de gas como un Empire, el calentador de agua a gas y la estufa pueden hacer que una casa sea perfectamente habitable con la rejilla baja o ausente

Además, pasar de 12 V a 5 V realmente no es un problema. ¡Es posiblemente el convertidor de potencia más vendido en cualquier lugar!

Harper - Restablece a Monica
fuente
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¿Puedo sugerir cambiar "Bat ah bomped the wah" a lo que realmente quisiste decir? Lo busqué en Google sin suerte, ya sea su jerga localizada o fonética regional para "algo golpear el cable (al siguiente tamaño)" que significa "redondear al siguiente y luego un paso más"
Criggie
El compromiso de 12 V es bueno, ya que hay tantos equipos de soporte disponibles gratuitamente y la seguridad no es un problema.
KalleMP
Se corrigió que @Criggie (En revisión * 8 ')
Mark Booth
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Proporcione un enlace a la fuente original de las imágenes en su respuesta. Necesitamos asegurarnos de darle el crédito adecuado al creador de esas fotos. Por otro lado, las imágenes realmente no agregan nada a la respuesta, por lo que si desea evitar la "publicidad", simplemente puede eliminarlas.
Elliot Alderson
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@Criggie Lo aprobé yo mismo, bien hecho Mark Booth ...
Harper - Restablece a Monica el
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Depende de la distancia como otros mencionaron. De hecho, ejecutamos una red RS485 con un maestro alimentando esclavos a 20 pies de distancia en una configuración en estrella.

Podríamos ejecutar fácilmente con un 5v 3A en el maestro, ya que los esclavos necesitaban solo 3.3v que se manejaba usando un regulador de voltaje simple.

Y utilizamos cables eléctricos retorcidos baratos para reducir el costo de una implementación en varios sitios.

arun
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