Bij veel projecten is het handig om de Pico van een (oplaadbare) batterij of accu te voorzien. Hierdoor wordt je Pico project heerlijk mobiel. Er zijn verschillende manieren om de Pico te voeden. Van slechts een paar AA-batterijen tot een 12V loodaccu.
In deze tutorial laat ik zien hoe je de Pico op verschillende manieren kunt voeden zonder gebruik te maken van 230V. Het hangt er net even van af voor welke toepassing je de voeding nodig hebt.
Daar gaan we!
Noodzakelijke diode
(bron: Raspberry Pi Pico datasheet – hoofdstuk 4.5. Powering Pico)
Om een batterij of secundaire stroombron veilig op Pico aan te sluiten, heeft het de voorkeur een Schottkydiode (D) toe te voegen tussen de tweede stroombron en de VSYS-pin. Hierdoor worden de twee spanningen ‘OR’, waardoor de hoogste van de externe spanning (VBUS) de VSYS van stroom kan voorzien (zie onderstaande afbeelding uit de datasheet van de Pico). Dit voorkomt dat als beide bronnen (USB voeding en batterij) aangesloten zijn, de ene stroombron de andere hindert om te leveren.
Schottky-diodes, zoals de 1N5402 (200V/3A/1.5us), de 1N5419 (500V/4.5A/250ns) en de 1N582x (40V/3A/300us?) hebben lage voorwaartse spanningsvallen (~0,525V) en snelle schakelsnelheden.
Voeding met 18650 Li-ion batterij (3,7V)
18650-batterijen zijn een veelvoorkomend type oplaadbare lithium-ion batterijen. De naam “18650” verwijst naar de afmetingen van de batterij, te weten 18mm in diameter en 65 mm in lengte. 18650-batterijen hebben voor dit project de voorkeur vanwege hun hoge energiedichtheid, lange levensduur en het vermogen om honderden laadcycli te weerstaan. 18650-batterijen hebben een nominale spanning van 3,7 volt en staan bekend om hun stabiele ontladingskarakteristieken.
De ingangsspanning op pin 39 – VSYS (hoofdsysteem ingangsspanning) van de Pico mag variëren tussen 1,8V en 5,5V. Deze spanning wordt door de onboard SMPS (switched-mode power supply) gebruikt om 3,3V te genereren om de RP2040-microcontroller en zijn GPIO’s van stroom te voorzien.
Let op! Soldeer de draden niet rechtstreeks aan de batterij, maar neem hiervoor een batterijhouder.
De TP4056-module
De TP4056 is een IC dat gebruikt wordt voor het veilig opladen van een lithium-ioncel, zoals de 18650. De laadspanning ligt rond de 4,2V en de laadstroom kan geprogrammeerd worden met een enkele externe weerstand (R3 op oudere modellen). Lastig maar het kan! Het IC zorgt ervoor dat het opladen stopt zodra een cel volledig is opgeladen. De (maximale) uitgangsstroom is standaard 1A.
De TP4056 IC is in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar in een zgn. break-out boardmodule, zoals o.a. weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Door 5V op de module aan te sluiten wordt de batterij met de (standaard) laadstroom (1A) opgeladen. De TP4056 wordt daarbij erg warm (~80-100C), dat is normaal. Indien er voor een lagere laadstroom gekozen is, zal de temperatuur lager zijn.
Let op! Ook hier geldt de draden niet rechtstreeks aan de batterij te solderen, maar hiervoor een batterijhouder te nemen.
Voeding via module
Advies bij deze opstelling is de USB aansluiting op de Pico, behalve voor de programmeerfunctie (Thonny), NIET meer te gebruiken, maar de Pico middels de TP4056-module van spanning te voorzien. De batterij zal dan tevens opgeladen worden (rode LED aan).
Als de batterij volledig geladen is (rode LED uit, blauwe LED aan), kan de USB stekker verwijderd worden. De module zal de spanningsbron omschakelen en de Pico van batterijspanning voorzien.
Als de batterij leeg begint te raken zal de rode LED oplichten. De USB-voeding zal op de module aangesloten moeten worden om de batterij te laden en de Pico te voeden.
Buffer elco toevoegen (optioneel)
Omdat het risico bestaat dat door het verwijderen van de USB stekker een ongewenste reset of vastloper ontstaat, heb ik een elco (C) in het circuit opgenomen. De waarde hiervan is minimaal 10V met een zo hoog mogelijke capaciteit. Hoe hoger de capaciteit des te beter de buffer! Ik gebruik een elco van 10V/1000uF.
Notitie: Gebleken is dat het toevoegen van de condensator geen garantie geeft dat de genoemde storing niet voorkomt. Onderzoek is in volle gang. Zodra de oplossing bekend is, wordt het hier gepubliceerd.
Bij behoefte kan er een schakelaar in het circuit tussen de diode en de module toegevoegd worden.
Buck converter
Een eenvoudige manier om de Pico van 5V spanning te voorzien is door een buck converter, ook wel step-down module, te gebruiken. Een buck converter is een schakelende regelaar die een hoge gelijkspanning efficiënt kan omzetten naar een lagere gelijkspanning. De gebruikte buck converter module in de afbeelding hieronder kan ingangsspanningen van 9-36V omzetten naar een (vaste) uitgangsspanning van 5V.
Het voordeel van bovenstaande oplossing is de enorme capaciteit die de (12V) accu kan leveren. Het nadeel van de oplossing is dat een accu een aanzienlijk gewicht en grootte kan hebben en niet met de buck converter opgeladen kan worden. Bovendien kent een (nieuwe) loodaccu een aanzienlijke prijs.
LET OP! Buck converters met een variabele uitgang
Er zijn ook buck converters zoals de LM2596 waarbij de uitgangsspanning regelbaar is. Voordat je de Pico aansluit op zo’n buck converter module, MOET je eerst de uitgangsspanning van de buck converter instellen in het bereik van 3,3V tot 5V! De LM2596 module heeft een pot(entio)meter op het board die aangepast kan worden om de gewenste uitgangsspanning te krijgen.
AA / AAA-batterij
Het gebruik van AA/AAA-batterijen is de eenvoudigste en meest kosteneffectieve manier om een draagbaar Pico-project van spanning te voorzien. Een AA- of AAA-cel heeft een nominale spanning van ~1,5V. Twee of drie van dergelijke cellen die in serie zijn geschakeld in een batterijpakket, kunnen de Pico van spanning voorzien. Er zullen dan drie AA-cellen in serie geschakeld moeten worden om een spanning van ~4,5V (1,5V×3) te krijgen.
Het onderstaande schema toont een 3-cellige AA-batterijhouder. De uitgangsdraden van de batterijhouder zijn verbonden met de VSYS-pin van Pico via een diode. Het is handig om een schakelaar aan te brengen. Je hebt vast nog wel ergens een houder van de kerstverlichting liggen, die zijn vaak van een schakelaar voorzien.
Dit is de eenvoudigste en goedkoopste manier om de Pico-projecten draagbaar te maken. Net als de eerdere voorbeelden kun je hier een Schottkydiode gebruiken, maar omdat de batterijen niet oplaadbaar zijn, voldoet een standaard diode zoals de 1N4148 prima.
Powerbank
Tot slot de 5V powerbank. Mijns inziens ligt deze vorm van mobiele (5V) voeding via de USB erg voor de hand. Het is ook de meest eenvoudige. Kabel tussen powerbank en Pico aansluiten…. klaar! Je creëert er een mooie mobiele oplossing mee en dat werkt prima in combinatie met een main.py script dat autonoom zijn ding kan doen.
Gebruik maken van de interne RTC
Maar als het main.py-script de actuele datum en tijd nodig heeft en je wilt gebruik maken van de interne RTC van de rp20240, dan kan je geen gebruik maken van de USB stekker en zal de voeding (powerbank) via VSYS aangeboden moeten worden omdat de actuele tijd en datum via Thonny ingelezen moet worden. En daar heb je de USB stekker voor nodig om met je pc te verbinden.
Gebruik maken van een externe RTC
Wil je per se de powerbank aan de USB poort van de Pico aansluiten EN heb je de actuele datum en tijd nodig? Dan zul je een losse RTC-module (inc. oplaadbare batterij) met je Pico moeten verbinden.
Conclusie
Ik heb met deze tutorial laten zien op welke alternatieve manieren je de Pico kunt voeden. Ik heb hierbij rekening gehouden om van de interne RTC gebruik te kunnen maken om de actuele tijd en datum ervan uit te kunnen lezen. Om de interne RTC hiervan te voorzien is het initieel nodig om de Pico met Thonny op je pc of een Raspberry Pi te verbinden.
Have A Nice Day!
Laat een reactie achter