Red doméstica de 5 V

Question

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

Estoy pensando en tender una línea separada de 5 V, a través de la casa, con cable 10 AWG (para reducir la caída de tensión) y un transformador 120 V - 5 V, 20 amperios en cada planta. Añadiría algún tipo de conectores, cada un par de metros, para poder conectarme a la línea fácilmente en el futuro.

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

Estoy contemplando si sería mejor utilizar un transformador de 120 V - 12 V, con el fin de compensar cualquier caída de tensión y añadir convertidores buck / reguladores lineales en cada dispositivo, pero me gustaría ahorrar el hardware extra si es viable.

Answer 1

He utilizado con éxito la alimentación a través de Ethernet en varios dispositivos instalados en mi casa.

Las ventajas incluyen:

• Puede utilizar cualquier cableado Cat-5 existente que pueda tener
• El cableado que coloques puede reutilizarse más adelante si no se necesita.
• Existen adaptadores estándar para suministrar y recibir corriente (normalmente se venden para sistemas de CCTV).
• Puede utilizarlo para conexiones de red por cable, que suelen ser más fiables que las Wi-Fi

Utilizo PoE "pasivo" (4 cables para la red, 4 cables para CC +/-) a 24 V, con una reducción local de 5 V en el extremo receptor. El "inyector" PoE funciona con mi SAI, por lo que los aparatos siguen recibiendo energía en caso de corte de suministro.

Answer 2

1. Una red de 5 VCC puede ser "una mala idea".
2. Una red de tensión algo más alta con reguladores locales debería ser algo mejor, pero añade complejidad electrónica.
3. Una fuente de alimentación local de 5 V con un sistema de distribución de corto alcance puede ser mejor en general.

El cable de calibre 12 tiene una resistencia de ~= 1,6 ohmios por 1000 pies o por 500 "pies de bucle".
Por tanto, se obtiene una caída de 1,6 V por amperio para 500 pies de bucle o unos 3 mV por pie de bucle por amperio.

Opción 1:

Un recorrido de 5V de digamos 100 pies a 10 A caerá 3 mV x 100 x 10 = 3V.
Eso es obviamente demasiado a 5V.
Usted PUEDE decidir que 5A como máximo está bien - o que la corriente media es la mitad de la máxima si se distribuye ecenly, y una longitud máxima de 50 pies puede ser aceptable.
Sin embargo, si se hacen concesiones, se obtendrán caídas de entre 0,5 y 1,5 V.
Unas cuantas cámaras en el extremo más alejado pueden "estropearte el día".

Su red tiene que ser "tonta" y capaz de suministrar la máxima potencia a 5 VCC o inteligente y suministrar energía sólo por negociación. A 10 A, son 5 V x 10 A = 50 W y probablemente el doble para tener en cuenta las caídas, los fusibles 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. La corriente y el voltaje son inferiores a los de los circuitos de CA de la red, por lo que si se tiene tanto cuidado con la red de CC como con la de CA, puede que no haya problema, teniendo en cuenta la necesidad de interruptores capaces de manejar bien la CC a la corriente nominal (la CC es mucho más difícil que la CA).

Opción 2:

La distribución a 8VDC o más (10-12VDC mejor) (o puedes usar CA) permitirá evitar problemas de caída de tensión. Si utiliza reguladores locales lineales, perderá eficacia al aumentar la tensión de alimentación. Si 8VDC es "suficiente" está perdiendo (8-5)/8 ~= 40% de su potencia. Y mas con mas voltaje. Y usted ha añadido complejidad y coste y un sistema no estándar.

Si se utilizan convertidores locales conmutados, la eficiencia es relativamente constante con la tensión de alimentación, y las pérdidas en el cableado disminuyen al aumentar la tensión debido a que las pérdidas resistivas son proporcionales a la corriente al cuadrado. Pero los convertidores añaden complejidad y coste. POE (alimentación a través de Ethernet) es una versión de esto, y el coste por convertidor puede ser considerable para los equipos disponibles en el mercado, y en comparación con el uso de fuentes comerciales alimentadas por la red eléctrica.

Opción 3:

Una sola toma de corriente por ubicación permite utilizar una fuente de alimentación local de 5 V o un cuadro de enchufe de CA con una colección de paquetes de enchufes.
En el escritorio donde estoy escribiendo esto tengo 18 discos duros USB alimentados a 12 V en una estantería. He considerado el uso de una fuente de alimentación de 20A más 12V, cables a medida (enchufe estándar y cable desde el disco duro a un sistema de conexión) pero, hasta ahora, han triunfado las fuentes de alimentación de 18 x 12V 1A más los enchufes de red necesarios. La caída de tensión no es un problema, tengo una excelente redundancia de la fuente de alimentación, ya sea proporcionando, por ejemplo, 2 psus de 12V de repuesto o tomando prestada una fuente de un suministro menos crítico si es necesario.

Mis necesidades de alimentación "USB" a 5 V las cubren varios PC con tomas USB, además de algunos discos duros con salidas de 5 V alimentadas. Y los psus "USB" de 5V están muy disponibles, a buen precio (sobre todo porque los usados suelen ser fiables) y el conector es universal.

Y la red eléctrica de CA (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 es la más sensata.

Answer 3

La caída de tensión es el asesino

El problema es que la caída de tensión es muy agudo en muy baja tensión, debido a que las corrientes son intrínsecamente superior, y la caída de tensión es una función de las corrientes (E=IR). Es una función cuadrada en contra de voltaje. Eso significa que la distribución de 5 V en lugar de 12 V que es peor, por un factor de 5.76. Como un ejemplo rápido, para un 100' (30 m) ejecutar con el 3,6% de caída de tensión:

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

No "bomp el wah"; en realidad hacer el cálculo de caída de tensión

Una vez que me veía en un proyecto de energía solar. 15 a a 12 A 19 V, 14 AWG estaría bien. Excepto que él iba 200' (60 m). Por lo que le dio un alambre tamaño de la protuberancia, y un extra de uno o buena medida, claro hasta 10 AWG. Por supuesto, el sistema fue un completo fracaso y no recargar sus baterías como se calcula. Él no podía comprender. "Bat ah bomped el wah!"^†

^{† Traducción: "Pero he topado (aumento en el tamaño de) el alambre"}

Y armwaved que demasiado. Le dio un veloz golpe a #10, y se fue "deberías ser suficiente!" Usted realmente tiene que ir a la caída de voltaje de la calculadora y de verificación. Este debe estar basado en la corriente consumida por la carga en los cables, no disyuntor o clasificación de la fuente. La calificación de una rama larga de 20 a cuando sólo se necesita para llevar a 2 a es un desperdicio.

He hecho bump cálculos de donde resultó que no tenía la necesidad de la protuberancia.

Cumplir con el Código ... Pero no es demasiado malo

Usted todavía tiene que seguir los Códigos Eléctricos para la instalación que es parte de la construcción. Afortunadamente, los códigos eléctricos son muy relajado para instalaciones de baja tensión, y más relajado para <55 W instalaciones.

Vecino sitio diy.stackexchange.com es bueno para que el Código de las preguntas.

12 V es mucho mejor que usted debe hacerlo.

Como se vio desde el 12/5 caída de tensión de cálculo por encima, 12 V funciona muchísimo mejor. Tiene una caída de voltaje de consideraciones, todavía; pero son muy reducida. Mientras tanto, es muy versátil, y el sistema puede incluso extenderse a toda una casa sistema de copia de seguridad.

• LED de 12 V de iluminación tiene gran variedad y es más regulable y hackeable de la red de iluminación
• La mayoría de los enrutadores de Internet y los módems pueden ejecutar en ella
• Algunos Televisores pueden ejecutar en ella
• Las baterías están fácilmente disponibles para barato o en un número de productos químicos de
• La mayoría de los controladores de carga solar puede suministrar
• lo que significa que en un corte de energía, tiene luces y Netflix
• Inteligente, el timbre de la puerta puede incluso ejecutar en ella.
• Que con un gas de sólo horno, como un Imperio, calentador de agua a gas y estufa puede hacer una casa perfectamente habitables con el grid o ausente

Lo que es más, al pasar de 12 V a 5 V es realmente no es un problema. Es, posiblemente, la mayoría de los que comúnmente se venden convertidor de potencia en cualquier lugar!

Answer 4

Depende de la distancia como han mencionado otros. En realidad ejecutamos una red RS485 con un maestro de alimentación esclavos 20 pies de distancia en una configuración en estrella.

Podíamos funcionar fácilmente con 5v 3A en el maestro, ya que los esclavos sólo necesitaban 3,3v que se gestionaban con un simple regulador de voltaje.

Y utilizamos cables eléctricos trenzados baratos para reducir el coste de una implantación en varios sitios.