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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mikrocontrollerschaltung für Akkubetrieb


Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hallo,
ich möchte ein kleines Gerät bauen, welches für Akkubetrieb geeignet 
ist.
Es soll darin ein kleiner ARM7, sowie ein 3 x 16 LCD und ein paar Tasten 
verbaut werden, das ganze gerne nicht grösser als ein handelsüblicher 
PDA (so im Palm-Format, maximal).
Dazu habe ich jetzt einige fragen:

1. Der Akku soll im Gerät verbleiben, er wird über eine externe Buchse 
gelasen. Frage: wo finde ich einen passenden Akku, der auch ca. 100 mA 
über eine längere Zeitdauer liefert? Wie sieht es mit der Ladeschaltung 
aus? Akkus zu laden, ist ja angeblich nicht so einfach (zumindes 
Li-Akkus).
Ich habe keinerlei Erfahrungen damit, deshalb die Frage.

2. Der Mikrocontroller sowie das Display benötigen 3.3 Volt. Wenn ich 
jetzt einen 3.3 Volt Akku nehme, dann hat der, wenn er voll geladen ist, 
vielleicht 3.6 Volt. Wenn er sich dann langsam entlädt, fällt die 
Spannung vielleicht unter 3.3 Volt. Richtig?
Wie sieht denn der Spannungsregler aus, der dafür sorgt, dass ich meine 
konstanten 3.3 Volt für den Rechner habe? Muss wohl ein Schaltregler 
sein, da das Gerät mit einer Akkuladung möglichst lange 'leben' soll.
Brauche ich üeberhaupt einen Spannungsregler? Rein von meinem 
Bauchgefühl her ist es nicht klug, den Rechner direkt am Akku zu 
betreiben...

Für ein paar Tipps wäre ich dankbar.

Grüsse
      Tobias

Autor: gast (Gast)
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1. Was heisr denn bei dir über einen längeren Zeitraum ???
Es kommt auf die A/h an. Nehm doch einfach NiCd Akkus. Sind
auch einfacher zu laden.
2. Ein µC hat einen gewissen Spanungsbereich, wo er noch einwandfrei
funktioniert. Darunter schaltet er dann ab. Steht aber im Datenblatt.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@gast
> Was heisr denn bei dir über einen längeren Zeitraum ???

Wenn das Gerät einen Tag läuft, bin ich zufrieden. Noch besser wäre es 
aber, wenn ich das Gerät mehrere Tage benutzen kann, ohne den Akku 
nachladen zu müssen. Wobei es aber immer nur wenige Stunden in Betrieb 
sein wird.

Autor: gast (Gast)
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Bei einem Akku von 3000mA sind das schon mal 30 Stunden, bei
einer entnahme von 100mA. Das dürfte ja wohl reichen.

Autor: Alexander O. (Gast)
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Was Lithium-Akkus betrifft, solltest du vorsichtig sein und musst auf 
jeden Fall eine Ladeelektronik verwenden. Dazu gibts aber recht günstige 
ICs (z.B. MAX1811 für 5 Volt Eingangsspannung), die den Ladevorgang 
einer einzelnen Lithium-Zelle übernehmen.

Im geladenen Zustand hat eine solche Zelle eine Spannung von 4,2 Volt, 
die nicht überstiegen werden darf. Weiters muss ein Lithium-Akku vor 
tiefentladung geschützt werden und sollte nicht unter 3,6 Volt oder so, 
entladen werden.
Wenn die zulässigen Spannungen über- oder unterschritten werden, kann 
der Akku recht schnell den Geist aufgeben oder gar explodieren. Mir hats 
mal ne Zelle aufgrund von Tiefentladung aufgebläht, ist nicht grad 
angenehm.

Was die Betriebsdauer betrifft, hängt das davon ab, wieviel Platz du für 
den Akku zur Verfügung hast. Recht kompakte Akkus sind z.B. die des 
iPod-Nano der 3. Generation. Die sind ca. 35x35x2 mm groß bei einer 
recht großen Kapazität (bis 1000 mA, laut eBay). Die gibts auch recht 
günstig auf eBay um 20 Euro. Ich vermute jedoch, dass du deinen 
Stromverbrauch reduzieren musst, um das Gerät mindestens einen Tag lang 
aktiv halten zu können.
Wobei das wie beim Handy sein wird, dass du mit aktivierter 
Hintergrundbeleuchtung, wenn das Display eine hat, natürlich eine viel 
geringere Betriebsdauer hast.

Ich hoffe, ich konnte dir etwas weiter helfen,
lg Alex

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Alexander,
Wenn ich einen Li-Akku einsetze, brauche ich da ausser der Ladeschaltung 
noch irgendwas zu beachten?

Du sagst ja: geladen hat der Akku ca. 4.2 V, und entladen hat er 3.6.
Da mein Mikrocontroller, und auch das Display, maximal 3.6 V ertragen 
können, muss da also noch ein Regler hin. Kennst du grade einen 
geeigneten, gut erhältlichen Schaltregler? Oder geht das mit einem 
'normalen' LM2594 oder so von National? Solche habe ich nämlich 
Stangenweise hier...


Gruss
  Tobias

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Normaler Spannungsregler geht, wenn es ein LowDrop-Regler ist, der mit 
weniger als einem halben Volt Differenzspannung auskommt. Zudem könnte 
man CPU & LCD auch mit glatt 3 Volt laufen lassen, meist muß dazu beim 
LCD nur die Kontrasteinstellung korrigiert werden. Mit 0.6 V Differenz 
kommt sogut wie jeder LowDrop-Regler klar. Aber Datenblatt des Reglers 
studieren, speziell den Eintrag 'Quiescent Current'. Manche Regler 
genehmigen sich so einiges für sich selbst, mitunter bis zu 50mA. Der 
LP2950 braucht z.B. nur 75µA und kann 100mA maximal liefern. Und 
natürlich die Unterspannungsabschaltung nicht vergessen, den schaltenden 
Transistor natürlich zwischen Akku und Spannungsregler setzen.

Gruß
Jadeclaw

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@Jadeclaw
Au ja, an diese Unterspannungsabschaltung habe ich noch gar nicht 
gedacht....
Wie könnte man die realisieren? Schön wäre es natürlich schon, denn dann 
könnte sich der uC auch selber den Saft abdrehen. Praktisch wäre das 
insofern, dass man das Gerät mit einem Taster und nicht mit einem 
Schalter ein- und ausschalten kann....

Autor: Alexander O. (Gast)
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Hi Tobias,

Eigentlich ist mit der Ladeschaltung alles erledigt, was du beachten 
musst.
Anbei ein Bild, das die Anschlussbelegung eines MAX1811 darstellt, die 
LED kannst natürlich weglassen. Weiters is bei dem angenehm, dass man 
ihn deaktivieren kann, wenn man nicht lädt und wiederum Strom spart.

Was die Tiefentladung betrifft, würde ich das per Software lösen, indem 
z.B. das Display keine Versorgung mehr bekommt und der Controller in nen 
Sleep-Modus wechselt oder so. Das Gerät also inaktiv ist, bis es wieder 
geladen wird.

Bezüglich Schaltregler hab ich mir den von dir und ein paar weitere 
angesehen, die benötigen aber meistens eine Eingangsspannung von 
mindestens 4 Volt. Von 4.2-4.0 V Akku-Spannung funktionieren die halt 
garantiert, aber wie es darunter aussieht, müsste man ausprobieren. Da 
die Spannungsdifferenz von 3.6 auf 3.3 dann aber schon etwas gering 
wird, würde ich davon abraten.

Der LP2981 von National jedoch, würde sich recht gut eignen, da der 
gerade mal eine Dropout-Spannung von 0.2 V hat, also mindestens 3.5 V 
als Eingangsspannung benötigt, um die 3.3 V zu liefern. Der schafft 
jedoch maximal 100 mA, aber wenn du die nicht überschreitest, ist das 
kein Problem. Ich bin mir jetzt nur nicht sicher, ob es den auch in ner 
anderen Bauform als SOT-23 gibt. Die ist zwar etwas unangenehm zum 
Löten, ist aber schaffbar.

Lg
  Alex

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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@Tobias:
Eine einfache Variante ist ein P-Kanal-Leistungs-MosFET, dessen Gate von 
einem N-Kanal-MosFET auf Masse gezogen wird. Als P-Kanal-FET bietet sich 
z.B. der IRF7416 an. Dessen Source kommt an den Akku, dessen Drain an 
den Verbraucher, zudem 470kOhm zwischen Gate und Source. Vom Gate des 
7416 100kOhm an den Drain eines N-Kanal-FET, z.B. BS170, Source des 
BS170 auf Masse, Gate des BS170 über 10kOhm an einen Prozessor-Portpin. 
Vom Gate des BS170 470kOhm nach Masse schalten, damit das Gate bei 
abgeschaltetem Controller nicht durch elektrostatische Ladungen 
hochläuft.
Zum Einschalten Drain und Source des BS170 mit einem Taster überbrücken,
der Controller müßte dann die Spannung prüfen und bei ausreichender 
Spannung den Portpin auf High ziehen, sodaß nach dem Loslassen der Strom 
bleibt.

Das jetzt mal frei nach Schnauze aus dem Kopf heraus, ob es exakt mit 
diesen Transistortypen geht, müßte ich erstmal auf dem Steckbrett 
probieren, eine ähnliche Schaltungstechnik ist bei mir als 
Tiefentladeschutz für Blei-Gel-Akkus in Betrieb.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hallo Leute,
sry dass  ich erst jetzt wieder antworte, aber es sind noch ein paar 
Fragen aufgetaucht.
Im DB des MAX1811 heisst es, dass dieser ein Single Cell LI+ Laderegler 
ist.

Frage: kann ich damit diesen Akku -> 
https://www.distrelec.ch/ishopWebFront/search/luce...

laden? Die Angaben dazu sind leider etwas dürftig; aber der Akku wäre 
ideal.
Bisschen teuer, aber dafür schön klein. Ich hätte hier zwar noch den 
Akku meines alten PDAs, ist wohl ein LiIon, aber leider findet man dazu 
keine Angaben, weil kein Hersteller drauf steht oder ne Typennummeer 
oder so (Nur ein Aufkleber mit 20-00598-02A-EM und 0405-012968).

Gruss

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