Hallo, ich möchte versuchen meinen Mikrocontroller (ATmega8) mit einer Akkugepufferten Solarzelle zu betreiben. Auf der Sparkfun-Seite habe ich eine Schaltung gefunden, die eigentlich genau meine Wünsche erfüllen sollte, aber leider nur 3.3V ausspuckt. Den dort verwendeten NCP1400 gibt es auch in einer 5V-Ausführung. Allerdings wird der hier anders beschaltet (andere Werte). Sparkfun-Schaltung: http://www.olimex.com/dev/pdf/MSP430-SOLAR.pdf NCP Datasheet: http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0b36/0900766b80b3609e.pdf Ich habe jetzt mal versucht beide Schaltungen zu kombinieren und vielleicht könnt ihr ja mal nen Blick draufwerfen, ob das so i.O. ist. Einige Fragen habe ich als blutiger Anfänger aber schonmal vorweg: 1) Was muss ich bei der Wahl der Solarzelle beachten? Bei Sparkfun verwenden sie z.B. eine 2.4V/80mA Zelle um eine AA Zelle zu laden. Wenn ich nun eine 5V Solarzelle nehme, was muss ich dann noch vor die Batterie schalten? 2) Warum sind da eine normale und eine Schottky-Diode in Reihe geschaltet? 3) Eingangskondensator C1 sollte laut NCP Datenblatt eigentlich 10uF haben, bei Sparkfun verwenden sie aber 47uF – Warum? Glättet nicht schon der Akku die Eingangsspannung? 4) Die Spule L1 wird in der Sparkfun-Schaltung mit 100uH spezifiert - laut NCP Datenblatt sollte da aber irgendwas von 16 - 27uH sein. Ich habe jetzt mal die im Datenblatt als Standardlösung vorgeschlagenen 22uH verwendet. 5) Sind beide Ausgangskondensatoren C2 und C3 nötig oder reicht auch nur C3? 6) Was ist die Aufgabe von Spule L2? Hoffe ihr könnt mir ein paar Sachen erklären! Vielen Dank schonmal & Schöne Grüße, Hans
*1.* Wenn du den Mega8 nicht ganz so hoch taktest (-> siehe Datenblatt) kannst du ihn auch mit 3,3 Volt betreiben. (gilt nur für die "8L"-Variante) Dann brauchst du garnichts ändern. Sonst halt ne Solarzelle mit etwas mehr Spannung nehmen (3V oder so. zwischen 3V und 5V wird's eh keine fertigen Typen geben) Mir gefällt die Schaltung aber nicht all zu gut, denn die Spannung wird erst hinter der Pufferbatterie geregelt. Die Solarzelle liefert aber nicht konstant 2,4 Volt, sondern kann auch mal nur 1 Volt oder auch 3,x Volt liefern - abhängig von der Einstrahlung und der Belastung. Das ist also nicht optimal zum Laden des Akkus. Mal bekommt er zuviel Spannung, mal zu wenig. Ich würde da eher den umgekehrten Weg wählen: Ne Solarzelle mit vielleicht 12V nehmen und dann direkt mit nem Step-Down-Wandler auf 5V stabilisieren. Mit den 5 Volt kann man dann z.B. ein 4x1,2V = 4,8V - Akkupack laden als Puffer. *2.* Die Zelle liefert 2,4 Volt und der AA-Akku hat 1,2 Volt. Die 1,2 V die zuviel von der Solarzelle kommen, werden durch ne normale Si-Diode (0,7 Vf) und ne Schottky (ca. 0,5V Vf) = zusammen ca. 1,2 V Spannungsabfall, vernichtet. Außerdem verhindern die Dioden, dass sich der Akkus über die Solarzelle entläd, wenn gerade keine Sonne drauf scheint. *3.* C1 und L1 bilden einen LC-Tiefpass der die Eingangsspannung glättet. C1 sollte man also schon drin lassen. Zur Kapazität von C1 -> siehe Punkt 4 *4.* Das hängt mit o.g. LC-Filter zusammen. Dessen Grenzfrequenz hängt von den Werten von L und C ab. Vergrößert man L1, verkleiner man eben dazu passend C1, so dass die gewollte fg wieder erreicht wird.
In bestimmtem Rahmen kann man da also jonglieren. Oft macht man den Kondensator größer und die Spulen eher kleiner, weil Spulen immer ne ziemliche störende Baugröße haben und Kondensatoren trotz höherer Kapazität relativ klein gehalten werden können von der Bauform her. *5.* C2, L2 und C3 bilden zusammen einen LCL-Tiefpass der die Ausgangsspannung glättet. Der MSP ist ja n Schaltregler der mit ca. 180 kHz arbeitet. Deshalb glättet man die Ausgangsspannung nicht mit einem simplen Kondensator, sondern mit einem Filter 1. oder 2. Ordnung. ein LCL-Filter ist sozusagen ein Filter 1,5ter Ordnung - Unwissenschaftlich ausgedrückt... Beim Platinen-Design muss man hier aber schon ganz ordentlich aufpassen, denn 180 kHz verlangen ein gewisses EMI-bedachtes Layout.
Vielen Dank Markus! Ich hab es zumindest ansatzweise Verstanden :) Ich werde mich jetzt doch ziemlich nah an der Vorlagenschaltung halten, mit dem einzigen Unterschied, dass ich 5V statt 3.3V Ausgangsspannung haben möchte. Im Anhang findet ihr meinen Versuch in EAGLE. Sollte ich es riskieren, das mal zu ätzen? PS: Markus erwähnte ja auch, dass man vorsichtig sein muss beim Platinenlayout. Ich bin Anfänger und meine einzige Waffe gegen EMI-Probleme ist die Massefläche. Kann man mit Through-Hole-Komponenten die Schaltung überhaupt zuverlässig aufbauen? Abseits davon: Lohnt es überhaupt mal einen Trockentest auf dem Steckbrett zu starten?
Im letzten Layout war noch ein Fehler mit dem Groundplane. Im Anhang die korrigierte Version (Ausserdem bessere Lötstellen für Solarzelle, Batterie und 5V-Ausgang)
Als Solarzelle habe ich im übrigen diese hier bei Conrad rausgesucht: 191308 (4V/35mA) Ich möchte dann damit zwei AA Batterien laden, z.B. diese hier: 250132 (1.2V/1800mA) Harmoniert das in meiner Schaltung? Dankeschön…
Mittlerweile hab ich ein bisschen weiter recherchiert und möchte mich Rückversichern, ob ich das alles richtig verstanden habe: Angenommen ich nehme die oben erwähnten NiMH-Akkus mit je 1.2V und 1800mA Kapazität: Ich habe gelesen, dass für eine relativ einfache Ladung der Akkus, ohne sich Gedanken um das Überladen zu machen, die Zellen mit einem Strom von C/20 bis max. C/10 geladeden werden können. Schalte ich die Akkus in Reihe habe also 2.4V / 1800mA, macht C/1 = 1.8. Der Ladestrom sollte dann also zwischen 90mA und 180mA liegen. Wenn ich jetzt 3 Solarzellen 0.5V/200mA von Conrad (191267) in Reihe schalte, können diese maximal 200mA bei 1.5V liefern. In freier Wildbahn dürfte ich damit sehr gut fahren, oder? … Mir fällt gerade auf, dass die beiden Dioden aus der Schaltung oben ja schon 1.2V vernichten… vielleicht doch lieber 4 Solarzellen 4V/35mA (191308) parallel schalten? Dann resultieren 4V/150mA – minus der 1.2V von den Dioden blieben 2.8V zum Laden der Akkus Entschuldigt, dass ich hier jetzt alles zumülle mit meinen Gedanken, aber vielleicht nimmt sich mir ja jemand an und kann mir weiterhelfen. Dankeschön & Schöne Grüße aus Berlin, Hans
In meinem Post weiter oben sind zwei Fehler: >*5.* C2, L2 und C3 bilden zusammen einen LCL-Tiefpass der die >Ausgangsspannung glättet. Es ist natürlich kein LCL- sondern ein CLC -Filter in der Schaltung. Sonst wäre es ja ein Hochpass - der hier nix zu suchen hat. >ein LCL-Filter ist sozusagen ein Filter 1,5ter Ordnung - Unwissenschaftlich >ausgedrückt... Das war nicht nur "unwissenschaftlich" ausgedrückt, sondern falsch. Ein LCL-Filter (bzw. wie in der Schaltung gezeigt ein CLC-Tiefpass) ist natürlich ein Filter 3. Ordnung... =XD Wie schon erwähnt - mir gefällt die Schaltung nicht besonders weil die Ladespannung der Akkus sonstwo liegen kann. Deine Überlegungen vom letzten Post sind soweit in Ordnung. Nur eben die erwarteten 2,8 V Ladespannung empfinde ich als problematisch. Bei den Dioden davor ist der Spannungsabfall außerdem vom Stom abhängig der durchfließt. Man kann also nicht fix mit 1.2 V rechnen die verheizt werden. Alles nicht so schön imho... Mit dem "EMI-bedachten Layout" wollte ich dir keine Angst machen. Bei solchen Reglern hat der Hersteller i.d.R. im Datenblatt eine Anwendungssschlatung mit Design-Hinweisen abgedruckt. Wenn man sich einigermaßen an dieses Design hält (also z.B. das manche Bauteile möglichst nahe an anderen liegen müssen, oder manche Leitungen kurz gehalten werden müsen ect.) klappt das auch.
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