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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Stromversorgung aus einer Zelle


Autor: Stefan May (Gast)
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Hallo,

Für eine Outdooranwendung suche ich eine Schaltung, die aus der
Spannung einer Batteriezelle (ca. 1,5V) eine Spannung von 3 Volt
bastelt. Die Spannung sollte stabilisiert sein und darf auch bei fast
leerer Batterie (ca 0,9V) nicht einbrechen. Der Strombedarf liegt etwa
bei 100mA. Idealerweise sollte ein Shutdown möglich sein, damit die
Batterie nicht ausläuft, wenn sie leer ist.

Ich habe mal im Fundus von Maxim geschaut, da sind mir die
Step-Up-Regler MAX1674 und MAX848 aufgefallen. Der MAX1674 würde zu
meiner Anwendung passen, ich habe aber wenig Erfahrung im Design
solcher Regler. Hat jemand vielleicht etwas fertiges parat, womöglich
noch mit einem Layout-Vorschlag für eine Platine?

ciao, Stefan.

: Gesperrt durch Moderator
Autor: Benedikt (Gast)
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Das durchgestrichene ist ein einfacher Wandler:
http://elm-chan.org/works/cmc/cmc.png
bzw. hier die Grundschaltung:
http://elm-chan.org/works/led2/report.html

Autor: Stefan May (Gast)
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Sieht einfach aus die Schaltung. Nur irgendwie ist mir das suspekt, weil
ich die Schaltung nicht verstehe. :-)  Und man müsste das ganze in SMD
aufbauen.

Muß ich mir mal anschauen. Ich habe ansonsten noch von Micrel
Spannungsregler gefunden. Die schaue ich mir auch nochmal an.

ciao, Stefan.

Autor: Benedikt (Gast)
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Es gibt von Maxim, LT, Epson und vielen weiteren Herstellern.
Schau dir z.B. den S1D76310 an.
Dieses IC ist u.a. in den Tipsend Geräten eingebaut wie man sie bei
Pollin für ein paar Euro bekommt.

Autor: Patric (Gast)
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LTspice/SwitcherCAD spukt für deine Daten z.B. das hier aus. Allerdings
nur bis 1,0V runter.

Autor: Stefan May (Gast)
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Hey, die Schaltung gefällt mir. Nur wo bekommt man den LT1308 her?

Die Software SwitcherCAD gefällt mir auch gut.

ciao, Stefan.

Autor: Patric (Gast)
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Segor hat den. Kostet allerdings stolze 13 Euro.

Ansonsten passt der TPS61007 von Ti noch gut zu deinen Anforderungen.

Bei allen Wandlern mit höherer Schaltfrequenz musst du aber die
Induktivität und die Kondensatoren (ESR!) sehr genau auswählen. Diese
Teile gibt's dann aber leider nicht bei Reichelt.

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Mensch was postet ihr da für ICs, die kennt doch niemand und sind zum
Teil echt schwer zu besorgen.

Es gibt zum Teil sehr einfache Schaltungen, Hab da mal eine in der
Elektro gesehen, weiß aber nicht mehr welche. Ansonsten:
http://www.rowan.sensation.net.au/electronics/stepup.html

PS: Eine Spule brauchst du immer, leider, zumindest meistens (gibt
glaub ich auch inductor-less stepups in IC-Packages)

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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Aufwärtwandler kann man auch mit Ladungspumpen (und Kondensatoren)
bauen, allerdings nicht im geforderten Leistungsbereich. 100 mA ist
schon ziemlich viel Strom - die Batterie wird dabei auch schön schnell
leergelutscht werden.

Eine übliche Alkaline-Zelle hat eine Kapazität von ca. 2 Ah, die wird
nur bei relativ geringen Entladeströmen erreicht. Hier würde die
Batterie mit 200 mA oder sogar etwas mehr belastet werden, so daß unter
optimalen Bedingungen etwa zehn Stunden Betriebsdauer 'rauskommen.

Ist der Entladestrom höher, reduziert sich die effektive Kapazität der
Batterie - deshalb halten Primärzellen trotz gleicher Kapazität in
Digitalkameras deutlich weniger lang als NiMh-Akkus.

Ich weiß allerdings nicht, wo der kritische Bereich beginnt; ob also
eine Alkaline-Zelle bei 200 mA Entladestrom noch effizient arbeitet
oder nicht.

Vor ca. 1.5 Jahren hat die c't mal einen Vergleichstest
verschiedenster Primärzellen durchgeführt (Sieger: Ikea und Aldi), dort
wurde auf die Thematik auch näher eingegangen.

Autor: Stefan May (Gast)
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Also den Stromverbrauch habe ich nochmal neu überschlagen. Ich denke ich
komme mit 20-30mA aus, das aber nicht im Mittel sondern nur Peak.

Bekommt man das mit einer Ladungspumpe hin?

Zu den Alkali-Zellen: Ich plane mit einer Mono-Zelle zu arbeiten. Die
haben laut Datenblatt (Conrad, siehe Energizer High Power) eine
Kapazität von 18000mAh bei 25mA Dauerentladestrom.

Zu meiner Anwendung: Ein wasserdichter Fuchsjagdsender, der in ein
röhrenförmiges Gehäuse eingebaut wird. Da passt eine Monozelle prima
rein. Für zwei ist leider kein Platz und mehrere Mignons möchte ich
nicht einsetzen, weil die Kapazität kleiner ist. Oder? Wenn jemand eine
andere Idee für die Stromversorgung hat: Der Durchmesser der Röhre
beträgt 36mm, für die Höhe habe ich maximal 40mm zur Verfügung.

@Simon: Deine Lösung hat einen Haken. Sie funktioniert nicht bis 1Volt
abwärts und auch bei 1.5 Volt nicht. Der Rechteckgenerator besteht aus
74LS Logik, die braucht mindestens 2 Volt. Und geregelt ist in der
Schaltung auch nix. Einen Linearregler nachschalten halte ich für
Blödsinn, weil dadurch zu viele Verluste entstehen. Ich möchte das Ding
ja nicht heizen und die Batterie so gut wie möglich ausnutzen.

ciao, Stefan.

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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Wenn das Volumen einer Monozelle zur Verfügung steht, würde ich drei
Mignon-Akkus (die es mit mittlerweile 2500 mAh Kapazität gibt) in Reihe
schalten. Dann brauchst Du keinen Aufwärtswandler und kannst bei 25 mA
Entladestrom von etwa vier Tagen Nutzungsdauer ausgehen.
Die Akkus (Sanyo, bei Segor kaufen) sollten allerdings mit einem
vernünftigen Ladegerät aufgeladen werden.

Übrigens ist eine Monozelle 56 mm lang - in Deine Röhre passt die nicht
'rein. Mignonzellen sind mit 48 mm etwas kürzer.

Autor: Stefan May (Gast)
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Ähm, sorry, habe mich leicht vermessen. :-) Die Monozelle passt
definitiv, dann habe ich noch 4cm Platz für die Platine. Hab die Zahlen
also verwechselt. Es passen sogar 4 Mignons in die Dose, das habe ich
schon ausprobiert.

Mal Allgemein gefragt: Was hat mehr Kapazität? Eine Monozelle oder die
vier Mignon-Akkus?

Bei der Monozelle als Alkali-Batterie steht im Datenblatt eine
Kapazität von 18000mAh bei 25mA Entladestrom. Darf ich die Kapazität
der vier Mignons einfach zusammenaddieren? Dann komme ich auf nur
10000mAh. Das ist doch deutlich weniger?

Eine weitere Frage zur Verwendung von Batterien im Outdoorbereich: Die
Temperaturabhängigkeit. Ich habe gelesen, daß NiCd-Akkus auch bei
niedrigen Temperaturen viel Strom liefern können. Inwiefern wirkt sich
das auf die Kapazität aus?

mfg, Stefan.

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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Was mich etwas stutzig macht, sind die angeblichen 18 Ah der Monozelle.
Das wäre ein extrem hoher Wert.

Vergleichen kann man das i.d.R. nicht, weil - vermutlich aus Gründen
des Verbraucherschutzes - Primärzellenhersteller die Kapazitäten ihrer
Produkte nicht benennen müssen (oder dürfen?).

Der von mir genannte Wert von ca. 2 Ah für eine
Alkaline-Mignon-Batterie entstammt dem c't-Batterivergleichstest.

Betrachtet man hingegen Akkus im Vergleich, dann liegen die üblichen
käuflichen Kapazitäten von Monozellen bei bestenfalls 8 Ah.
Die weiterentwickelte Chemie der Mignon-Zellen ist offensichtlich noch
nicht so recht in die Mono-Zellen hinübergeschwappt.

Was das mit der Temperaturabhängigkeit betrifft, so wirst Du ums
Studieren von Datenblättern o.ä. vermutlich nicht umhinkommen.
Primärzellen werden auch eine Temperaturabhängigkeit haben, das nur am
Rande.

Über welchen Zeitraum sind denn Deine Fuchsjagd-Sender am Stück im
Betrieb? Bis vier Tage genügen die von mir erwähnten Mignon-Akkus, die
halt auch wiederverwendbar sind, was bei den Preisen auch einen
Kostenfaktor darstellt.

(Beispielrechnung, wieder nur mit Mignon-Zellen: Ein 8er-Pack
Alkaline-Zellen kostet bei Aldi 2 EUR. Damit kostet eine Alkaline-Zelle
25 ct, was gegenüber den 3 EUR, die eim hochkapazitiver Sanyo-Akku bei
Reichelt/Segor kostet, ersteinmal verschwindend gering erscheinen mag,
da man die aber häufiger als 12mal wieder aufladen kann ...)

Autor: Hubert (Gast)
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und bei nur einer Zelle musst du zumindest 20% Verlust im
Spannungswandler rechnen und ev. Hf- Störungen dazu.

Autor: Stefan May (Gast)
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Also das mit den 18Ah hat mich auch stutzig gemacht. Ich habe mal das
Datenblatt, welches ich von der Conrad-Homepage habe, angehängt. Da
steht auch was zur Temperaturabhängigkeit drin.

Der Sender soll mindestens 4 Wochen halten. Das will ich durch
verschiedene Stromsparmodi erreichen. z.B. soll die Kennung nur alle 5
Minuten 5 mal gesendet werden. In der Nacht nur einmal alle 2 Stunden.
Die 20-30mA sind für das Dauerhafte senden eines Tones, also Worst
Case.

mit 20% Verlust habe ich gerechnet, die HF Einstreuungen würde ich
verschmerzen können, weil der Sender mit 433MHz funkt. Außerdem ist die
Qualität des Signals nicht so ausschlaggebend. Hauptsache man kann die
Morsezeichen empfangen.

Rufus, kannst Du nochmal nach der c't Nummer schauen?

ciao, Stefan.

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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Einwegstrom
27 Alkali-Mangan-Batterien LR6/Mignon im Vergleich
Prüfstand, Gerätebatterien, Primärzellen, Sekundärzellen, Akkus, LR6
c't 23/02, Seite 192

Autor: Stefan May (Gast)
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So ich habe nochmal ein bisschen gegoogelt und bin auf eine interessante
Application Note von Philips gestoßen:

http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/appl...

Das werde ich mal ausprobieren und dann berichten.

ciao, Stefan.

Autor: Stefan May (Gast)
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So, Bericht:

Ich habe die obige Schaltung ausprobiert und sie funktioniert prima.
Ich konnte aus der Schaltung ca. 20mA ziehen, bei einer Spannung von
3Volt. Die Spannung in der Schaltung ist leider nicht stabilisiert, was
aber für meine Zwecke auch nicht unbedingt notwendig ist. Die
Leerlaufspannung lag bei etwa 6Volt, deshalb habe ich eine
Spannungsbegrenzung mit Hilfe einer Zener-Diode einbauen müssen.

Weiterhin habe ich noch den LT1073 von Linear Technologies ausprobiert.
Zunächst einmal habe ich das Ding mit Switcher-Cad simuliert und danach
die Schaltung dann genauso aufgebaut. Die Schaltung funktioniert auch
prima, der entnehmbare Strom liegt bei etwa 75mA. Da wird der
Voltage-Ripple aber auch schon ziemlich hoch. Die berechnete
Effektivität liegt bei 75% bei 15mA.

Die Schaltungen werde ich bei Gelegenheit mal ins Wiki stellen.

Mein Fazit: Mit ein bisschen Schaltungstechnik läßt sich so eine
Monozelle ziemlich gut auswringen.

ciao, Stefan.

Autor: Hans (Gast)
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Versuchen Sie noch LED on 1.5 V without coil

http://www.belza.cz/ledlight/blik.htm

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