www.mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lipo als Stützakku


Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Tag,

ich möchte für eine RGB-LED Anwendung, die mit einem Attiny25 
Farbeffekte produziert einen Lipo (3,7V 1000mAh)als Stützakku einsetzen. 
Der Lipo soll sich also, wenn das Teil am Netzgerät hängt, aufladen und 
ansonsten die Schaltung mit Strom versorgen. Dafür hab ich mir die 
angehängte Schaltung überlegt. Geht das so, oder gibt es irgendwo 
irgendwelche Probleme?

Danke und Grüße

Christoph

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie willst du mit 3.6V (die natürlich NICHT konstant sondern 4.2 nach 
dem laden und 3V gegen Ende sind), dann auch noch über eine Diode und 
eine  Konstantstromschaltung die weitere 1.5 Volt fressen, eine blaue 
LED zum Leuchten bringen die -schau ins Datenblatt- so 3.6V dafür 
benötigt?

Ausserdem verhindert deine Schaltung keine Tiefentladung (die LiPoly 
sofort killt), es sein denn dein eingezeichneter Akku ist einer mit 
eingebauter Schutzschaltung.

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die schnelle Antwort!

Also zwei Probleme:

- Ich brauche Lipos mit Schutzschaltung.

- Und ich sollte den Attiny vielleicht dazu überreden, den LEDs den Saft 
abzudrehen und selber schlafen zu gehen, wenn die Spannung zu gering 
wird, aber dafür hätte ich ja noch Portb.4 frei, was ein ADC-Eingang 
ist. Ginge also.

- und ich brauche eine höhere Spannung. Also einen Stepup-Wandler, so 
was wie den LT1932, der liefert auch gleich noch einen Konstantstrom, so 
dass ich mit das Konstantstromgeraffel sparen kann. Aber für die drei 
Farben bräuchte ich dann wohl drei von der Sorte oder gibts die Dinger 
auch "mehrkanalig" ? Kostet immerhin 2,60 € bei Reichelt. Gibt es so was 
ähnliches irgendwo billiger?

Grüße

Christoph

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

Ich hab die Schaltung überarbeitet:

- einen Step-up Wandler eingefügt,

- eine Verbindung von der Lipo-Spannung zu einem ADC-Eingang des Attiny, 
der so die Spannung überwachen kann und die LEDs auschalten, wenn die 
Spannung zu niedrig wird,

- und ein paar FETs, die entweder die Lipo-Spannung oder die externe 
Versorgung zu den LEDs durchschalten.

Ich hoffe, das funktioniert so oder habe ich neue Fehler produziert?

Danke und Grüße

Christoph

Autor: Bernd O. (bitshifter)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Christoph Stein schrieb:
> Ich hoffe, das funktioniert so oder habe ich neue Fehler produziert?

Hallo Christoph,

der Wandler läuft immer mit tötet dadurch den LiPo. Selbst wenn LEDs und 
Atmega keinen Strom mehr brauchen reichen die Verluste des Wandlers um 
den LiPo tiefzuentladen. Du müsstest schon den LiPo freischalten wenn 
die Spannung zu niedrig wird.

Wenn Du einen Bootloader verwendest, dann kannst Du den Reset-Pin noch 
zusätzlich verwenden und trotzdem elegant flashen. Mit dem dann freien 
Pin könntest Du den Wandler abschalten oder den LiPo trennen.

Die ganzen "Dioden" mit BS170 sind vermutlich Bauteilverschwendung, da 
der BS170 "satte" 1,2 bis 5 Ohm RDSon hat. Selbst bei kleinen Strömen 
bist Du schnell schlechter dran als mit Schottky-Dioden. Entweder einen 
guten Logic-MOSFET mit niedrigem RDSon bei niedriger Spannungverwenden 
oder gleich Dioden.

Ich hoffe, Dir ist auch klar, dass LiPos nur eine begrenzte Lebensdauer 
haben. In der von Dir verwendeten Betriebsart wird der LiPo nicht lange 
leben. LiPos altern am stärksten wenn sie vollgeladen sind, also knapp 
über 4,2 V haben. Wenn sie dabei auch noch hohen Temperaturen ausgesetzt 
sind, dann ist oft schon in weniger als einem Jahr die halbe Kapazität 
weg - selbst wenn der LiPo nie entladen wurde. Doppelte Kapazität auf 
50% aufgeladen (niedrigere Spannung) hält viel länger (aber nach 3-5 
Jahren ist der LiPo ohnehin "um" - egal ob benutzt oder nicht).

Gruß,
Bernd

Autor: avion23 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bernd O. schrieb:
> - eine Verbindung von der Lipo-Spannung zu einem ADC-Eingang des Attiny,
> der so die Spannung überwachen kann und die LEDs auschalten, wenn die
> Spannung zu niedrig wird,

attiny25 kann seine eigene Versorgungsspannung messen.

LEDs nie parallel.

Die FETs  habe ich mir nicht genau angeschaut, aber ich wette du kriegst 
die nicht durchgeschaltet.

Den lipo bekommst du wahrscheinlich nicht aufgeladen.

Vcc im Schaltplan oben, Gnd unten. So kann das niemand lesen, der nicht 
dafür bezahlt wird.

Mc34063 ist veraltet. Der attiny25 kann 250kHz bei 8bit PWM.

@Bernd
Die 4,2V sind schon okay, auch für längere Zeit. Die Theorie mit "stirbt 
an 4,2V" höre ich seit ein paar Wochen. Woher kommt das? Gab es da etwas 
in den Nachrichten oders o? Macht bei der Schaltung allerdings auch 
keinen Unterschied mehr ;)

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Ich hoffe, das funktioniert so


Abgesehen von den Punkten die Bernd ansprach:

Parallelschalten von LEDs ohne Stromverteilungswiderstände ist schlecht, 
es kann eine LED die vollen 40mA abbekommen, die andere nichts.

Und ich find's zu aufwändig.

Deine Schaltung braucht 130mA und soll 6 LEDs (darunter blaue) und 1 
Taster bedienen.
                              2 LEDs
Vorschlag:                 +-|<|-|<|-+
                           |         |
+5V --5Ohm1W--+-----+------+--100uH--+
              |     |      |         |
         protectete |  +--------+    |
         1Ah LiPoly |  | Attiny |    |
         z.B.Pollin +--|ADC     |---|I BS170
           270497      +--------+    |
              |            |         |
Masse --------+------------+---------+

Quartz, Taster, Abblockkondensatoren wie gehabt,
die Transistorschaltung ein mal pro Farbe.

Das muss reichen (schon 3 mal BS170 nervt mich).

Du schaltest den BS170 im Programm kurz an, wenn die
LEDs leuchten sollen. Der Strom in den 100uH steigt,
je nach Versorgungsspannung von 3 bis 5V schneller
oder weniger schnell. Ist der Strom gross genug,
schaltest du den Transistor wieder ab, der Spulenstrom
fliesst weiter durch die LEDs und klingt langsam ab.
Man muß also höheren Pulsstrom fahren, so 80mA, weil
die LEDs im Mittel nur 1/4 davon sehen. Geregelt
wird die Helligkeit über die Pulsbreite. Da die
Betriebsspannung in den Strom eingeht, misst du mit
ADC die Spannung und korrigierst die Pulsweite
entsprechend. Es stellt sich von selbst die
Spannung ein, die die LEDs brauchen, also bei blau
7.2V und bei rot 4.2V. Der uC läuft mit 3 bis 5V.
Liegen 5V an, wird der LiIon Akku mit maximal 0.4C
geladen, die Schaltung sieht die Akkuspannung. Ist
er voll, klemmt er sich ab (die Spannung steigt auf
5V), sind die 5V nicht da, sieht die Schaltung die
Akkuspannung, ist er leer, schaltet er der Schaltung
den Strom ab und wartet darauf, wieder geladen zu werden.

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

danke für die Antworten. Langsam beginne ich zu verstehen, auch wenn mir 
manches noch nicht klar ist:

1. LiPo-Fragen @Schaltungsvorschlag von MaWin: Wenn ich einen LiPo mit 
Schutzschaltung nehme, dann brauche ich also keine extra Ladeschaltung? 
So verstehe ich jedenfalls den Schaltungsvorschlag von MaWin. Und ich 
brauche mir auch keine Gedanken über Tiefentladung zu machen? Einfach 
LiPo in die Schaltung einbauen und 5V Spannungsversorgung über 'nen 
kleinen Vorwiderstand bei Bedarf zuführen und gut is'? Dann kann ich mir 
tatsächlich das ganze Geraffel mit den FETs und Dioden (in der ersten 
Schaltungsvariante) sparen, die sollten eigentlich nur Netzbetrieb und 
LiPobetrieb voneinander trennen, ist aber gar nicht nötig? Auch die in 
meiner Schaltung nur durch einem Kasten angedeutete Ladeschaltung mit 
LTC4054 wäre dann überflüssig. Ich hatte das bisher so verstanden, dass 
eine solche Ladeschaltung IMMER sein muss, da mehr als 4,2V den LiPo 
killen. Das gilt also nur für LiPos ohne Schutzschaltung. Wieder was 
gelernt.

@Bernd O.:"der Wandler läuft immer mit tötet dadurch den LiPo" gilt also 
nur bei LiPos ohne eingebaute Schutzschaltung?

2. "LED nicht parallel" @MaWin: "Parallelschalten von LEDs ohne 
Stromverteilungswiderstände ist schlecht, es kann eine LED die vollen 
40mA abbekommen, die andere nichts." Danke, wusste ich noch nicht. 
Parallelschaltung hatte ich gewählt, um mit 5V auszukommen. Deshalb auch 
der Step-up Wandler. @avion23: "Mc34063 ist veraltet" Das ist mir klar. 
Dafür kostet er auch nur 25ct, aktuelle Modelle dagegen von 2€50 
aufwärts.

Wenn ich also bei meiner bisherigen Lösung bleiben sollte, bräuchte ich 
also bei 5V Betriebsspannung pro LED eine KSQ. Oder ginge auch eine KSQ 
für je zwei LED, nur mit kleinem Vorwiderstand (so 5 bis 10 Ohm)vor 
jeder LED?

Denn 3. An MaWins Schaltung ist mir einiges unklar:

Was ich verstehe: Die Paarung 2 LEDs seriell mit 100mH parallel 
produziert sich, wenn sie vom attiny über den BS170 geschickt gepulst 
wird genau die Spannung, die die LEDs brauchen, aus 5V aber auch schon 
aus 3V.

Diese Spannung baut sich also nur zwischen der Spule und dem LED-Pärchen 
auf, ohne die Spannung der Versorgungsleitung zu beeinflussen? Denn es 
wäre äußerst ungeschickt, wenn plötzlich auf der Versorgung 
Spannungsspitzen auftauchen, die evt. den attiny killen.

Bekomme ich da nicht in jedem Fall eine riesen Sauerei auf der 
Versorgungsleitung, weil jedes Pärchen sowas wie einen Schwingkreis 
bildet? Müsste ich nicht die "Paarungen" irgendwie entkoppeln oder 
reicht da der übliche 100n beim Attiny und die anderen Beteiligten 
kümmert das nicht?

Die Pulsbreite und damit die Helligkeit der LEDs müsste ich dann wohl 
empirisch ermitteln, oder kann man da irgendwas berechnen? Gibt es da 
wenigstens einen einigermaßen linearen Zusammenhang zwischen 
Versorgungsspannung und Pulsbreite? Also irgendwas in der Art: 10% 
weniger Spannung und 10%  mehr Pulsbreite ergibt in etwa die gleiche 
Helligkeit?


@avion23:"attiny25 kann seine eigene Versorgungsspannung messen." Sollte 
er garnicht, er sollte die LiPo-Spannung vor dem Step-up messen

@Bernd O.: "Entweder einen guten Logic-MOSFET mit niedrigem RDSon bei 
niedriger Spannung verwenden ..."

guten Logic-MOSFET: Ein Name wäre nicht schlecht (oder auch zwei)

Grüße

Christoph

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> dann brauche ich also keine extra Ladeschaltung?

Die Ladeschaltung besteht aus einer strombegrenzten Spannungsversorgung.

Die KONTROLLE übernimmt die Schutzschaltung, die schaltet bei 4.2V ab 
(und meist so bei 4.05V wieder ein).

> Und ich brauche mir auch keine Gedanken über Tiefentladung zu machen?

Nein, auch das kontrolliert die Schutzschaltung, meist so bei 2.8V, dein 
uC kann also bei 3V über zu niedrigen Akkustand zu jammern anfangen.

> Diese Spannung baut sich also nur zwischen der Spule und dem LED-Pärchen
> auf, ohne die Spannung der Versorgungsleitung zu beeinflussen?

Natürlich, die hat ja nur 1 Verbindung mit der Schaltung (wenn der 
Transistor abgeschaltet ist), wie soll sie die da beeinflussen ?

Sicher wird die Versorgungsspannung mit pulsförmigem Strom belastet, und 
noch stärker beim schlagartigen Abschalten dieses Stromverbrauchers. 
Aber für 80mA sollte sie ausreichend gepuffert sein mit kleinen 100nF 
Kerkos. Du würdest da auch eine 80mA LED schlartig ausschalten und dir 
keine Gedanken um den Effekt auf die Versorgungsspannung machen. Und 
diese LED hätte, im Gegensatz zur Spule, auch noch beim Einschalten 
diesen Effelt.

> Die Pulsbreite und damit die Helligkeit der LEDs müsste ich dann wohl
> empirisch ermitteln, oder kann man da irgendwas berechnen? Gibt es da
> wenigstens einen einigermaßen linearen Zusammenhang zwischen
> Versorgungsspannung und Pulsbreite

Natürlich gibt es den mathematischen Zusammenhang der Induktivität 
gepaart mit dem Serienwiderstand, der ist aber eine e-Kurve. AUch gibt 
es den Zusammenhang, daß sich die Spule in die 7.2V blauen LEDs 
schneller entlädt als in die 4.2V roten LEDs, schliesslich brauchen die 
blauen mehr Energie. hier fliesst die LED-Kennlinie ein, also auch was 
gebogenes.

Da kann es einfacher sein, es, statt auszurechnend, empirisch zu 
ermitteln.

> guten Logic-MOSFET: Ein Name wäre nicht schlecht

IRF7301 wird gern genommen, 2 zum Preis von einem, auch bei 2.7V noch 
eingeschaltet (7501, 7331).

Autor: Peter W. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja Lipos gehen schneller kaputt wenn sie immer auf 100% geladen sind.

Zum Vergleich ein immer vollgespanntes Gummiband wird irdendwann 
schlapp.


Einige neue Notebooks haben einen einschaltbaren Akkuschutzmode an da 
wird der Akku nur noch auf 80% geladen.

Gute neue Modellbauladegeräte haben einen "Store" Modus da wir der Akku 
auf 60% ge- oder entladen zur Lagerung.

Neue Lipozellen werden mit ca 60% Ladung geliefert.

Es ist scheinbar doch etwas wahres daran. Kaputt gehen sie alle die 
geschonten dann halt etwas später.

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@MaWin: Danke für die Erklärung

Noch eine Frage. Bei Deinem Schaltungsvorschlag liegt der Vorwiderstand 
von 10 Ohm zwischen Netzteil und LiPo. Bräuchte ich nicht einen 
Strombegrenzungswiderstand vor jedem Ensemble aus LEDs und Spule? Oder 
begrenzt sich der Strom bei dieser Schaltungsvariante von selbst?

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Bei Deinem Schaltungsvorschlag liegt der Vorwiderstand
> von 10 Ohm zwischen Netzteil und LiPo.

Der begrenzt den Ladestrom des Akkus,
wenn man die 5V anschliesst.

Er muß mindestens die Stromaufnahme des Geräts durchlassen
(also 120mA9 und darf (bei leerem Akku) höchstens den
maximalen Ladestrom (ich sag mal 1C, 1A) durchlassen.

> Bräuchte ich nicht einen Strombegrenzungswiderstand vor
> jedem Ensemble aus LEDs und Spule? Oder begrenzt sich
> der Strom bei dieser Schaltungsvariante von selbst

Der Strom wird durch die Einschaltzeit der Spule begrenzt.
Würde der uC den Transistor ewig an lassen, steigt der
Strom in der 100uH bis zur Sättigung, was dann letztlich
ein Kurszchluss (den der BS170 wohl nicht aufhält)

Es ist also Pflicht, daß das Programm des uC funktioniert
und den Transistor wieder ausschaltet, weil es keine andere
Art der Überstrombegrenzung gibt.

Man könnte auf 2 Arten den Strom begrenzen:

               |
uC --220R--+--|I BS170
           |   |S
     BC547 >|--+
          E|   5R
           Masse

begrenzt ähnlich wie deine Konstantstromquellen auf 120mA,
aber mit dem Unterschied daß diese Begrenzung im Normalfall
nie aktiv werden sollte weil bei 80mA vom uC schon abgeschaltet
wird. 120mA bei 3.8V sind 0.5W und damit für den BS170 zu
ertragen. Allerdings verbrät der Transi dann die Leistung,
er wird nicht abgeschaltet.

Eine andere Methode wäre

          +----100K--+
          |          |  :
uC --100k-+-----|+\  |  |
          |     |  >-+-|I BS170
         1k  +--|-/     |
          |  +----------+
          |             1R
        Masse ----------+

Da kann der uC den Transistor nur einschalten, wenn der
Strom schon unter 50mA abgesackt ist, und der Strom
wird garantiert wieder (vorzeitig) ausgeschaltet, wenn
er über 100mA steigen sollte.

Beide Methoden sind halt Hardware, so wie man das im
letzten Jahrhundert gemacht hat, die man durch korrekte
Software ersetzen kann, so wie man das heute macht.

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Noch eine Frage:

Reichelt hat drei Sorten Festinduktivitäten axial 100µH im Angebot:

HBCC, 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B512;GROUPI...

MICC, 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B512;GROUPI...

SMCC 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B512;GROUPI...

eine SMD Induktivität Murata Chip Coil 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B511;GROUPI...



Welche soll ich nehmen?

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
und zwei radiale:

Stehende-Induktivität, 07HCP, Ferrit, 100µ 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B513;GROUPI...
Stehende-Induktivität, 11P, Ferrit, 100µ 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B513;GROUPI...

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
MaWin schrieb:
> Eine andere Methode wäre
>
>           +----100K--+
>           |          |  :
> uC --100k-+-----|+\  |  |
>           |     |  >-+-|I BS170
>          1k  +--|-/     |
>           |  +----------+
>           |             1R
>         Masse ----------+

Die Zeichnung verstehe ich nicht ganz. Was ist das Bauteil in der Mitte?

     ----|+\
         |  >-
      +--|-/

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Murata hat das kleinste Streufeld,
(die anderen, insbesondere axiale, sauen rum)
hält halt nur 100mA aus, das reicht
theoretisch knapp, wenn die Theorie
also stimmte wäre die ok.

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Christoph Stein schrieb:
> Was ist das Bauteil in der Mitte?

OPV

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@MaWin:

Allerherzlichsten Dank!

Nun kann ich erstmal rumexperimentieren.

Beste Grüße

Christoph

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Was ist das Bauteil in der Mitte?

OpAmp, als Schmitt-Trigger geschaltet.

Blöderweise fällt mir auf, daß der mit dem abschalten
des Transis auch seinen Mess-shunt abschaltet,
also gleich wieder meint, der Strom wäre klein genug
und wieder einschaltet. Man müsste den Spulenstrom
messen, nicht den Transistorstrom, alao das ganze
nach +5V verlagern.

          +---|<|----|<|---+
          |                |
+5V ------+--1R--+--100uH--+
          |      R1        |
          |      +--R2--+  |
         1k      +-|+\  |  |
          |        |  >-+-|I BS170
uC --100k-+--------|-/     |
                           |
                         Masse

Autor: Christoph Stein (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

ich wollte nur den Erfolg melden. Die Schaltung funktioniert 
ausgezeichnet. Die LEDs leuchten hell und klar und auf dem Oszi habe ich 
hochinteressante Bilder. Wenn ich einen kleinen Kondensator (2n) zu der 
Spule parallel schalte gehts noch besser.

Also Danke nochmal.

Grüße

Christoph

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.