Idee/Problemstellung:
An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last
betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA
(Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% ==
leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.
Fragestellung:
- Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?
- Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V
auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich
verwenden?
Die Beschaltung der LiPo-Zelle selbst erfolgt mit Batterie-Management-IC
und Über-/Unterspannungsschutz, das ist kein Problem, eine entsprechende
Schaltung habe ich bereits aufgebaut, allerdings nur mit einem
DC/DC-Wandler auf 5V und für 100 mA Maximallast, die zu 95% der
Betriebsdauer nicht mehr als 10mA benötigt. Da ich mich in Sachen
Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn
mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es
besser lösen könnte.
Florian S. schrieb:> An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last> betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA> (Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% ==> leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.
Das wird knapp. Wenn wir von einer mittleren Akkuspannung von 3.7V
ausgehen, dann entsprechen die 2.5Ah einer Energie von 9.25Wh. Davon
willst du aber nur 70% benutzen. Macht 6.475Wh. Du brauchst 6Wh auf der
12V Seite. Dann muß dein Spannungswandler einen Wirkungsgrad von
mindestens 93% haben. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß die
Kapazität des Akkus vermutlich nicht für die Entladung mit 1C
angegeben ist, sondern eher für 0.1C. Deine Hochstromentladung wird eine
geringere effektive Kapazität des Akkus zur Folge haben.
> - Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?
Im Prinzip ja.
> - Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V> auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich> verwenden?
Um von den minimal 3V am Akku auf 12V zu kommen, reicht ein Boost-
Konverter im Prinzip aus. Sperrwandler ist vom Aufwand sehr ähnlich,
kann aber keine Speicherdrossel von der Stange nutzen. Vorteil wäre
hier, daß du ein günstigeres Tastverhältnis und dadurch niedrigeren
Spitzenstrom bräuchtest. Flußwandler ist bei der geringen Leistung eher
nicht angesagt und wird durch die erforderliche Regelung auch aufwendig.
> Da ich mich in Sachen> Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn> mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es> besser lösen könnte.
Das Hauptproblem ist die relativ geringe Eingangsspannung. Viele
Regler-IC (auch die xx2577 auf den gängigen China-Modulen) gehen regulär
nur bis 3.5V Eingangsspannung runter. Andererseits gibt es natürlich
jede Menge Schaltregler IC für einen Stepup aus einer einzelnen LiPo
Zelle. Mußt du halt mal die parametrische Suche der Hersteller bemühen.
Florian S. schrieb:> Idee/Problemstellung:>> An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last> betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA> (Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% ==> leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.>
Somit max Leistung die deine Last braucht: 12*0.5A=6W
Deine Zelle hat max 1C -->3.3*2.5=8.25W-->OK, geht gut
Da deine Entladerate unter 1C ist, sollte es mehr als 1h reichen, auch
mit ein bisschen reserve (90% bzw. 20%)
> Fragestellung:>> - Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?> - Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V> auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich> verwenden?
Nim ein Chinamodul. sind günstig und für diese Last sehr klein.
Wenn du lust hast kannst du es auch diskret aufbauen, wirst aber sicher
nicht günstiger oder kleiner. höchstens ein bisschen effizienter. Der
aufwand ist aber erheblich(zumindest dass es effizienter ist als
chinamodule), wenn man keine erfahrung mit elektronik hat.
P.S.: LM2577T-ADJ ist super, geht aber bei dir nicht(oder sehr an der
Grenze). Datasheet: inputvoltage min 3.5V
>> Die Beschaltung der LiPo-Zelle selbst erfolgt mit Batterie-Management-IC> und Über-/Unterspannungsschutz, das ist kein Problem, eine entsprechende> Schaltung habe ich bereits aufgebaut, allerdings nur mit einem> DC/DC-Wandler auf 5V und für 100 mA Maximallast, die zu 95% der> Betriebsdauer nicht mehr als 10mA benötigt. Da ich mich in Sachen> Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn> mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es> besser lösen könnte.
Wenn es nur 1 Zelle ist kannst du es mit einem IC machen, oder aber
diskret aufbauen(Stichworte: Spannungsteiler, Schmittrigger, FET, evtl
LDO)
Danke erst mal an alle für die Antworten.
Zunächst mal bin ich nicht auf die 2500mAh begrenzt, alternativ könnte
ich auch eine etwas größere Zelle verwenden (bspw. 3000mAh) und damit
auf jeden Fall wieder die Mindestlaufzeit von 1h erreichen. Letztlich
soll das Ganze aber handlich bleiben, also von den Abmessungen nicht zu
groß werden. Die Ladegrenzen von 90%/20% wollte ich schon gern
beibehalten, allein um damit den Akku zu schonen bzgl. der Lebensdauer.
95/15 wäre wohl auch noch in Ordnung, 20% Kapazitäts"verlust" nehme ich
auf jeden Fall in Kauf wenn es schonender für die Zelle ist.
Wenn ihr von Chinamodul redet: Könnt ihr da ein bestimmtes empfehlen
oder ist das egal solange die Parameter stimmen? Eigentlich wollte ich
sowas ja ungern verwenden, da das Ganze am Ende schon komplett auf eine
eigene Leiterplatte untergebracht werden soll.
Die parametrische Suche habe ich zum Teil schon probiert (Microchip, TI,
Linear...) bin aber noch nicht so recht fündig geworden bzw. weiß ich
nicht worauf ich genau achten muss wenn es um 0.5A geht. Dabei wären
exotische Teile auch kein Problem, solange DigiKey die in Kleinmenge
liefern kann.
Florian S. schrieb:> Wenn ihr von Chinamodul redet: Könnt ihr da ein bestimmtes empfehlen> oder ist das egal solange die Parameter stimmen?
Die gängigen Stepup-Module haben alle den LM2577 bzw. einen Nachbau
drauf. Tatsächlich würde ich da immer einen Nachbau erwarten, selbst
wenn er mit "LM" gestempelt ist. Wie bereits gesagt, bist du mit deinem
Akku da hart an der unteren Grenze. Der LM2577 hat eine
Unterspannungsabschaltung, geht also irgendwann aus. Das kann bei
maximal 3.15V sein, typisch erst bei 2.9V. Aber natürlich schlägt der
Betrieb bei geringer Spannung auf den (ohnehin nicht berauschenden)
Wirkungsgrad.
> Eigentlich wollte ich> sowas ja ungern verwenden, da das Ganze am Ende schon komplett auf eine> eigene Leiterplatte untergebracht werden soll.
Dann bemühe die parametrische Suche bei den üblichen Verdächtigen:
Texas, Linear, OnSemi, Maxim. Die haben idR. eine eigene Kategorie für
"single cell LiPo stepup". Wie hoch du mit der Frequenz gehen kannst und
wie klein das Gehäuse sein darf, mußt du selber wissen.
