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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung mit LiPo - Idee umsetzbar?


Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Hallo Freunde der Elektronik,

ich bin gerade dabei, eine Spannungsversorgung zu planen. Ich habe 
folgende Anforderung:

- Speisespannung aus einem KFZ-Bordnetz (7 - 24 V)
- Es soll ein Akku zur Pufferung von Motorstarts integriert werden
- Gerät soll aber auch komplett im Akku-Betrieb laufen
- Akku soll in der Schaltung geladen werden können
- 3,3V und 5V werden benötigt
- Ladung auch über USB möglich
- Ladungvorgang soll von außen ein-/ausschaltbar sein

Ich habe dazu mal eine Idee skizziert. Ist das technisch so umsetzbar?

Vielen Dank schonmal,
Gruß Jörg

Autor: Yago Shep (yago)
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Ich würde es Trennen, so dass entweder der Schaltregler+5V oder der 
DC/DC funktionieren, nicht aber beide gemeinsam (evtl durch relais?)
Ausserdem würde ich den Laderegler nicht mit dem DC/DC verbinden, warum 
sollte sich der Akku laden wenn davon gespiesen wird? (perpetuum mobile? 
:D)

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Naja. Für USB z.B. brauchst du einen kompletten Controller, damit der 
den Ladestrom dem PC mitteilt.

Autor: Ben (Gast)
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auf jeden fall trennen. der ausgangsseitige DC/DC wandler versorgt 
immer die schaltung und wird nur aus verschiedenen quellen gespeist. 
anders bekommst du störungen nicht raus, die z.b. beim umschalten der 
stromversorgung entstehen können. wenn der wandler aber sowieso läuft 
regelt er solche schwankungen einfach aus.

die umschaltung der eingangsspannung mußt du nur so verlustarm wie 
möglich hinbekommen. und dieser teil muß gleichzeitig querströme 
zwischen den stromquellen vermeiden, sonst würde z.b. der 
bordnetz-wandler den akku direkt laden. das könnte der übel nehmen. oder 
dieser wandler speist den USB... auch nicht so gut.

aber du brauchst für den USB keinen controller, an den ports liegen 
immer 5V (oft sogar im standby) wo du deinen ladestrom einfach 
rausziehen kannst, maximal glaube ich 500mA.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> - 3,3V und 5V werden benötigt
Bist du sicher, dass ein Schaltregler von 5V auf 3,3V nötig ist? Welchen 
Strom brauchst du auf der 3,3V Schiene?

Der USB ist nach deiner Skizze direkt an 5V angeschlossen. Die 5V vom 
USB hast du zwar noch direkt am PC, aber nach dem USB-Kabel sind davon 
je nach Last oft nur noch 4V über  :-/

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ja. Möglichst dann mehrerer solcher Schaltungen, die 500mA ziehen ohne 
es ordnungsgemäß anzumelden, zudem ein Holzhaus, ne Feier wo alle 
hinmüssen, den PC anlassen, einen PC haben der keine USB-Sicherungen 
hat, das wäre dann optimal.

Autor: Gast (Gast)
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>rausziehen kannst, maximal glaube ich 500mA.

Mit Glaube kann man zwar Berge versetzen, aber keine Schaltung 
betreiben.

Gast

Autor: Ben (Gast)
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also "abgesichert" sind die usb ports auf dem board mit einem ganzen 
ampere für meistens je zwei anschlüsse. könnten sogar 1,6A sein bei dem 
board was ich gerade vor mir liegen habe.

ich geh einfach mal davon aus, daß ein usb-scanner mit seiner 
elektronik, der lampe und dem motor mal ganz locker 500mA bei 5V ziehen 
kann, das sind gerade mal 2,5 watt. das ist nicht viel für einen 
scanner. ich geh auch einfach mal davon aus, daß der pc-anwender selber 
dafür zu sorgen hat, daß er seinen PC bzw. sein netzteil nicht 
überlastet.

wenn ihrs besser wisst einfach mal ein paar kompetente werte anstatt 
nur blöder bemerkungen - danke! habe ja nichts gegen gute witze oder 
übertreibungen wie staplerfahrer klaus, aber ohne fachliche hinweise 
find ich das nicht besonders produktiv.

und übrigens hab ich in meiner laufbahn als pc-bastler schon mehrere 
zerschossene netzteile gehabt und teilweise auch repariert wo der 5V 
standby-regler zerschossen war. aber ein äußerlich verkohltes bzw. 
ausgebranntes war noch nicht dabei.

Autor: Bernhard Mayer (bernhard84)
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Hi.

Du musst bedenken, dass bei USB im schelchtesten Fall (buspowered hub, 
spannungen an der unteren Grenze) nur ca. 4,3 V bei deinem Gerät 
ankommen.

Welchen Lade-IC willst du verwenden? MAX1811?

Und wieviel Strom braucht deine Schaltung überhaupt? Das wäre wichtig, 
um abzuschätzen, ob jedes % wirkungsgrad ausgenutzt werden muss oder ob 
man mit den verlusten leben kann.

Bernhard

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Hallo,

sorry, dass ich mich erst jetzt melde, aber ich war gestern Unterwegs 
und da habe ich es nicht geschafft, hier ins Forum zuschauen.

Die oben gezeigte Skizze war erstmal nur ein Idee, soll nicht heißen, 
dass es so umgesetzt werden muss. Über kreative Idee bin ich immer 
dankbar.


Um euch erstmal einen Überblick zu geben, hier mal die möglichen 
Betriebsmodi der Spannungsversorgung;

1:
- Gerät läuft nur aus Akku
- keine Versorgung aus dem Bordnetz
- keine Versorgung über USB
- Akku wird nicht geladen

2:
- Gerät läuft nur über USB
- keine Versorgung aus dem Bordnetz
- keine Versorgung aus dem Akku
- bei Bedarf und bei ausreichenden Stromreserven soll Akku geladen 
werden

3:
- Gerät wird nur über Bordnetz versorgt
- keine Versorgung über USB
- gelegentliche Versorgung aus dem Akku -> bei Bordnetzschwankungen beim 
Motor starten
- Bei Bedarf Akku laden

Aus diesen Modi, habe ich mir dann diese Idee überlegt, sie natürlich 
noch nicht zu 100% ausgereift ist.
Vielleicht lässt sich ja jetzt mit dem Hintergrundwissen etwas ganz 
anderes realisieren.

Viele Grüße Jörg

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ben schrieb:
> also "abgesichert" sind die usb ports auf dem board mit einem ganzen
> ampere für meistens je zwei anschlüsse. könnten sogar 1,6A sein bei dem
> board was ich gerade vor mir liegen habe.
>

[..]


Jetzt verstehe ich die Schaltung erst. Der PC soll über seine USB-Buchse 
versorgt werden.


> und übrigens hab ich in meiner laufbahn als pc-bastler schon mehrere
> zerschossene netzteile gehabt und teilweise auch repariert wo der 5V
> standby-regler zerschossen war. aber ein äußerlich verkohltes bzw.
> ausgebranntes war noch nicht dabei.

Sag nie Bastler. Dann nimmt dich ein Professioneller nicht mehr wahr.

Der Grund warum nicht jedes Haus in DE gleich wieder nach dem Bau 
abbrennt, ist ein einfacher: Weil eben immer viele Sicherungen vorhanden 
sind, die das verhindern: Vorschriften, echte Sicherungen, statistische 
Erhebungen, deine Ortsfeuerwehr für die Nachbarhäuser usw.

Und vor Jahrhunderten hat man genau aus diesem Grund dann auch 
aufgehört, die Häuser (vorher platz- und kostensparend) eben nicht mehr 
aneinander zu bauen.

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Ein kleines Zwischenthema:

Kennt ihr eine sinnvolle Möglichkeit, außer einem mechanischen Relais, 
wie man einen Spannungspfad trennen könnte?

In den Sinn kam mir eine Schaltung álá Verpolschutz, mit einem im 
Spannungspfad sitzendem p-MOS, aber den bekommt ja nicht kommtplett 
sperrend.
Und eine mechanisches Relais würde ich nicht nehmen wollen.


Bernhard Mayer schrieb:
> Welchen Lade-IC willst du verwenden? MAX1811?

> Und wieviel Strom braucht deine Schaltung überhaupt? Das wäre wichtig,
> um abzuschätzen, ob jedes % wirkungsgrad ausgenutzt werden muss oder ob
> man mit den verlusten leben kann.

Die Auswahl des Lade-ICs habe ich noch nicht getroffen, es sollte aber 
einer sein, der auch einen EN-Eingäng zur Verfügung stellt.


Lothar Miller schrieb:
> Bist du sicher, dass ein Schaltregler von 5V auf 3,3V nötig ist? Welchen
> Strom brauchst du auf der 3,3V Schiene?

ca. 250 mA werden benötigt


Gruß Jörg

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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So, habe es jetzt nun doch nochmal mit meiner ersten Idee einen 
Halbleiterschalter zu realisieren probiert. Siehe da, es geht 
tatsächlich.

Was haltet ihr davon?


P.S. Dieses Thema wollte ich nur vorweg nehmen, um eventuell den DC/DC 
oder die USB Leitung zu trennen.

Autor: Olaf (Gast)
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> Ich habe dazu mal eine Idee skizziert. Ist das technisch so umsetzbar?

Ja, kein Problem. Ich hab das schon vor ein paar Jahren mal gemacht:

http://www.criseis.ruhr.de/powerbox/powerbox.html

Mit USB geht das aus den hier bereits genannten Gruenden zwar nicht
so einfach. Aber mit den 12V aus dem Auto kann man problemlos aufladen.

Falls du das so nachbaust, vergiss nicht noch ein bisschen 
UEberspannungsschutz zu integrieren. Du hast im Boardnetz eines Autos 
ganz erhebliche Spannungsspitzen.

Olaf

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Da ich doch noch ein wenig andere Anforderungen habe und auch mein 
Aufbau etwas anders ist, schließe ich mal ein 1:1 Nachbau aus.

Ein paar Ideen sind sicherlich sehr nützlich ;)


Ich bin gerade am überlegen, welche Pfade ich alle trennbar mache.
Wie verhält sich das in der Regel mit solchen DC/DC-Wandlern oder 
Schaltreglern, wenn ich die Eingangsseite abtrenne, aber am Ausgang 
immernoch eine Spannung von einer anderen Quelle anliegt?

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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So, ich habe nun meine Idee nochmals überarbeitet und dazu mal eine 
Tabelle erstellt, wie und wann welche Leitungen getrennt sein sollten.



Modus | Hauptschalter |   S1    |   S2    |   S3    | EN_1 | EN_2 |
-------------------------------------------------------------------
  1   |    geschl.    |  offen  |  offen  | geschl. |  0   |  1   |
-------------------------------------------------------------------
  2   |    geschl.    |  offen  | geschl. |  offen  |  0   |  0   |
-------------------------------------------------------------------
  3   |    geschl.    | geschl. |  offen  |  offen  |  1   |  0   | 
-------------------------------------------------------------------
  4   |     offen     |  offen  | geschl. |  offen  |  1   |  0   | 
-------------------------------------------------------------------
  5   |     offen     | geschl. |  offen  |  offen  |  1   |  0   | 
-------------------------------------------------------------------

1: Akkubetrieb
2: USB-Betrieb
3: Bordnetz
4: nur laden aus Akku
5: laden aus Bordnetz


Kann das mal bitte jemand überprüfen, ob das so in Ordnung ist, sodass 
weder Bauteile zerstört, noch Störungen verursacht werden?

Vielen Dank

Autor: Gregor Wetzel (gregor78)
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Deine Schaltung darf nach der USB-Spezifikation nur eine Lasteinheit 
(100mA) aus dem USB-Anschluss aufnehmen. Wenn Du mehr willst brauchst Du 
einen µC welcher mit dem PC eine größere Stromaufnahme aushandelt.
Dann kannst Du z.B. einen MAX8903A verwenden, seine Stromaufnahme aus 
dem USB-Anschluss lässt sich einstellen.

Gregor

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Asso, stimmt.

Ich hatte ganz vergessen zu sagen, dass auf jeden Fall ein µController 
mit integriertem USB-Device zum Einsatz kommen wird.

Der MAX8903A sieht echt interessant aus. Den muss ich mir mal genauer 
anschauen.

Autor: Jörg Oe (joerchi)
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Kennt jemand noch weitere solcher Management IC's, wie den MAX8903?

Diese würde mir das designen wesentlich leichter machen.

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