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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 3.3V Spannung aus Akkus/Batterien


Autor: Steven N. (Gast)
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Hallo allerseits,

vorweg, ich habe bereits den Artikel Versorgung aus einer Zelle 
durchgearbeitet, dennoch konnten nicht alle meine Fragen geklärt werden 
(bzw.: ich habe eher Fragen zur praktischen Durchführung).

Ich möchte gerne den GPS Logger nachbauen, dabei aber auf normale 
AA-Zellen (Akku oder Batterie) zurückgreifen. Als GPS-Empfänger möchte 
ich das Innenleben einer GPS-Maus (RoyalTek RGM-2000) verwursten. Diese 
benötigt laut Aufdruck 5V und 0.2A, gemessen habe ich einen 
Stromverbrauch von 120mA. Allerdings soll sie wohl einen integrierten 
Spannungswandler haben, welcher sie mit 3,3V versorgt. Da ich noch nicht 
genau weiß wieviel Strom die gesamte Schaltung ziehen wird wollte ich 
mal "optimistisch" mit 300 bis 400 mA rechnen.

Ich habe nun gelesen, dass man bei der Spannungsversorgung keine 
Fallunterscheidung machen sollte. Daher war meine erste Idee zu 
versuchen den Spannungswandler der Maus zu umgehen und sie direkt mit 
3.3V zu versorgen, so dass ich anschließend µC + Maus mit 3.3V versorgen 
kann.

Im Artikel wird ein LF33CV verbaut, somit benötige ich mindestens 3.75V 
Spannung. Das sollte sich mit vier AA-Zellen erreichen lassen, da die 
Gesamtspannung ja erst unter 3.75V einbrechen sollte wenn ohnehin fast 
100% der Kapazität entladen wurden (oder irre ich mich?). Wie sieht es 
in dem Fall mit einem Tiefentladungsschutz für Akkus aus, benötigt man 
den überhaupt und falls ja, wie setzt man so etwas um?

Meine zweite Überlegung war, einen Step-down einzusetzen, aber so wie 
ich das sehe macht das keinerlei Sinn, da die Eingangsspannung einfach 
zu nah an der Ausgangsspannung liegt.

Bleibt die letzte, auch im Artikel erwähnte, Methode zwei Zellen zu 
nehmen und mit einem Step-up zu arbeiten. An der Stelle habe ich nun 
einige Probleme. Zunächst einmal bin ich noch eher Anfänger und möchte 
mir ungerne teure ICs kaufen nur um sie dann womöglich zu braten. Dann 
würde ich gerne bei Reichelt bestellen, einfach weil die mir relativ 
günstig erscheinen und für mein Vorhaben quasi alles bieten (plus noch 
ein paar andere Dinge die ich für andere Baustellen benötige). Damit 
fallen viele der im Artikel erwähnten Step-ups raus, einfach weil es sie 
bei Reichelt nicht gibt. Interessant erscheint mir hier der PR4404, da 
er günstig ist und bis 300mA liefern kann. Allerdings gibt es den nicht 
in DIP (fände ich als Anfänger praktischer) und auch hier stellt sich 
die Frage nach einem Tiefentladungsschutz.

Zu welcher Variante würdet ihr mir raten, bzw. was macht als 
Spannungsversorgung mehr Sinn? Wie gestaltet man einen halbwegs 
effizienten Tiefentladungsschutz, ich konnte hierzu bisher nichts 
Gescheites finden, weiß aber auch nicht, ob ich "richtig" gesucht habe.

Es geht mir nicht um das letzte Quäntchen Effizienz, ich möchte aber 
auch nicht, dass die AA-Zellen nach zehn Minuten leer sind, es sollte 
schon möglich sein über ein paar Stunden loggen zu können. Gibt es evt. 
andere, günstige Step-ups die für mein Vorhaben geeignet sind oder ist 
der PR4404 schon in Ordnung?

Danke für eure Zeit,
Steven

Autor: Steven N. (Gast)
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Guten Morgen allerseits,

nachdem ich jetzt mal eine Nacht drüber geschlafen habe werde ich das 
Ganze nun wohl wie folgt umsetzen:

Ich werde für den Anfang eine Spannungsversorgung aus vier Zellen 
mittels LF33CV machen. Da ich nur einen Betrieb mit Akkus plane könnte 
ich so einen Wirkungsgrad zwischen 68 und 88 Prozent erreichen, was für 
den Anfang ganz ok ist. Die Spannungsversorgung werde ich jedoch modular 
gestalten, sprich den LF33CV samt Hühnerfutter auf eine extra Platine 
und per Buchsenleisten an die Hauptplatine anstöpseln. Dadurch kann ich 
dann, wenn ich später Lust, Zeit und Geld habe, auch Schaltregler usw. 
einsetzen.

Gruß,
Steven

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Ein voll geladener Akku hat etwa 1,45V. Das 4er-Pack hat demnach 5,80V. 
Der Wirkungsgrad bei voll geladenen Akkus beträgt dann weniger als 
3,3/5,8 = 56%
Mit einem einfachen Schaltregler MC34063 (Alternativen gibt es zu Hauf, 
z.B. National Simple Switcher oder was von LT) kommt man über den 
gesamten Spannungsbereich auf etwa 80% Wirkungsgrad. Der MC34063 ist 
billig und einfach in der Verwendung. Ein paar Elkos mit niedrigem ESR, 
eine Spule, Spannungsteiler für Ausgangsspannung. Bekommt man zusammen 
für 2-3Eur.
Ein Designtool findest Du hier:
http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml
Da der MC34063 mindestens 3V benötigt, könnte man versuchen, ganz ohne 
Spannungsüberwachung zu arbeiten. Dabei ist die Ausgangsspannung auch 
schon jenseits der 3.3V... Um die Akkus mit einem Schaltregler wirklich 
vollständig zu Entladen macht man daher einen SPIC-Wandler rein, der 
sowohl runter als auch rauf regeln kann.
Ansonsten würde ich die Eingangsspannung entweder mit einem freien 
Analog-Input eines Controllers messen (oder nur die Schaltschwelle über 
den Internen Komparator eines ATTiny bzw. AT89C2051 auswerten) oder mit 
einem externen Komparator bestimmen. In die +-Leitung kommt ein P-Kanal 
MOSFET (Logic-Level-Typ), Source an +, Drain zum Regler. Über einen 
Taster zieht man das Gate gegen Masse und schaltet das Gerät so ein. 
Danach zieht der Controller oder der Komparator den Pin weiter gegen 
Masse, solange die Eingangspannung über 0,8V/Zelle liegt.

unn tschuess
Bernhard

Autor: Steven N. (Gast)
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Hallo,

danke für deinen Beitrag.

Als Akkus kommen NiMH zum Einsatz, diese sollen ja nicht unter 1V pro 
Zelle entladen werden, damit habe ich im schlechtesten Fall 4V. 
Allerdings benötigt der MC34063 bei 3.3V am Ausgang eine 
Eingangsspannung > 4.6V (3.3V + 1.3V interner Darlington). Somit würde 
das Ganze ja schon bei einer Zellenspannung von 1.15V abschalten.

Das scheint aber, wenn ich mir die Entladekurve von NiMH anschauen, erst 
der Fall zu sein, wenn die Akkus ohnehin zu ~90% entladen wurden. Bei 
Batterien ist dies wegen der linearen Entladekurve bereits früher der 
Fall, für mich jedoch eher weniger relevant da ich hauptsächlich mit 
NiMH arbeiten möchte.

Somit müsste ich den MC34063 doch so oder so als Buck-Converter 
betreiben können, oder?

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