Umschaltung zwischen Netz und Batterie, dahinter Step-Up-Converter

[Andrea D. (Gast)]

Hallo!

Ich entwickle einen Controller für ein Sensorsystem und versuche gerade 
folgendes Problem zu lösen:

Ich habe eine externe Spannungsversorgung von 24V (DC), die aber nur 
zeitweise zur Verfügung steht. Die Zeiten ohne diese Versorgung will ich 
mit einer Batterie überbrücken. Die vorläufig ausgesuchte Batterie hat 
3V.
Damit will ich drei Sensoren und einen Mikrocontroller (Atmega16) 
versorgen, die jeweils 5V benötigen und insgesamt bis zu ca. 125mA 
schlucken.
Da ich nicht kontrollieren kann, wann die externe Spannungsversorgung 
ein- bzw. ausgeschaltet ist, brauch ich eine Schaltung, die automatisch 
umschaltet. Dazu habe ich mir beigefügte Schaltung überlegt, in der ich 
einen P-Kanal-MOSFET dazu nutze.
Aus den 24 V mache ich mit einem Spannungswandler VOR dem MOSFET (und 
vor der Diode) 5V. Dann habe ich nach der Diode leider keine 5V mehr. In 
der Simulation sind es 4,2 V; die Sensoren laufen erst ab 4,75V.
Deshalb will ich nach dem Umschaltsystem einen Step-Up-Converter 
schalten (an der Stelle an der im Schaltbild der Widerstand "Last" 
eingezeichnet ist) und daran meine Sensoren und den Controller hängen.

Kann man das so machen?

Eine Simulation hat außerdem gezeigt, dass von den 3V aus der Batterie 
nach dem Umschaltsystem 1,5V angekommen (wenn die andere Spannungsquelle 
abgeschaltet ist). Das würde für den Step-Up-Converter (ein LTC3401) 
immer noch ausreichen.


In einem nächsten Schritt soll auch noch eine SD-Karte versorgt werden. 
Diese benötigt 3,3V.
Meine Überlegung: Parallel zu dem einen noch einen zweiten 
Step-Up-Converter (ebenfalls LTC3401) schalten und auf 3,3V 
Ausgangsspannung einstellen. Dann kann ich sogar den Mikrocontroller mit 
3,3V statt 5V betreiben, um Strom zu sparen. Ist das eine gute Idee oder 
könnte das zu unerwünschten Effekten führen?


Kann mir dazu jemand eine qualifizierte Einschätzung geben?

Freundliche Grüße,
Andrea

[oszi40 (Gast)]

>3V aus der Batterie
Bei 3V am Eingang sind die Verluste vermutlich höher als der Nutzen.

Daher gehen viele DC-Wandler-Datenblätter erst bei 4,5V los. Suche z.B. 
mal da http://www.recom-international.com/de/products-menu/dcdc.html

[holger (Gast)]

>Ich habe eine externe Spannungsversorgung von 24V (DC), die aber nur
>zeitweise zur Verfügung steht.

Warum ist das so und wie lange stehen sie zur Verfügung?

>Die Zeiten ohne diese Versorgung will ich
>mit einer Batterie überbrücken. Die vorläufig ausgesuchte Batterie hat
>3V.

Welche Batterie? Warum nicht 6V? Siehe unten.

>Damit will ich drei Sensoren und einen Mikrocontroller (Atmega16)
>versorgen, die jeweils 5V benötigen und insgesamt bis zu ca. 125mA
>schlucken.

Aus der 3V Batterie werden dann 250mA gezogen.
Rechne dir selber aus wie lange deine Batterie hält.

>Dann habe ich nach der Diode leider keine 5V mehr. In
>der Simulation sind es 4,2 V;

Schon mal was von Schottky Dioden gehört?

Dein Konzept ist komplett fürn Arsch;)

[Michelle K. (Firma: electronica@tdnet) (michellekonzack)]

Hallo Andrea,

also ich würde dir eher zu 8-9 NiMH raten und über eine Diode
an die 24 Volt Leitung hängen womit Du 100% überbrückungsfrei
die notwendige Eingangsspannung für den 5V Regler bekommst.

Laden kannste die Zellen von den 24 Volt automatisch und vor
allem mit einer sehr einfachen Schaltung.

Grüße
Michelle

[Sebastian M. (sebastian_m)]

zum zusammenschalten von 5V gibts die LTC4413, eine "ideale" diode, die 
nutz ich, um in einem gerät zw. usb spg und ext. spannung umzuschalten, 
ohne unterbrechung, ist durch widerstandskombinationen einstellbar

gruß

[Andrea D. (Gast)]

Zunächst mal vielen Dank für die Antworten.

oszi40 schrieb:
> Bei 3V am Eingang sind die Verluste vermutlich höher als der Nutzen.
>
> Daher gehen viele DC-Wandler-Datenblätter erst bei 4,5V los.
Der LTC3401 soll bei 1,2V...3,3V Eingangsspannung und 250mA Last laut 
Datenblatt immer noch mit einer Effektivität von 80% arbeiten. Klingt 
nicht so schlecht, finde ich.

Zu den 24V, die nur zeitweise zur Verfügung stehen:
holger schrieb:
> Warum ist das so und wie lange stehen sie zur Verfügung?
Mein Sensorsystem befindet sich als Teil in einem größeren Messsystem. 
Dieses fährt mehrere Messpunkte an und führt dort Messungen durch. 
Während der Fahrt ist der Strom (die 24V) aus (geht leider auch nicht 
anders), während der Messung an. Mein Sensorsystem muss allerdings 
gerade während der Fahrt arbeiten.
Die Messungen mögen einige Minuten dauern, die Fahrt von Messpunkt zu 
Messpunkt ebenfalls einige Minuten.

holger schrieb:
> Welche Batterie? Warum nicht 6V? Siehe unten.
SL2780
http://de.farnell.com/tadiran-batteries/sl2780-t/batterie-lithium-hohe-kapazitaet/dp/1187257
Ich kann natürlich zwei hintereinander schalten.

holger schrieb:
> Aus der 3V Batterie werden dann 250mA gezogen.
> Rechne dir selber aus wie lange deine Batterie hält.
Energieerhaltungssatz - daran hätte ich vielleicht auch denken sollen. 
Wenn ich mit zweien hintereinander, also 6V, arbeite müsste es bei ca. 
125mA bleiben. Dann halten die Batterien 2*88 Std. = 176 Std. statt 24 
Std. (bei 55°C). Danke für den Tipp.

holger schrieb:
> Schon mal was von Schottky Dioden gehört?
Bei einer Schottky-Diode würde der Spannungsabfall ca. 0,4V betragen.
5V - 0,4V = 4,6V < 4,75V. Besser, reicht aber nicht. Das Problem bleibt.

holger schrieb:
> Dein Konzept ist komplett fürn Arsch;)
Mit den 2 Batterien bzw. 6V auch noch? Wenn ja, warum?

Michelle Konzack schrieb:
> also ich würde dir eher zu 8-9 NiMH raten
Das ganze soll bis zu 85°C einsatzfähig sein. Das schaffen die NiMH 
leider nicht.

Sebastian M. schrieb:
> zum zusammenschalten von 5V gibts die LTC4413, eine "ideale" diode,
Genial, damit habe ich in meinem Fall nur ca. 60mV Spannungsverlust. 
Bleiben von 5V also 4,94 V, klasse. Danke für den Tipp.


Dann würde ich mir den Step-Up-Converter sparen und aus den 6V der 
beiden Batterien mittels Spannungsregeler (stabile) 5V machen.

Hat jemand noch einen Tipp für den MOSFET? Ist der BSS84 die geeignete 
Wahl?

Freundliche Grüße,
Andrea