Hallo zusammen,
eins vorweg, ich bin ziemlicher Neuling, also seid bitte gnaedig :)
Ich gruebel gerade ueber eine Moeglichkeit, eine automatische
Umschaltung der Versorgungsspannung auf eine Puffer-Batterie zu
reallisieren. Im Forum habe ich zwar schon einige Beitraege zu dem Thema
gefunden, aber keinen zu meinem konkreten Fall.
Meine Spannungsversorgung soll entweder von einem Netzteil oder eben
eine Pufferbatterie gespeist werden. Dabei moechte ich in beiden Faellen
moeglichst die gleiche Ausgangsspannung.
Daher ist die Idee, fuer den Netzteil-Zweig einen einfachen Linearregler
zu verwenden und fuer den Batterie-Zweig einen StepUp Wandler.
Konkret geht es mir um Vout = 3.3 V.
Als Step-Up will ich einen MCP1640 einsetzen, den habe ich standalone
schon zum laufen bekommen und bin mit dem Ergebnis recht zufrieden.
Der MCP1640B bietet einen Enable Eingang der, wenn auf Masse gezogen,
den Wandler mehr oder weniger ausschaltet (laut Datenblatt zieht er dann
<1uA aus der Batterie).
Meine Idee fuer die Umschaltung ist jetzt einfach dafuer zu sorgen,
dass dieser Eingang auf Masse liegt wenn die Netzteil-Spannung da ist
und auf Vbat wenn eben nicht.
Die Ausgaenge beider Zweige schalte ich einfach zusammen.
Im Anhang ist mein Entwurf fuer die entsprechende Schaltung.
Oben eben der Schaltregler mit dem MCP1640, unten der Linearregler.
Die Umschaltung soll via Q1, R1 & R2 funktionieren.
Idee:
Wenn Netzteilspannung da ist, dann liegt das Gate von Q1 auf Vnet und Q1
schaltet durch. Dadurch liegt nun wie gewuenscht Enable auf Masse.
Wenn keine Netzteilspannung anliegt, wird das Gate von Q1 ueber R2 auf
Masse gezogen und Q1 ist hochohmig. Enable liegt dann via R1 auf Vbat
und der SteUp Wandler sollte laufen.
Der Elko CP1 dient als Puffer um die Umschaltphase zu ueberbruecken.
Wuerde diese Schaltung so prinzipiell ueberhaupt funktionieren?
Ein paar Sachen sind mir selbst schon aufgefallen bzw. unklar:
1. Die Ausgaenge des SetUp Wandlers und des Linearreglers sind einfach
so zusammengeschaltet. Kann das ein Problem sein?
2. Kann waehrend der Umschaltphase am Ausgang eine Spannung > 3.3 V
anliegen?
3. Ich moechte die Versorgung so effizient wie moeglich haben. Was
natuerlich schlecht waere ist, wenn die Batterie permanent, auch im
Netzteilbetrieb, signifikant belastet wird. Wenn Netzteilspannung da
ist, wird die Batterie ueber R1 belastet. Kann ich R1 (& R2) beliebig
hoch waehlen ?
4. Angenommen das geht so ueberhaupt, spricht was dagegen den
Linearregler durch einen StepDown zu ersetzen um eine hoehere Effizienz
im Netzteil-Zweig zu erreichen?
Danke,
cn
doh...na toll, wieso wurden jetzt gl. das alte und das neue Bild
hochgeladen...war jedenfalls nicht meine Absicht
@Admin/Moderator: wenn moeglich, bitte das linke loeschen, Danke
cn schrieb:> 1. Die Ausgaenge des SetUp Wandlers und des Linearreglers sind einfach> so zusammengeschaltet. Kann das ein Problem sein?
Das kann definitiv ein Problem sein. Was der Step-Up im inneren hat weiß
man nicht genau, weil man den inneren Aufbau nicht kennt. Im Datenblatt
unter 4.1.3-4 steht da einiges:
> With the EN input pulled low, the output is connected to the input> using the internal P-Channel MOSFET.
Auch dein nicht genannter Linearregler kann das übel nehmen und ich
würde die Chance, das es funktioniert, als gering einschätzen. ->
Datenblatt lesen
Man könnte als einfache Lösung die Ausgangsspannungen um eine
Diodenstrecke erhöhen und jeweils eine Diode nachschalten. Das geht nur
wenn die Last nicht zu arg schwankt und eine etwas ungenaue
Ausgangsspannung egal ist. Es gibt auch spezielle ICs, die dasselbe mit
Mosfets machen.
> 2. Kann waehrend der Umschaltphase am Ausgang eine Spannung > 3.3 V> anliegen?
Nein.
> 3. ... Kann ich R1 (& R2) beliebig hoch waehlen ?
Nein, aber das hängt vom Umfeld ab.
> 4. Angenommen das geht so ueberhaupt, spricht was dagegen den> Linearregler durch einen StepDown zu ersetzen um eine hoehere Effizienz> im Netzteil-Zweig zu erreichen?
Nein.
Wieviel Strom braucht die Schaltung denn?
Erstmal Danke fuer deine Antwort!
Da keine Kritik an der Schaltung um Q1 kam, abgesehen vom Wert von R1 &
R2, nehme ich mal an, dass zumindest das an sich so funktionieren
sollte? Kann man das irgendwie auch schlauer machen?
Alexander Schmidt schrieb:>> 3. ... Kann ich R1 (& R2) beliebig hoch waehlen ?> Nein, aber das hängt vom Umfeld ab.
R1 & R2 duerften, denke ich jedenfalls, Einfluss auf die Umschaltzeit
von Q1 und den Pegelanstieg/-fall an EN, und damit der ganzen
Spannungsumschaltung haben, oder?
Wie kann ich denn die Werte bestimmen?
Alexander Schmidt schrieb:> Das kann definitiv ein Problem sein. Was der Step-Up im inneren hat weiß> man nicht genau, weil man den inneren Aufbau nicht kennt. Im Datenblatt> unter 4.1.3-4 steht da einiges:>> With the EN input pulled low, the output is connected to the input>> using the internal P-Channel MOSFET.
Das gilt ja nur fuer die Typen, die im "input bypass" Modus arbeiten.
Laut Tabelle 4-1 sind das MCP1640C & MCP1640D. Die Varianten MCP1640 &
MCP1640B arbeiten im "true dissconnect" Modus, in 4.1.3 heisst es dazu:
>The MCP1640B devices incorporate a true output>disconnect feature. With the EN pin pulled low, the>output of the MCP1640B is isolated or disconnected>from the input by turning off the integrated P-Channel>switch and removing the switch bulk diode connection.>This removes the DC path that is typical in boost converters,>which allows the output to be disconnected>from the input. During this mode, less than 1 μA of current>is consumed from the input (battery). True output>disconnect does not discharge the output, the output>voltage is held up by the external COUT capacitance.
Fuer mich klingt das eigentlich so, als waere mit EN=low der Ausgang
von Eingang komplett getrennt.
Alexander Schmidt schrieb:> Auch dein nicht genannter Linearregler kann das übel nehmen und ich> würde die Chance, das es funktioniert, als gering einschätzen. ->> Datenblatt lesen
Hatte absichtlich keinen speziellen Typen genannt, weil ich a) keinen
Favoriten habe und b) die Schaltung so vllt. auch mal mit anderen
Spannungen, z.B. 5.0 V einsetzen moechte und dann eh wieder einen
anderen braeuchte.
Ich habe einige TS1117CW-3,3 runliegen und fuer das konkrete Projekt
wuerde ich eben diesen Typ nehmen.
Alexander Schmidt schrieb:> Man könnte als einfache Lösung die Ausgangsspannungen um eine> Diodenstrecke erhöhen und jeweils eine Diode nachschalten. Das geht nur> wenn die Last nicht zu arg schwankt und eine etwas ungenaue> Ausgangsspannung egal ist. Es gibt auch spezielle ICs, die dasselbe mit> Mosfets machen.
Die Loesung, die beiden Spannung ueber 2 Dioden zusammen zu legen, ist
mir bei meiner Suche im Forum auch schon begegnet, allerdings hat man
dann ja eben das Problem des Spannungsabfalls von ca.0.7 V.
Auf StepUp Seite waere das erstmal nicht so das riesen Problem, dort
koennte ich einfach eine entsprechend hoehere Spannung einstellen.
Wie wuerde das bei einem Linearregler funktionieren?
Ich muesste einen Typ mit einstellbarer Ausgangsspannung nehmen und auf
ca. 4V einstellen. Haettest du da einen Empfehlung fuer einen
entsprechenden Regler?
Im Anhang mal eine modifizerte Version meines urspruenglichen Entwurfs
mit einstellbarem Regler und Dioden.
Waere das eine praktikable Loesung?
Alexander Schmidt schrieb:> Wieviel Strom braucht die Schaltung denn?
Wie (spannungs-)stabil waere eine solche Loesung denn?
Meine Schaltung soll, trommelwirbel der klassische Wecker als mein
erstes groesseres Projekt werden.
Sprich, Hauptstromfresser wird die Anzeige, welche aus 4 gemultiplexten
7-Segmentanzeigen + 2 LEDs fuer den Doppelpunkt dazwischen bestehen
wird.
Ich hatte nicht vor den Helligkeitsverlust durch das Multiplexen mit
entsprechend hoeheren Pulsstroemen zu kompensieren, eigentlich wollte
ich sogar versuchen die LEDs trotz Multiplexing mit weniger als 20mA/LED
zu betreiben um den Verbrauch gering zu halten. Dann kommen noch so ca.
3 LEDs fuer die Alarmanzeige, eine RTC, ein DCF77 Empfaenger, ein
Temperatursensor und im Alarmfall, ein kl. Verstaerker um LM386 +
Lautsprecher, 1-2 AT45DB081D (1MB FLASH) und wahrscheinlich noch ein
Aufwachlicht in Form von zusaetzlichen LEDs hinzu.
Da kommt also im worst-case schon ein bisshen was zusammen.
Ich wuerde als Peak ganz grob 200-300 mA schaetzen.
Ich moechte auf MCU Seite gerne wissen von welcher Quelle ich gerade
gespeist werde indem ich einfach den Enable Eingang des MCP1640 an einen
MCU-Eingang fuehre. Wird aus der Batterie gespeist, moechte ich einige
Dinge nicht nutzen und z.B. das Tastverhaeltnis beim Multiplexen
anpassen um Strom zu sparen. Sprich, in dem Fall wuerde ich weniger
brauchen.
Auch duerfte sich der Stromverbrauch zw. Wecken und Normalbetrien
deutlich unterscheiden.
Alexander Schmidt schrieb:> Es gibt auch spezielle ICs, die dasselbe mit> Mosfets machen.
Davon habe ich auch schon gehoert, aber bis jetzt keinen gefunden.
Hast du da vllt. einen heissen Tipp ?
Ein IC der einfach 2 Eingangsspannungen bekommt, eine Ausgangsspannung
liefert und die Umschaltung intern macht, waere super.
Ich wuerde die Konstruktion um Q1 beibehalten und der Chip wuerde quasi
fuer die Zusammenlegung der beiden Zweige sorgen.
Ich hatte aber auch gehoert, dass solche Teile recht teuer sein sollen.
Gruss,
cn
cn schrieb:> R1 & R2 duerften, denke ich jedenfalls, Einfluss auf die Umschaltzeit> von Q1 und den Pegelanstieg/-fall an EN, und damit der ganzen> Spannungsumschaltung haben, oder?> Wie kann ich denn die Werte bestimmen?
Da hast du recht. Rein intuitiv hätte ich eher zu 100k gegriffen.
cn schrieb:> Fuer mich klingt das eigentlich so, als waere mit EN=low der Ausgang> von Eingang komplett getrennt.
Das klingt tatsächlich so aber ???
Ich würde es einfach mal testen indem du bei Disable über einen
Schutzwiderstand eine externe Spannung an den Ausgang anlegst und
überprüfst ob da nun ein Strom hereinfliesst oder nicht.
Dann kannst du sicher sein.
Wenn es dann so ist, dass es getrennt ist, kannst du zumindest
diese Ausgangsdiode schon einmal einsparen.
Die nächste analyse ist dann am Linearregler fällig.
Kann man diese Ausgangsdiode auch einsparen ?
Da gibt es ja durchaus Modelle , die am Ausgang keine höhere
Spannung als am Eingang vertragen. Die z.B. bei LM 7805 verwendete
Schutzdiode die den Ausgang zum eingang zurückleitet wäre bei deiner
jetzigen Schaltung aber kontaproduktiv, da diese Rückführung ja wieder
deinen Q1 ansteuert.
Wenn man diese Rückführungsdiode nun einbaut müsste man ggf.
eine weitere Diode am Eingang des Linearreglers setzen. damit
dann durch die Rückführung der Regler geschützt und die zweite
diode verhindert eine Rückführung auf das Gate.
Alternatif könnte man wohl auch den Ausgang des Lineraren
über einen Mosfet in der Ausgangsleitung abtrennen.
Da musst du wohl noch etwas tüfteln.
Gruss Klaus
cn schrieb:> Da keine Kritik an der Schaltung um Q1 kam, abgesehen vom Wert von R1 &> R2, nehme ich mal an, dass zumindest das an sich so funktionieren> sollte?
Prinzipiell ja. Allerdings muss es ein N-Mosfet sein und einer der schon
bei 5V durchschaltet. Nennt sich Logic-Level. Dein NDS0610 geht nicht.
>>> 3. ... Kann ich R1 (& R2) beliebig hoch waehlen ?>> Nein, aber das hängt vom Umfeld ab.> R1 & R2 duerften, denke ich jedenfalls, Einfluss auf die Umschaltzeit> von Q1 und den Pegelanstieg/-fall an EN, und damit der ganzen> Spannungsumschaltung haben, oder?
Richtig. R2 kannst du deutlich geringer machen, weil er eh nur vom
Netzteil versorgt wird. 1kΩ oder so.
Das Umschalten zum Netzteil geht sehr schnell, weil 0Ω.
> Wie kann ich denn die Werte bestimmen?
R1 am Besten über den Strom der in den EN-Pin fließt, sollte im
Datenblatt stehen, ansonsten nachmessen.
Dann schauen bis zu welchem Pegel noch ein High erkannt wird.
R2 ist ja unkritisch.
>> Das kann definitiv ein Problem sein.> Das gilt ja nur fuer die Typen, die im "input bypass" Modus arbeiten.> Laut Tabelle 4-1 sind das MCP1640C & MCP1640D. Die Varianten MCP1640 &> MCP1640B arbeiten im "true dissconnect" Modus, in 4.1.3 heisst es dazu:>>The MCP1640B devices incorporate a true output>>disconnect feature. With the EN pin pulled low, the>>output of the MCP1640B is isolated or disconnected>>from the input by turning off the integrated P-Channel>>switch and removing the switch bulk diode connection.
Wenn das so stimmt kannst du sogar D1 weglassen. Ob der Strom über den
FB-Pin störend ist kann man nicht sagen, dazu steht auch nichts im
Datenblatt. Solltest du mal ausprobieren. Wenn RV1 groß genug ist sollte
das kein Problem sein.
> Ich habe einige TS1117CW-3,3 runliegen und fuer das konkrete Projekt> wuerde ich eben diesen Typ nehmen.
Für deine Schaltung muss es aber ein TS1117-ADJ sein. Außerdem C4 und C3
laut Datenblatt beschalten, die können durchaus kritisch sein.
> Ich muesste einen Typ mit einstellbarer Ausgangsspannung nehmen und auf> ca. 4V einstellen.
Ja. Oder Schottky (z.B. 1N5817) und 3,7V. Die Ausgangsspannung schwankt
dann zwischen:
3,70V - 0,50V = 3,20V bei 300mA und
3,70V - 0,30V = 3,40V bei 10mA
Siehe http://www.diotec.com/pdf/1n5817.pdf rechtes Diagramm auf Seite 2.
Wenn du also sicherstellen kannst, dass dein Stromverbrauch innerhalb
dieser Grenzen ist und deine Schaltung auch diese Spannungsschwankung
verträgt, dann sollte es kein Problem sein.
Aber Achtung, von verschiedenen Herstellern fallen die Kurven auch
anders aus. Am Besten also vorher messen. Außerdem sind im Datenblatt
für die Vorwärtsspannung oft Worst-Case Werte angegeben, und die können
durchaus höher als die Realität sein. Woraus bei dir eine höhere
Spannung resultiert.
> Im Anhang mal eine modifizerte Version ...> Waere das eine praktikable Loesung?
Ja.
>> Wieviel Strom braucht die Schaltung denn?> Ich wuerde als Peak ganz grob 200-300 mA schaetzen.
200mA * 3,3V / 80% / 1,6V = 0,5A auf der Primärseite
Da kannst du dir ausrechnen wie schnell deine Batterie leer ist.
Ist hoffentlich keine Knopfzelle?!
> Ich moechte auf MCU Seite gerne wissen von welcher Quelle ich gerade> gespeist werde indem ich einfach den Enable Eingang des MCP1640 an einen> MCU-Eingang fuehre.
Das geht wahrscheinlich nicht, weil die Schaltschwelle des MCU nicht so
niedrig liegen. -> Einen zweiten Transistor (NPN oder N-Mosfet) nehmen.
>> Es gibt auch spezielle ICs, die dasselbe mit>> Mosfets machen.> Davon habe ich auch schon gehoert, aber bis jetzt keinen gefunden.
Nennen sich "Ideal Diode" oder "Power Switch". Sind aber eher für höhere
Leistungsklassen.
Alternativ kann man auch was diskretes aus zwei Mosfets bauen. Machts
hier aber unnötig kompliziert.
http://www.mikrocontroller.net/search?query=ideale+diode&forums[]=1&forums[]=19&forums[]=4&forums[]=3&forums[]=11&forums[]=12&max_age=-&sort_by_date=0
mfg
Alexander Schmidt
Mir faellt grad was auf.
Habe ich nicht den falschen Typ fuer Q1 verwendet? Das sollte doch wohl
eher ein N-Channel FET sein oder nicht?
Schliesslich soll Q1 durchschalten wenn G auf High und sperren wenn es
auf LOW liegt, und nicht andersrum.
cn schrieb:> Habe ich nicht den falschen Typ fuer Q1 verwendet? Das sollte doch wohl> eher ein N-Channel FET sein oder nicht?
natürlich! sowas wie Bs170 oder 2N7000.
Logic Level muss es meines Erachten nach nicht sein, da hier sobieso
kein nennenswerter Strom fliesst.
k.
ps.:
hier tut es sogar ein BC548 oder sowas (Basisvorwiderstand)
Erstmal: Dank Euch fuer Eure Hilfe, besonders Dir Alexander!
So...hat leider etwas laenger gedauert, aber nun noch gar der
hoffentlich finale Schaltplan.
Der Fehler mit Q1 (P- statt N-Channel FET) ist behoben, zusaetzlich habe
ich Q2 und R3 eingefuegt um ein sauberes Signal "wird von Batterie
gespeist oder nicht" fuer den nachfolgenden MCU bereitstellen zu
koennen.
Ich denke, die Loesung sollte fuer meine Zwecke ausreichen, jetzt muss
ich sie nur noch aufbauen und testen.
Alexander Schmidt schrieb:> 200mA * 3,3V / 80% / 1,6V = 0,5A auf der Primärseite> Da kannst du dir ausrechnen wie schnell deine Batterie leer ist.> Ist hoffentlich keine Knopfzelle?!
Nein, natuerlich keine Knopfzelle, sondern 2 x AA.
Die Batterien sollen wirklich nur zur Ueberbrueckung von Stromausfaellen
dienen und nicht als laengerfristiger Ersatz des Netzteils. Das Ding
soll kein Reisewecker werden.
Alexander Schmidt schrieb:> Nennen sich "Ideal Diode" oder "Power Switch". Sind aber eher für höhere> Leistungsklassen.> Alternativ kann man auch was diskretes aus zwei Mosfets bauen. Machts> hier aber unnötig kompliziert.> http://www.mikrocontroller.net/search?query=ideale...
Danke fuer den Tipp. Das waren die Schlagwoerter die mir gefehlt haben.
Bei Gelegenheit werde ich mir die entsprechenden Bausteine mal
anschauen, wie gesagt, fuer mein aktuelles Projekt sollte die Loesung
hier eigentlich ausreichend sein.
Gruss,
cn
