Moin, Also ich habe hier eine Fernbedienung die über Infrarot sendet. Da wird aktuell der Atmega einfach direkt an eine Lithium-Mignon-Batterie angeschlossen und das reicht dann 10 Jahre bis zum Batteriewechsel. Nun wollte ich die Fernbedienung aber auf Bluetooth4/Zigbee umbauen und außerdem noch per IMU die Neigung messen. Da geht natürlich der Stromverbrauch auch ordentlich hoch und mit einer Batterie kommt man nicht mehr weit. Mein Plan war jetzt also das ganze auf einen LiPo-Akku umzustellen, damit ich erstens mehr Strom verbrauchen kann und zweitens mehr Platz für die Platine & Elektronik habe, wenn ich so einen flachen LiPo unterhalb der Platine anbringen kann, anstatt der klobigen Mignon neben der Platine. Aktuell verbraucht die Mignon die Hälfte des Gehäuses. Bisher war mein Plan "5V-Netzteil -> LiPo-LadeIC (Max1555) -> 3,7V-Lipo hinter Schutzschaltung -> LDO-Spannungsregler-3,3V (MC78LC33NTRG)". Jetzt war mir aber die Idee gekommen, dass es auch über Solar ganz nett wäre, da ich eine 80x45mm Fläche frei hätte und die Schaltung ja nur beim Senden wenige mA zieht und sonst laden könnte. Bei der kleinen Fläche ist es aber schwer passende Solarzellen zu finden. Also gefunden habe ich entweder eine mit 0,5V oder 2x 4V. Der Max1555 hat 2 Eingänge. Einmal den primären mit 3,7-7V und den sekundären mit 3,7-6V. Es wird immer nur von einem geladen, wobei der primäre Vorrang hat. Solar würde sich also am sekundären anbieten, da dann auf Ladung übers Netzteil gewechselt wird, wenn man doch mal laden will und keine Sonne da ist. Da so ein LiPo ja mit 4,2V geladen wird, sollte die Solarzelle also immer mindestens 4,2 und maximal 6V liefern. Im Datenblatt steht noch... "The input undervoltage lockout has 430mV of hysteresis. The charger turns on when an input rises to 3.95V (typ), and turns off when it falls below 3.52V" ...wodurch das Laden dann ja automatisch gestoppt wird, wenn die Solarzelle zu wenig Licht bekommt, auch wenns nicht ganz so ideal ist. Nun 4 Fragen: 1.) Würde das mit dem Laden über Solar überhaupt klappen? Die Spannung und Stromstärke schwankt ja ständig, je nach Sonneneinstrahlung und liefert wirklich nur wenige mA Strom. Das IC will ja mit 90mA laden und geht von einer ausreichenden Stromversorgung aus. Spezielle LiPo-LadeICs für Solar konnte ich nicht finden. Nur eins für Energy Harvesting und diese 1mAh Akkufolien. 2.) Wie stelle ich die Spannungsversorgung am besten sicher? Gelesen hatte ich eine Application Note von Maxim für NiCD-Akkus. Da wurde eine Solarzelle mit Speicherkondensator an ein Step-Down- bzw Step-Up-Wandler gehängt. Die Spannung der Solarzelle wurde mit einer Spannungsreferenz verglichen und wenn die Spannung unter eine bestimmte Spannung gefallen ist, so wurde der Wandler in den Standby-Modus geschickt. Da hätte ich jetzt also die Optionen: 0,5V: müsste man per Step-Up-Wandler auf 4,2 bis 6V bringen. Da konnte ich einfach nichts finden. Entweder über 10€ für so einen Wandler oder die schaffen einfach nicht genug Leistung. 4V: ist knapp zu wenig um das LadeIC versorgen zu können. Außerdem soll die bei indirektem Licht auch gerne mal auf 2-3V fallen. Müsste man dann 2 4V-Solarzellen parallel schalten und per StepUp auf so 4,5 oder 5V bringen. 8V(also 2x 4V in Reihe): wäre dann bei direktem Licht zu hoch und bei indirektem im grünen Bereich. Müsste dann ein LDO-Spannungsregler rein, der so auf 4,5V runterregelt und bei unter 4,2V abgeschaltet wird. Praktisch wäre natürlich eine Solarzelle die so bei 5,5V arbeitet und ohne Last dann auch bei unter 6V liegt. Da würde man sich dann den ganzen Schaltungsaufwand sparen, da der Max1555 ja automatisch abschaltet, wenn die Spannung zu weit fällt. Der Bereich zwischen 4,2 und 6V ist aber auch nicht gerade groß und da würde man wohl ziemlich viel Energie verschwenden, da man die indirekte Sonneneinstrahlung kaum nutzen könnte. 3.) Was machen die Spannungsregler eigentlich, wenn die Spannung am Eingang zu weit fällt? Wenn ich z.B. einen Step-Down-Spannungsregler habe der mindestens 4,5V braucht, 5V ausgeben soll und einen drop-out voltage von 0,5V hat, also über 5,5V zum Arbeiten benötigt? Schaltet der bei dauerhaftem 5V oder gar 4V einfach ab und sperrt die Ausgänge oder kommt der dann in einen undefinierten Zustand und geht kaputt? Ich hab mir auch schon 2 von den 4v Solarzellen besorgt und in Reihe geschaltet, um mal zu experimentieren. Also rauskommen tut halt was zwischen 0 und 9,4V. Die Spannung hängt aber wieder stark von der entnommenden Stromstärke ab. Mehr als 30mA schaffen die Solarzellen bei direktem Licht nicht. Wenn ich also 2 LEDs mit je 18 mA dranhänge, dann kommt die Spannung auch nie über 2,1V, weil einfach mehr Strom entnommen werden will, als wie produziert wird. Ich bin da jetzt also zu der Feststellung gekommen, dass ich da je nach Spannung an der Solarzelle die Stromentnahme begrenzen muss. Also je weniger Spannung an der Solarzelle ist, desto höher muss der Widerstand in der Solarzellenleitung sein. Meine Idee war da jetzt ein anreicherndes logic-level N-Kanal-Mosfet in die Solarzellenzuleitung zu setzen und das Gate über einen Spannungsteiler mit der Spannung der Solarzelle zu versorgen. Also je höher die Spannung der Solarzelle, desto mehr öffnet der Mosfet. Je mehr der Mosfet öffnet, desto mehr Strom kann fließen und desto mehr fällt die Spannung. So ein Mosfet ist dann ja bei 0-2V komplett zu, öffnet ab 2V und ist bei ca 4,5V komplett offnen. Wenn ich da jetzt das Gate mit einem 15k zu 10k Spannungsteiler über die Solarspannung versorge, dann wäre das Mosfet ja unter 5V Solarspannung komplett zu (und der Spannungsregler kann nicht unter die Mindestspannung fallen, wenn ich da einen mit 0,5V drop-out nehme der 4,5V machen soll), fängt bei 5V an zu öffnen und wäre bei 11,25V komplett offen. Dann müsste sich die Spannung der Solarzelle immer selbst so mittig auf ca 8V regeln oder? Den MPP brauche ich ja nicht unbedingt. Die Solarzelle düfte auch so mehr Laden, als wie benötigt wird, wenn man einfach nur eine Spannung bei ca 7,5-8V versucht zu halten. Aber irgendwie muss man die Stromentnahme ja regeln, damit die Spannung nicht unter die Mindestspannung fällt. Ist ehrlich gesagt mein erster Versuch mit Mosfets. 4.) Würde das so klappen? Hat da jemand eine bessere Idee, wie man da mit wenig Bauteilen die Solarzellenspannung stabilisiert?
Klasse. Der hört sich wirklich perfekt an und ist sogar noch halbwegs gut erhältlich. Da werde ich nachher mal das Datenblatt durcharbeiten.
Ein paar Dinge sind mir da noch unklar.. Also der bq25504 braucht 0,13 bis 3V bei max 200mA von den Solarzellen am Eingang. Der Akku braucht eine Spannung von 2,5 bis 5,25V. Also z.B. 3 NiMH-Akkus in Reihe oder eine LiIon/LiPo/LeFePo. Laden tut der die Akkus dann bis zur Overvoltage, die man einstellen kann und Undervoltage ist auch einstellabr. Beides mit 5% Ungenauigkeit. Welche Spannung legt der bq25504 denn überhaupt zum Laden an? Da konnte ich im Datenblatt nichts finden. Und den Ladestrom begrenzen tut der wohl auch nicht. Normal müsste man die LiPos ja per CC oder CV laden, aber da ist ja anscheinend nichts von beidem konstant. Auf was stellt man denn da die Overvoltage ein? Nennspannung beim LiPo wäre ja z.B. 3,7V und laden würde man mit konstanten 4,2V wobei man da aufpassen muss, wegen den 5%. Müsste ich da dann bei Overvoltage auf 3,7 oder 4V(was mit 5% bis 4,2V sein kann) gehen? Drei von diesen 450mAh NiMH-Knopfzellenakkus in Reihe wäre auch noch interessant. LiPos soll man ja eigentlich nicht unbeaufsichtigt laden lassen, weil die eben anfangen können zu brennen. Beim Solarladen wollte ich aber eigentlich nicht immer daneben stehen. ;-) Ladestrom ist mit 0,1C fürs normale Laden und mit 0,01 bis 0,03C fürs Dauerladen angegeben. Dürfte ich dann also bis 45mA. Ladestrom scheint ja rein durch die Solarzellen begrenzt zu sein also müsste man da bei der Wahl ja noch gucken das man da nicht über 45mA kommt. Kann man die NiMHs überhaupt so rein nach Spannung laden? Sagen wir mal bis 3,6 oder 3,9V? Da nutzt man doch normal das ΔU-Verfahren. Das mit dem Laden bis zur Overvoltage stelle ich mir auch etwas kritisch vor, so ohne Temperaturüberwachung. Die 4,2V Ladeschlussspannung wäre bei -10 Grad doch z.B. sicher auch geringer oder nicht? Oder sollte man mit dem bq25504 lieber einen Goldcap laden und mit dem Goldcap dann an ein LadeIC für LiPos/NIMHs gehen?
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