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?
