Li-Ion / Lipo für Schaltung

5V ist halt etwas ungeschickt für LiIon/LiPo (die sind in 1. Näherung 
identisch). Spannungsbereich der LiXX-Zellen ist 3.5-4.2 V, wenn Du von 
einer Zelle ausgehst, damit brauchst Du für 5V einen Aufwärts-Regler. 
Kein Hexenwerk, wenn Du Schaltregler im Griff hast, aber Aufwand. 
Ansonsten 2xLi gibt 7-8.4 V, mit einem Linearregler machbar, wenn der 
Verlust nicht zu hoch ist, sonst auch wieder Schaltregler.

LiPos gibt es zu tausenden im Modellbaubereich, schau mal bei 
hobbycity.com. Dort gibt es auch zig billige Ladegeräte. Im Prinzip ist 
selber laden auch kein Problem (und sehr viel einfacher als zuverlässig 
NiMH laden zu wollen), Du legst strombegrenzte 4.2 V pro Zelle an und 
wartest, bis der Strom auf < x mA (unkritisch, steht im Datenblatt, für 
kleinere Zellen z.B. 50 mA) gefallen ist. Wenn mehrere Zellen in Serie 
geschaltet sind, brauchst Du aber einen Balancer, der die durch 
unterschiedliche Zellcharakteristika verursachten Spannungsunterschiede 
wieder ausgleicht. Die Modellbaulader haben das aber idR, dazu der 
entsprechend vielpolige (z.B. 5-poligen für einenen 4s1p) Stecker, von 
dem Du auch gleich die Spannungen für Deine Schaltung abgreifen kannst.
LiXX brauchen UNBEDINGT einen Tiefentladungsschutz. Im Modellbau ist das 
unüblich, hin und wieder fackelt halt mal ein Akku ab, bei LiIon 
verwendet man Schutzschaltungen (protection PCB), die die Zellspannungen 
überwachen und dann per FET (2x in Serie für beide Richtungen) 
abschalten.
LiIon gibt es in meist leider nur mässiger Qualität als Modul z.B. für 
Camcorder, tonnenweise billig auch mit Ladegerät z.B. auf ebay.
Akku-King hat gute Ersatzakkus ihrer Eigenmarke, evtl. auch mit 
Ladegerät.
...
Wenn AA, würde ich überlegen ob AAA auch geht und die eneloop AAA 
einsetzen. Aber das gibt halt 8 Stück (falls Linearregler), und ein 
gutes Ladegerät brauchst Du dazu!

Alles ist möglich. Aber schreib doch mal
- Stromaufnahme Deiner Schaltung
- besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher 
Messtechnik?)
- Geforderte Akkulaufzeit
- Sollen die Akkus wechselbar sein?
- Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können?
- Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus 
2AA)
- Budget

Gruss Martin

Lieber Martin, vielen Dank schonmal für deine Antwort, dann gebe ich mal 
mehr infos:

Martin schrieb:
> Alles ist möglich. Aber schreib doch mal
> - Stromaufnahme Deiner Schaltung

Die schaltung soll modular sein, wird aber denke ich nie unter 100mA und 
nie über 500mA brauchen. Im Schnitt denke ich ca 250mA.

> - besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher
> Messtechnik?)

empfindliche Messtechnik, du sagst es. ADC Allerdings im 
niederfrequenten (Hz) Bereich.

> - Geforderte Akkulaufzeit

alles <1h ist ok (wenn es leicht zu laden geht). <3h wünschenswert.


> - Sollen die Akkus wechselbar sein?

Wechselbar nur, wenn sie extern geladen werden müssen.


> - Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können?

Wäre schön, ist aber nur im Tradeoff zum Aufwand gewünscht. Ich will 
ungern viel zeit/energie ins batterymanagement stecken, schwerpunkt 
liegt auf der messtechnik.


> - Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus
> 2AA)

Momentan habe ich mir DCDC Step-Down Schaltregler von Traco Power 
rausgesucht (TMR 0511). Irgendwie bin ich aber noch nicht ganz happy - 
80% efficiency und immerhin fast 13€ schwer/stück.


> - Budget

<30€ wäre gut.

Alex schrieb:
>> - Stromaufnahme Deiner Schaltung
> Die schaltung soll modular sein, wird aber denke ich nie unter 100mA und
> nie über 500mA brauchen. Im Schnitt denke ich ca 250mA.
Mit 10V sind das 1-5W, im Schnitt 2.5W. Das ist schon eine ordentliche 
Heizung. Wärmeabfuhr hast Du im Griff?

>> - besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher
>> Messtechnik?)
>
> empfindliche Messtechnik, du sagst es. ADC Allerdings im
> niederfrequenten (Hz) Bereich.
Da könnte man noch Filtern. Schaltfrequenzen der DC/DC-Wandler dürften 
wohl >> 100 kHz liegen. Aber besser wäre linear geregelt.

>> - Geforderte Akkulaufzeit
> alles <1h ist ok (wenn es leicht zu laden geht). <3h wünschenswert.
Du meinst >1h... 2.5W * 1 h sind 2.5 Wh. 3h gibt 7.5 Wh. Eine 
LiIonen-Zelle 18650 hat locker 10 Wh. Das ist also von der 
Grössenordnung her kein Problem. Eine AA hat ca. 2.4 Wh. Mit 8 Stück 
auch im grünen Bereich, 8 AAA gingen wohl auch noch knapp.

>> - Sollen die Akkus wechselbar sein?
> Wechselbar nur, wenn sie extern geladen werden müssen.

>> - Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können?
> Wäre schön, ist aber nur im Tradeoff zum Aufwand gewünscht. Ich will
> ungern viel zeit/energie ins batterymanagement stecken, schwerpunkt
> liegt auf der messtechnik.
>
>> - Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus
>> 2AA)
>
> Momentan habe ich mir DCDC Step-Down Schaltregler von Traco Power
> rausgesucht (TMR 0511). Irgendwie bin ich aber noch nicht ganz happy -
> 80% efficiency und immerhin fast 13€ schwer/stück.
Die Frage war eher so gemeint, ob Du selber welche designen kannst. Ich 
fasse das mal als Nein auf.
>
>> - Budget
>
> <30€ wäre gut.
Die erste Frage wäre, wie Du zu den +-5V kommst. Direkt linear geregelt 
reichen 4 AAs nicht. Nennspannung für NiMH ist 1.2V und dann fehlen 
schon mal 0.2V. Es müssten also mindestens 5 sein, das wird langsam viel 
(10 Akkus insgesamt!)
Bei Li-Zellen brauchst Du zwei in Serie, macht 8.4V, runter auf 5 linear 
ist fast 1 W Verlust, auch nicht elegant.
Wenn Du schon auf der Traco-Schiene bist, nimm doch einen Wandler mit 
+-5V-Ausgang! ImE seuchen die Dinger aber schon etwas, nicht ideal für 
ADCs. Auf jeden Fall ordentlich filtern und evtl. Linearregler 
nachschalten (z.B. auf 4.5V, wenn das geht). Dann brauchst Du aber nur 
eine Batterie.

Eine naheliegende Möglichkeit wäre ein 2s1p-Modellflugakku. Mit 8.4 V 
und 7.5 Wh kämen wir auf knapp 1 Ah, die gibt es problemlos und Du 
kannst sie extern mit einem RC-Lader laden. Beispiel 
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9170__Turnigy_1000mAh_2S_20C_Lipo_Pack.html
und 
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__7637__Turnigy_balancer_Charger_2S_3S.html
Allerdings hat der Akku keine Schutzelektronik.

Alternativ ein Li-Ionen-Modul aus einer Kamera, sagen wir Canon. 
Beispiel
http://www.akku-king.net/akku-kompatibel-zu-canon-bp-522-li-ion-schwarz/kamerazubehoer/akku/canon/a-5357022/ 
oder unzählige andere...
Ladegeräte gibt es auch dort. Oder schau Deinen Schrank durch, was Du 
für Kameras o.ä. mit evtl. passendem Akku hast (und das Ladegerät schon 
rumliegt). Vorteil: Schutzelektronik ist eingebaut.

Alex schrieb:
> 2x 4 AA Batterien mit 2 5V DCDC Wandlern

Fällt mir grade erst auf: Warum 2x4AA an 2 DC/DC-Wandlern? Die Wandler 
sind galvanisch getrennt, die könntest Du primärseitig parallel schalten 
und mit nur einem Akku betreiben. Oder gleich einen Wandler mit +-5V, 
wie ich oben schon schrieb.

Hallo Martin!

Martin schrieb:
> Die Wandler
> sind galvanisch getrennt, die könntest Du primärseitig parallel schalten
> und mit nur einem Akku betreiben

Da muss ich ehrlich gestehen bin ich nicht drauf gekommen - klasse!
4xAA wäre da wohl das einfachste! Wiegt akzeptabel und lässt sich 
einfach austauschen/laden.

Martin schrieb:
> Oder gleich einen Wandler mit +-5V,
> wie ich oben schon schrieb

da hab ich nur noch keinen schönen gefunden, der bei akzeptablem 
wirkungsgrad ~400mA kann. kannst du da was empfehlen?

Danke für deine Hilfe! :)

Martin schrieb:
> Nennspannung für NiMH ist 1.2V und dann fehlen
> schon mal 0.2V

noch eine Nachfrage: Soweit ich weiss haben die AA schon 1.5V - nur die 
AAA liegen bei 1.2V! Liege ich da falsch?

Alex schrieb:
> noch eine Nachfrage: Soweit ich weiss haben die AA schon 1.5V - nur die
> AAA liegen bei 1.2V! Liege ich da falsch?

Die Baugrösse (AA, AAA, C, D, ...) hat keinen Einfluss auf die 
Zellspannung, die bestimmt alleine die Zellchemie. Übrigens ist AA wegen 
der hohen Verbreitung die am besten optimierte Zellgrösse.

Alkali-Mangan-Zellen (egal ob AA, AAA oder AAAAA) haben einen nutzbaren 
Spannungsbereich von 1.5 (neu, unbelastet) bis ca. 0.9 V. Das Gute daran 
ist, dass man anhand der Spannung halbwegs zuverlässig auf den Füllstand 
schliessen kann (1.5 = neu 0.9 = Tonne). Wenn man die angegebene 
Kapazität (2 Ah für AA) nutzen will, muss man den gesamten 
Spannungsbereich nutzen.
Allerdings haben diese Zellen einen nennenswerten Innenwiderstand, der 
die Spannung bei Belastung deutlich absinken lässt. Es gibt optimierte 
Zellen ("Ultra" oder so) für z.B. Digitalkameras mit niedrigem 
Widerstand. -> Datenblatt lesen
http://ww2.duracell.com/en-US/Global-Technical-Content-Library/Product-Data-Sheets.jspx

Zink-Kohle ist hoffentlich ausgestorben.

NiMH-Akkus haben im Extremfall 1.5 V kurz nach der Ladung, fällt aber 
schnell auf 1.2V, wo die Spannung lange bleibt, daher erlaubt die 
Spannung allein keinen Rückschluss auf den Ladezustand.

LiXX (wenn wir schon dabei sind) haben ca. 4.2 V (voll) bis um 3 V, auch 
recht flache Kennlinie um 3.7 V.

Ergo 5 AA (NiMH zB) Zellen um auf nummer sicher zu gehen mit zwei 
parallelen DCDC. Das wäre glaube ich rundum das günstigste.
Nur die +-5V Teile (um sich noch einen DCDC einzusparen) finde ich 
nicht!

Du scheinst ja sehr viel Erfahrung auf dem Gebiet zu haben - mal 
vorausgesetzt hinter den DCDC Ausgängen hänge ich eine paar ordentliche 
kapazitäten (x µF?) - ist die Restwelligkeit dann überhaupt akzeptabel 
für präzise Messaufbauten (mit eben niedriger Zeitauflösung)?

Die linearen Spannungsregler hatte ich erstmal ausgeklammert - aber nur 
weil ich der Meinung war dass da der Wirkungsgrad in der Regel noch 
schlechter ist (?)...

Alex schrieb:
> Ergo 5 AA (NiMH zB) Zellen um auf nummer sicher zu gehen mit zwei
Dein DC/DC-Wandler muss halt 0.9 V x n bis 1.5 V x n (n=Zellenzahl) als 
Spannungsbereich abdecken können. Ich empfehle Dir die eneloop AAs.

> parallelen DCDC. Das wäre glaube ich rundum das günstigste.
> Nur die +-5V Teile (um sich noch einen DCDC einzusparen) finde ich
> nicht!
Ich kann Dir mit den Bezugsquellen nicht helfen. Ich würde bei Farnell 
bestellen, aber da ist schon mit den Versandkosten Dein halbes Budget 
weg und ob die überhaupt an Privatleute liefern, weiss ich gar nicht.

>
> Du scheinst ja sehr viel Erfahrung auf dem Gebiet zu haben - mal
> vorausgesetzt hinter den DCDC Ausgängen hänge ich eine paar ordentliche
> kapazitäten (x µF?) - ist die Restwelligkeit dann überhaupt akzeptabel
> für präzise Messaufbauten (mit eben niedriger Zeitauflösung)?
Du baust R/C-Filter am Ausgang, der bringt Dir 20 dB/Dekade 
Amplitudenabsenkung über der Eckfrequenz. Nur ein fettes C alleine 
bringt nichts, erstens haben die Elkos selber einen hohen 
Innenwiderstand (ESR) und zweitens ist das R dann nur der 
Innenwiderstand des DC/DC. Einen Widerstand in Serie bringt auch nichts, 
da der einen Spannungsabfall bei DC erzeugt. Du brauchst eine Spule, die 
bei den relevanten Frequenzen schon einen ordentlichen Innenwiderstand 
hat ( Impedanz, Z=... ). Du willst keine Schaltreglerspule, denn die 
bildet mit dem C zusammen einen Schwingkreis, der von den 
Nadelstörimpulsen des DC/DC-Wandlers zum Schwingen angeregt wird. Du 
brauchst eine Spule (Stichwort EMV-Drossel), die speziell dazu da ist, 
Störungen zu vernichten (also einen Kern mit möglichst hohen Verlusten, 
im Gegensatz zu einer Schaltreglerspule, wo man das Gegenteil will). 
Spule aussuchen nach Strombelastbarkeit, Impedanz (Kurve im Datenblatt!) 
im relevanten Frequenzbereich. Grenzfrequenz R/C abschätzen und schauen, 
wo man liegt. Danach ausprobieren (Oszilloskop, Tastkopf (vor allem 
Masse) direkt einlöten). Sorry, das ist einfach Arbeit, rechnen und 
Bauteile suchen musst Du schon selber. Nicht optimal aber besser als 
nichts wäre die altebekannte "UKW-Drossel" mit ein paar Keramik-Cs 
dahinter (1n || 100n z.B.).
Ob die Störungen überhaupt Messfehler erzeugen, kann man natürlich nicht 
beurteilen, wenn man die Schaltung nicht kennt. Vermutlich aber schon.

>
> Die linearen Spannungsregler hatte ich erstmal ausgeklammert - aber nur
> weil ich der Meinung war dass da der Wirkungsgrad in der Regel noch
> schlechter ist (?)...
Naja, der Wirkungsgrad eines Linearreglers ist (wie die eines 
Tauchsieders, in 1. Näherung) fix (im Gegensatz zum Schaltregler) und 
bekannt, das kannst Du ja selber ausrechnen. Die Akkuspannung muss halt 
immer höher sein als 5V + dropout, 5-6 Zellen braucht es da.

Also jetzt bin ich bei 6AAA mit +-5V DCDC angekommen, was nach einem 
guten tradeoff aussieht.
Als +-5V DCDC habe ich den TEL 2-0521 gefunden. Der hat aber (natürlich) 
kein GND (0V) out - in meiner Schaltung gibt es aber ja SingleSupply 
Chips (zB den ADC).

Ist ein virtual GND erzeugt mit OpAmp wie ichs mal im angehängten Bild 
skizziert habe an dieser Stelle praktikabel?

Ich hatte schon einmal viel "freude" mit so einer Symmetrischen 
Versorgung und GND (und auch hier im Forum schieden sich dann bei der 
Frage der prinzipiellen Realisierbarkeit mit Linearreglern die 
Geister)...

Ehrlich gesagt überschaue ich nicht, was bei einer unsymmetrischen 
Belastung der +5V Rail des DCDC Wandlers passiert - ob das problematisch 
ist, oder nicht.

Andernfalls würde ich sonst nämlich schlicht 2 9V-Blocks verwenden und 
lediglich µC und ADC mit lineargeregelten 5V versorgen.
In diesem Fall würde natürlich die Betriebsdauer enorm abnehmen 
(Kapazität der 9V Blöcke).

Gerade was die Umsetzung mit Linearreglern angeht bin ich gerade (nach 
meiner Erinnerung an Beitrag "Symmetrische Spannungsversorgung +/-5V aus +24V" - 
ähnliches Problem aber damals dann mit Z-Dioden lösbar) verunsichert:
So eine Schaltung wie man sie im netz findet (s. Bild) - d.h. die 
Verwendung zweier Linearer Spannungsregler - funktioniert die (gerade 
bei höheren Lasten die aber von den LDOs abgedeckt werden) zuverlässig?!

sorry, hier das Bild