Hi Leute !!! Ich habe mir mehrere der folgenden Step-Up Regler zugelegt, die ich in verschiedene LED-Schaltungen einbauen möchte. http://www.pololu.com/product/2561 Ich verspreche mir davon in erster Linie eine optimalere Ausnutzung der Akkukapazität bei relativ gleichbleibender LED-Helligkeit über den Verlauf einer Akkuentladung. Darüberhinaus ergibt sich dann evtl. auch noch eine gewisse Platzersparnis, da man mit derartigen Wandlern ja selbst eine weiße LED bereits mit nur einem 1,2V Akku betreiben kann. Zunächst habe ich mit einem der Step-Up Module in einer Testschaltung experimentiert. Diese besteht lediglich aus einem ATTiny45 mit einer angeschlossenen LED (orange), wobei der µC per PWM ein Kerzenflackern simuliert. Mit einer Microzelle (1,2 V ; 1100 mAh) als Stromquelle funktioniert das Ganze auch hervorragend. Da ich jedoch bereits auch einige LED-Installationen zusammengebastelt habe, die aus Platzgründen mit Knopfzellen (CR2032) betrieben werden, habe ich dann auch eine solche in meine Testschaltung eingesetzt. Bei einem durchschnittlichen Verbrauch der Schaltung um die 25 mA, sollte die Knopfzelle ja eigentlich mindestens 9 Stunden "halten", was sie ohne den Step-Up Regler auch tut (bei abnehmender LED-Helligkeit versteht sich). Mit dem Wandler allerdings ist bereits nach knapp einer Stunde Schluß, d. h. die LED geht plötzlich aus, und das war's dann :(. Folgende Meßwerte habe ich ermittelt. >> Vor der Inbetriebnahme << CR2032: 3,1 V CR2032 (angeschlossen): 2,8 V Step-Up VIn: 2,8 V Step-Up VOut: 3,3 V >> Nach einer Stunde, d. h. nach dem Erlöschen der LED << CR2032 (angeschlossen): 0,25 V Step-Up VIn: 0,19 V Step-Up VOut: 0 V CR2032: 2,78 V Es sieht also irgendwie danach aus, als würde die Knopfzelle innerhalb von nur einer Stunde komplett "leergesaugt" werden. Jetzt bin ich natürlich am Rätseln, was hier wohl vor sich geht, und warum das Ganze mit Akkus ohne Probleme funktioniert. Hat jemand eine Erklärung dafür? Grüße, The SphereX
cr2032 knopfzellen können laut zB Varta Datenblatt eher einen Dauerstrom von 2 mA für mehr sind sie eher weniger geeignet, ich weiss das, weil ich 3 davon parallel einsetze und dann manchmal aus dieser parallelschaltung max 20mA ziehe, das geht noch. Du musst bei Batterien den Entladestrom beachte, ich meine das nennt man C, also wenn du 200mAh hast und das für 1 mA ausgelegt ist kannst du auch 200 h diese 1 mA ziehen, aber sobald du 20mA ziehst geht das eben nicht mehr 10h sondern eher deutlich weniger, und du belastest die kleine schwache CR2032 Zelle viel zu massiv, wird so nicht funktionieren. Grüße
Die Knopfzellen sind zu schwach für deine Anwendung. Je höher der Strom, den du aus der Batterie ziehst, umso höher wird die Verlustleistung, die durch den Innenwiderstand der Zelle entsteht. Das bedeutet, du kannst weniger der gespeicherten Energie nutzen. Zudem hast du mit dem Schaltwandler noch hohe Pulsströme, die die Knopfzelle durch den Innenwiderstand erwärmen, aber nicht die LED leuchten lassen. Gruß Kai
25mA sind schon eine große Belastung für eine Knopfzelle. Der Schaltregler wird diesen Strom auch noch pulsierend ziehen, so dass die Belastung noch übler wird (Innenwiderstand!). Ev. hilft ein Kondensator parallel zur Batterie. Besser wäre aber eine größere Batterie oder 2 in Reihe. Die Nennkapazität wird wohl bei 2 oder 3 mA angegeben sein.
General specifications
Minimum operating voltage: 0.5 V
Maximum operating voltage: 5.5 V
Maximum input current: 1.2 A
Output voltage: 3.3 V
Reverse voltage protection?: N
Maximum quiescent current: 1 mA
>> Nach einer Stunde, d. h. nach dem Erlöschen der LED <<
CR2032 (angeschlossen): 0,25 V
Step-Up VIn: 0,19 V
Step-Up VOut: 0 V
CR2032: 2,78 V
Da der Step-Up Wandler minimal 0,5V akzeptiert reicht unter Belastung
die Spannung deiner Knopfzelle nicht mehr aus um den gewünschten Effekt
zu erzielen.
The SphereX schrieb: > Bei einem durchschnittlichen Verbrauch der Schaltung um die 25 mA, > sollte die Knopfzelle ja eigentlich mindestens 9 Stunden "halten", was > sie ohne den Step-Up Regler auch tut (bei abnehmender LED-Helligkeit > versteht sich). Mit dem Wandler allerdings ist bereits nach knapp einer > Stunde Schluß, d. h. die LED geht plötzlich aus, und das war's dann :(. Hallo SphereX Die CR2032 hat etwa 160mAh Kapazität bei 3V. Das wären dann bei konstanter Entladung von 25mA etwa 6,...h. Wenn Du einen Stepup dazupackst hast Du auch nochdie Effektivität dessen zu rechnen. Mal grob über den Daumen gepeilt 80% sind dann 6h x 80% also nur noch 5h. Die CR2032 hat dann auch noch einen Innenwiderstand an dem auch noch Leistung abfällt, geh mal davon aus dass der so hoch ist dass Du Deinen StepUp daran nicht sinnvoll betreiben kannst (das werden so etwa 30..35mA Eingangsstrom sein die die Zelle leisten muss). Anbei mal ein Datenblatt, es wird ein typischer Entladestrom im uA-Bereich angenommen. Bei dem hohen Entladestrom hat die Zelle signifikant weniger Kapazitä weswegen sie auch bereits nach 1h leer ist. Dass Du im unbelasteten Zustand noch Spannung misst is bei Battereien üblich. rgds
The SphereX schrieb: > selbst eine weiße LED bereits mit nur einem 1,2V Akku betreiben kann. Wie kommt man auf die krude Idee, eine 20mA LED die bei dem Strom 3.0 bis 3.6 V für sich benötigt an eine feste 3.3V Spannungsquelle anschliessen zu wollen ? Verwechselst du LEDs (die mit Strom betrieben werden) mit Glühlapmen (die an einer festen Spannung betrieben werden) ? Wenn du eine 5V Spannungsquelle mit Vorwiderstand verwenden würdest, ist das zwar Verlust, wäre aber wenigstens sinnvoll. Schlauer wäre ein stromgeregelter step up
1 | +---+----+-L1-+-|>|-+---+ L1 = 120uH/>400mA/<0.5Ohm |
2 | | | |2 |3 |A | -|>|- = SB120 oder 1N5817, notfalls 1N4148 |
3 | +| R1 +--------+8 LED | R1 = 130 Ohm |
4 | | | | | | |+ |
5 | 1.5V +--| LT1073 |---+ 47uF R2 = 10 Ohm (bei 20mA LED, 22 Ohm für 10mA LED) |
6 | | | | | | |
7 | | 1+--------+ R2 | LED = auch 2 LEDs in Reihe bei L1 = 68uH/>680mA/<0.25Ohm |
8 | | |4 |5 | | |
9 | +--------+----+-----+---+ |
Georg W. schrieb: > Die Nennkapazität wird wohl bei 2 oder 3 mA angegeben sein. Leider noch weniger: bei Maxell z.B. Nominal Capacity: 220 mAh Nominal Discharge Current: 0.2 mA -> www.adafruit.com/datasheets/maxell_cr2032_datasheet.pdf
Allenfalls sollte auch ein auge auf den stromverbrauch des wandlers geworfen werden. Es gibt da auch stromschleudern..
Mann, das ging ja wieder richtig flott hier. Danke Euch :) !!! Also habe ich mich wohl von der Aussage " ... This makes it great for powering 3.3 V electronics projects from 1 to 3 NiMH, NiCd, or alkaline cells or from a single lithium-ion cell. ... " in der Produktbeschreibung fehlleiten lassen, in der Annahme, ich könnte mir auch mit normalen Knopfzellen quasi einen kleinen Joul Thief in meine Schaltungen integrieren?! Aber noch mal zum Verständnis: Liegt es jetzt ausschließlich an der pulsierenden Stromentnahme durch den Wandler sowie dessen Effizienz in Kombination mit dem hohen Innenwiderstand der Knopfzelle, daß diese im Vergleich zum Betrieb ohne Step-Up Wandler so schnell in die Knie geht? Wieviel mehr Strom zieht der Wandler denn als die 25 mA im Normalbetrieb (ohne Wandler)? @ George W. " ... Ev. hilft ein Kondensator parallel zur Batterie. Besser wäre aber eine größere Batterie oder 2 in Reihe. ..." Das würde ich rein aus Neugier einfach mal probieren wollen ;). Welche Kapazität wäre für den Kondensator zu empfehlen? Grüße, The SphereX
The SphereX schrieb: > Wieviel mehr Strom zieht der Wandler denn als die 25 mA im Normalbetrieb > (ohne Wandler)? Warum misst du das nicht? Mess auch mal was deine Led zieht. Du betreibst deine Led an einer Konstantspannungsquelle, wahrscheinlich ohne Vorwiderstand. Es gibt schon 100000 Threads hier die deutlich sagen das das FALSCH! ist. Siehe auch Posting von MaWin.
nein das hat nichts mit der pulsierenden Stromentnahme des Step up zu tun, dass ist genau wie ich am Anfang sagte das Phänomen, dass du nicht einfach so 20mA aus einer CR2032 entnehmen kannst, und dann immer noch 200mAh erwartest. Irgendwie hängt das natürlich alles zusammen, aber das eigentlich Problem ist die hohe gleichmässige Stromentnahme und nicht der Spitzenstrom. Grüße
Von TI gibts einige tolle Komponenten, welche für Energy Harvesting gedacht sind und daher sehr effizient sind: http://www.ti.com/ww/en/analog/power_management/energy_harvesting/products.html
The SphereX schrieb: > Wieviel mehr Strom zieht der Wandler denn als die 25 mA im Normalbetrieb > (ohne Wandler)? Ganz einfach: I(in) = (U(out) * I(out))/((U(in) * Wirkungsgrad) rgds
@ Udo Schmitt & MaWin " ... Du betreibst deine Led an einer Konstantspannungsquelle, wahrscheinlich ohne Vorwiderstand. Es gibt schon 100000 Threads hier die deutlich sagen das das FALSCH! ist. Siehe auch Posting von MaWin. ... " Die weiße LED war ja nur ein Beispiel, was mit einem Joul Thief möglich ist. Ich nutze wie eingangs erwähnt eine orangene LED, natürlich MIT entsprechend dimensionierten Vorwiderstand! @ stef " ... das Phänomen, dass du nicht einfach so 20mA aus einer CR2032 entnehmen kannst, und dann immer noch 200mAh erwartest. ... " Soweit habe ich das schon verstanden. Nur zwischen 6 Stunden Leuchtdauer ohne Wandler und lediglich einer Stunde mit Wandler liegen ja schon Welten. Also muß es ja irgendwie auch damit zu tun haben, wie der Step-Up Regler den Strom "gewinnt", oder? Im Prinzip kehrt sich damit der eigentliche Nutzen, den ich mir von dem Modul versprochen hatte, ins Gegenteil, zumindest beim Betrieb mit Knopfzellen. @ 6A66 " ... I(in) = (U(out) * I(out))/((U(in) * Wirkungsgrad) ... " Aha ... :) Das wären ja dann für meine Ausgangssituation ca. 33 mA. Und die 5 mA bis 10 mA Differenz zum Betrieb ohne Wandler machen dann schon die 5 Stunden Unterschied in der Leuchtdauer aus? Grüße, The SphereX
Du überlastest die Knopfzelle in deinem 6h Betrieb schon, mit dem Schaltregler ist die Überlastung nochmals größer. In dem Bereich ist das kein linearer Zusammenhang mehr. Anschaulich sinkt mit dem Schaltregler nicht nur der Wirkungsgrad deiner Schaltung sondern auch der der Batterie. Vielleicht hilft dir das Video hier es besser zu verstehen http://www.youtube.com/watch?v=R8hTQXqURB4 Gruß Kai
The SphereX schrieb: > Aha ... :) Das wären ja dann für meine Ausgangssituation ca. 33 mA. Und > die 5 mA bis 10 mA Differenz zum Betrieb ohne Wandler machen dann schon > die 5 Stunden Unterschied in der Leuchtdauer aus? Nein. Die Zelle ist mit 150...200mAh angeben bei einem Entladestrom von meist <1mA. Wenn Du mehr entnimmst schließt Du sie kurz, hat sie weniger Kapazität. da hilft auch kein Pufferelko gegen kurzzeitige Spitzen. Guckst Du hier (bei einer Last von 100 Ohm = 30mA): http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/600000-624999/612928-da-01-en-Lithium_Knopfzelle_CR_2032.pdf rgds
@ Kai S. " ... Du überlastest die Knopfzelle in deinem 6h Betrieb schon, ... " Demnach überlastet ja so ziemlich jede kleine mit Knopfzellen betriebene LED Spielerei, wie z. B. Teelichter, kleine leuchtende Schneemänner oder was es da noch so alles gibt, die verwendete Batterie, nutzt diese also quasi zweckentfremdet. Ich bin bis jetzt zumindest immer davon ausgegangen, daß dies nicht der Fall ist. Deshalb wahrscheinlich auch mein Verständnisproblem. Dann ist natürlich auch klar, daß eine sowieso schon außerhalb der Spezifikation betriebene CR2032 mit einem Step-Up Wandler nur noch mehr belastet wird, und damit mein Vorhaben tatsächlich keinen Sinn macht :(. Grüße, The SphereX
Ohne den Wandler zieht die Led deutlich weniger Strom, schon wegen dem Innenwiderstand der Zelle, der zu dem Vorwiderstand dazukommt. Wenn die zelle leerer wird wird der Strom immer geringer, im Mittel werden da wohl keine 5mA fliessen. Der Wandler holt sich die Energie die er braucht solange es irgendwie geht. Wenn die Spannung der Zelle durch den Innenwiderstand zusammenbricht, dann erhöht sich hal der Eingangsstrom des Wandlers weiter, je mehr, desto leerer die Zelle wird. Und schon ist der mittlere Eingangsstrom etwa 30mA Siehe da 5mA versus 30mA 1h versus 6h, wer hätte das gedacht :-) (Die Ströme sind jetzt einfach mal überschlagen, du kannst ja mal messen)
The SphereX schrieb: > Welche > Kapazität wäre für den Kondensator zu empfehlen? Wenn es sogar 0,2mA gegen 25mA sind werden solche Experimente nichts mehr bringen. Die Stromaufnahme muss runter oder die Batteriegröße herauf. 1/2AA wäre ev. ein Kompromiss. Einfach mal mit der parametrischen Bauteilsuche bei rs und Konsorten spielen. Dann bekommst du einen Überblick was möglich ist.
Georg W. schrieb: > Ev. hilft ein Kondensator > parallel zur Batterie. Für Schaltungen, die nur mal kurze Impulspakete brauchen, z.B. TV-Fernbedienung, da wird sowas gerne gemacht. Da werden die Batterien dann auch richtig leer gelutscht. Bei Dauerströmen hat es keinen Sinn.
@ Udo Schmitt " ... Siehe da 5mA versus 30mA 1h versus 6h, wer hätte das gedacht :-) ... " Genauso sieht's wohl aus. Da brauche ich dann auch sicherlich nichts mehr messen, denn Eure Argumente sprechen ja eindeutig für sich ;). Also bleibt mir wohl nur, mich mit der ca. dreißigstündigen Leuchtdauer der LED mit Knopfzelle bei kontinuierlich bis zum Funzeln abnehmender Leuchtintensität zufriedenzugeben, oder nach einer alternativen Stromquelle gleicher Baugröße zu suchen, die ähnlich lange hält, dabei aber höhere Ströme erlaubt. Nur wird's die wahrscheinlich nicht geben??? Grüße, The SphereX
Es gibt durchaus auch Akkus in Knopfzellengröße auf NiMh oder NiCd Basis. Die ermöglichen höhere Ströme. Zwar haben die dann nicht so hohe Kapazitäten wie Lithiumzellen, aber wenigstens ist die Kapazität dann nutzbar.
Du kannst auch schauen, ob du effizientere LEDs bekommst, 20mA klingt nämlich nach Standard LED. Bei den LEDs hat sich in letzter Zeit aber sehr viel getan. Gruß Kai
@ Pfogel " ... Es gibt durchaus auch Akkus in Knopfzellengröße ... " Die haben dann aber leider auch deutlich geringere Kapazitäten und sind darüberhinaus auch noch deutlich teurer. @ Kai S. " ... Du kannst auch schauen, ob du effizientere LEDs bekommst, ... " Über Low-Current-LEDs habe ich auch schon mal nachgedacht. Mal schauen. Übrigens habe ich mir auch das von Dir empfohlene "Battery Capacity Tutorial" gerade angeschaut. War in der Tat sehr aufschlußreich und informativ. Grüße, The SphereX
The SphereX schrieb: > Über Low-Current-LEDs habe ich auch schon mal nachgedacht Oder such Dir LEDs raus mit hoher Leuchtdichte und betreibe die mit geringem Strom. Kommt auf's gleiche raus udn wird von manchem Hersteller als "low current" vermarktet. rgds
Das wäre natürlich auch noch eine Möglichkeit. Ich habe sogar noch ein paar SuperFlux LEDs da. Mit denen werde ich dann mal etwas experimentieren. Grüße, The SphereX
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