Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik USV für Raspberry selber Bauen


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von Andreas B. (andreas_b53)


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Servus,

Ich möchte eine USV für meinen Raspberry bauen. Momentan betreibe ich 
ihn mit einem Schaltnetzteil; 5V@25W. Ich hab auch noch einen 7,4V LiPo 
Akku zur Verfügung.
Ich hab in Eagle mal einen Schaltplan erstellt, könnt ihr mal 
beurteilen, ob das so funktioniert, wie ich mir das denke? (Siehe 
Anhang)

SNT = Schaltnetzteileingang
BATT = Akkueingang
C2 = 10000µF Kondensator, der kurzzeitige Spannungszusammenbrüche 
kompensieren soll
SJ1 = Lötbrücke um das Signal "Akkubetrieb" an den Raspberry 
zurückzugeben.
Die OPs betreibe ich mit 5V durch den Raspberry.

Ich freue mich auch eure Antworten!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Zuerst musst du klären, wie das mit den 7,4V und dem RasPi 
zusammenpasst. Du wirst auf jeden Fall noch einen Spannungsregler 
brauchen.
Zum Zweiten passt da was nicht. Die LM393 schalten zwar um, aber die 
Schwelle hast du auf etwa 2,5V gelegt, und da ist der RPi schon aus.
Besser ist es, nur das Netzteil zu überwachen und schon bei 4,5V oder so 
umzuschalten. Du nimmst dann eine LM393 Hälfte für die Überwachung und 
schaltest den zweiten als reinen Inverter.

Obacht: Der LM393 hat Open Kollektor Ausgänge, die zwar auf Low ziehen 
können, aber einen Pullup für High benötigen, der bei dir fehlt.

Die Variante, beide Quellen einfach über Low Barrier Dioden zu 
verbinden, solltest du dir auch nochmal überlegen. Da gibts keinerlei 
Drop Out.
Du könntest auch einen LiIon Lader als Ladegerät benutzen und den RPi 
immer vom Akku speisen.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


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Hallo,

es ist riskant, 2 Komparatoren unabhängig voneinander schalten zu 
lassen, sie müssen ja nicht exakt am selben Punkt schalten, und dann 
gibt es die Möglichkeit, dass entweder keine oder beide Quellen 
durchgeschaltet werden, das kann bis zur Selbstvernichtung führen. 
Besser ist es, einen Komparator zu verwenden und dessen Ausgang zu 
invertieren, so dass nur Netzteil ODER Bat durchgeschaltet werden 
können.

Das gilt besonders da sich die Batteriespannung nur langsam ändert, 
daher kann ein falscher Zusatnd lange bestehen. Ausserdem wäre es 
besser, dem Komparator eine Hysterese zu verpassen damit er am 
Umschaltpunkt nicht hysterisch hin- und herschaltet.

Georg

von Andreas B. (andreas_b53)


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Hallo,

danke für die Antworten. Die Lösung mit dem LM393 war mir die einzig 
sinnvolle, die schnell genug reagiert, wenn meine Versorgungsspannung 
über das SNT wegbricht.
Ich verstehe nicht ganz, wie mir ein Schottky-Diode helfen kann?
Habe dann noch einen L78S05 an den Ausgang gehängt. welcher zum 
Raspberry geht. Denke das dürfte das Problem mit der zu hohen Spannung 
beseitigen. Einer 5v1 Zenerdiode hab ich keine mit genug Leistung 
gefunden.

von Andreas B. (andreas_b53)


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Ich glaube ich verwerfe den LiPo Akku und ersetze ihn durch einen 9V - 
Block. ich denke der lässt sich einfacher laden und benötigt vor allem 
keine Balancer-schaltung

von Oliver R. (orb)


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Dann nimm doch gleich einen 12Volt Bleigel-Akku, ein 13,8Volt Netzgerät 
und dahinter den 5Volt Spannungregler. Der Pi wird über den 
Spannungsregler aus dem Akku versorft und das Netzgerät läd den Akku 
immer nach. Eine Online-USV ohne Umschaltzeit.

von Andreas B. (andreas_b53)


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Die Idee ist gut, doch leider nicht umsetzbar :)
Ich möchte - um das Kindmal beim Namen zu nennen - einen Mediaplayer 
bauen. Das Gehäuse ist eine Eurobox 
(http://www.voelkner.de/products/39378/Euro-Gehaeuse-Polystyrol-180x205x70mm-Schwarz.html?ref=43&products_model=S52267&gclid=CjwKEAjwotmoBRCc6LWd2ZnkuBYSJACyt2quJrmF2UeFthINcWesv00TwftZ6Jee8mg9oOtMr1slkhoCFfXw_wcB). 
Da muss alles reinpassen. Ich hab ein VFL Display an der Vorderseite und 
an der Rückseite 5 Neutik Buchsen und eine 230V Steckernetzteilbuchse. 
Im inneren ist außerdem ein 5V 25W SNT und viel, viel Kabelsalat.
Ich denke der 9V Akku ist ein guter Kompromiss aus Größe und Leistung. 
Ich bin grad am erstellen eines Schaltplans für das Laden des Akkus 
(lege ich dann bei, wenn ich es fertig hab)

von Chris S. (schris)


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Balancer ist doch nur ein Komparator des lm324.
Damit machst du balancer, umschalter, spannungsverdoppler und 
Ladeanzeige mit etwas huenerfutter und transistoren sowie led.

von Andreas B. (andreas_b53)


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Primär ist mir wichtig, die Stromversorgung aufrecht zu erhalten, bis 
der Rasberry runtergefahren ist. Ob ich das nun via 9V-Block oder 
Lipo-Akku mache ist egal. Ich empfinde es als simpler, einfach n 9V Akku 
zu laden als ein Balancer zu bauen :) Das muss ja schließlich alles auf 
ne Platine von der Größe des Raspberry passen. (Wobei schon viel belegt 
ist - siehe Anhang)

von vorderwäldler (Gast)


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Ist es bei einem Mediaplayer nicht wurst ob dem einfach der Saft 
abgedreht wird?

von ... (Gast)


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was spricht gegen einen 1s lipo mit hochsetzer?
bekommt man fertig als PowerBank ab ca. 15€... dazu zwei schottky und 
fertig...

von Andreas B. (andreas_b53)


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vorderwäldler schrieb:
> Ist es bei einem Mediaplayer nicht wurst ob dem einfach der Saft
> abgedreht wird?

Dachte ich auch, doch es hat schon zwei mal mein XBMC-Image verschossen. 
Das dauert dann immer, bis man alles wieder eingerichtet hat.

@...: kannst Fundus etwas aufführen?

von chris (Gast)


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Wenn das dein Ziel ist , dann solltest du eher an der 3.3v Schiene 
ansetzen und einfach ein 3v Regler mittels Shotty Diode von einer lipo 
Zelle nehmen sowie einfachen ladeic von 5v.
Einfacher geht es doch nicht.

von Andreas B. (andreas_b53)


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Prinzipell habe ich auch das hier: 
http://www.rasppishop.de/erweiterungen/3083/ups-pico-hat-konformes-usv-modul
Jedoch finde ich keine Anleitung wie ich es für den Raspberry Pi 2 
umsetzen kann (in Kombination mit OpenElec/OSMC/...)

: Bearbeitet durch User
von spontan (Gast)


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Was paßt denn an der käuflichen Schaltung nicht?
Der Preis?
Oder die Technik?

von Tom G. (tom_g)


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Wenn Du einen Rasberry 2 hast (die die im Feb. 2015 rauskamen) reicht 
eine 4V LIPO, dann brauchst Du keinen Spannungsregler.

von Alexander S. (esko) Benutzerseite


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Tom Gie schrieb:
> Wenn Du einen Rasberry 2 hast (die die im Feb. 2015 rauskamen) reicht
> eine 4V LIPO, dann brauchst Du keinen Spannungsregler.

Nach kurzer Suche konnte ich nicht herausfinden, wie das geht. Kannst du 
das näher ausführen?

von Tom G. (tom_g)


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Da brauchst Du nichts rausfinden, das habe ich ja schon für Dich 
gemacht.
Bei den "alten" Raspberries brauchtest Du mindestens 4.7V, sonst ging 
Netzwerk und USB nicht mehr.
Raspberry 2 geht eben jetzt mit 4.1V noch mit USB und daher Netzwerk.

Also wäre für Dich die einfachste Lösung eine Lipo Zelle per Diode an 
den Raspberry zu hängen und wenn dann dein Netzteil ausfällt geht es 
ohne delay gleich mit der Lipo Zelle weiter.
Ich habe so eine UPS entwickelt die noch per Microcontroller den 
Raspberry runterfährt, und dann wieder neu startet wenn Power 
zurückkommt.

von Alexander S. (esko) Benutzerseite


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Tom Gie schrieb:
> Da brauchst Du nichts rausfinden, das habe ich ja schon für Dich
> gemacht. [...]
> Raspberry 2 geht eben jetzt mit 4.1V noch mit USB und daher Netzwerk.

D.h. du betreibst ihn außerhalb der Spezifikation.

> Also wäre für Dich die einfachste Lösung eine Lipo Zelle per Diode an
> den Raspberry zu hängen

Das sind dann nochmal 0,4 Volt weniger. Ein fast voller LiIon-Akku hat 
4,0 Volt[1]. Also kommen nur ca. 3,6 Volt.
Besonders stabil klingt diese Lösung nicht, wenn sie überhaupt 
funktioniert.

[1]http://lygte-info.dk/pic/Batteries2012/Spark%2018650%202600%20mAh%20%28Black%29/Spark%2018650%202600%20mAh%20%28Black%29-Capacity.png

von Tom G. (tom_g)


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Lipo wird auf eine Ladeendspannung von 4.2V geladen.
Die meisten UPS haben den Sinn, dein System bei kurzen 
Spannungseinbrüchen am Laufen zu halten, bzw. dann anständig 
runterzufahren damit das Betriebssystem oder Dateisystem keinen Schaden 
nehmen.
Das macht meine UPS und paßt noch in das Raspberry Gehäuse. Beim 
Raspberry 2 gehen wie gesagt in dieser Phase sogar Netzwerk und USB 
noch, so daß Du auch noch eine Meldung über Netzwerk  wegschicken kannst 
bevor heruntergefahren wird.

Diese Konfiguration (ohne shutdown) kannst Du für 10 cent mit einer Lipo 
und einer Diode basteln.

Wenn Du etwas brauchst was ewig mit Batterie geht, dann brauchst Du eine 
große Batterie, einen großen Laderegler, DC/DC step down Regler usw. 
Dazu kommt noch deine Auswerteschaltung und der shutdown.

von Alexander S. (esko) Benutzerseite


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Tom Gie schrieb:
> Lipo wird auf eine Ladeendspannung von 4.2V geladen.

Ja, aber die Entladespannung bricht sofort ein auf 4,05 Volt, nach 5 
Minuten nur noch 4,00 Volt. Siehe der Link aus meinem letzten Beitrag.

> Beim Raspberry 2 gehen wie gesagt in dieser Phase sogar Netzwerk und USB
> noch, [...]
> Diese Konfiguration (ohne shutdown) kannst Du für 10 cent mit einer Lipo
> und einer Diode basteln.

Wie hast du das getestet und was war konkret die Spannung am RPi?
Ich bezweifel, dass der RPi bei 3,6 Volt noch sauber läuft.

von Thomas B. (thombde)


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Mach das doch mit Schottkydioden.
Dann brauchst du nicht extra umschalten wenn du auf Akkubetrieb gehst.
Ich habe mal einen Auszug aus einer Schaltung die ich verwende 
reingestellt.
Ist für den Notstrom einer EMA.
Da brauchst du nur noch einen Spannungsregler hinterhängen.
Der Akku ist ein PB, der hält auch Pufferbetrieb aus.
Wenn du keine Unterspannungsabschaltung benötigst, kannst du den Kram
hinter D3 weglassen.
Die Ladestrombegrenzung (T2 /T1)  würde ich beibehalten.

Wollte das noch neu zeichnen, aber die Zeit fehlt, sorry

von Tom G. (tom_g)


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Ja, Schottky war eigentlich für mich klar, aber danke fürs hinschreiben 
Thomas, das hatte ich vergessen.
Schottky bekommst Du mit 0.2V Abfall bei 1A.
Testen kannst Du das bei 3.6V indem Du einen TTL -RS232 benutzt der 
sowieso auf 3V läuft, dann kannst Du sehen, daß auch dein Betriebssystem 
noch läuft.

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