Relais schalten wenn Supercap geladen (Raspberry PI USV)

[Steffen Y. (rolli_tyler)]

Hi, ich hole erst mal ein bisschen aus, die genaue Fragestellung ist 
unten hintern den ### zu lesen.

Ich wollte für meinen Raspberry Pi eine USV zur Überbrückung bei 
Brownouts und zum automatischen Runterfahren bei Stromausfällen.

Ich hatte bereits eine kleine USV Platine die das macht (die "alte" CW2 
Pi USV http://piusv.de/support/) allerdings verlangt die nach einer 
Backupspannungsquelle mit mindestens 9V. Wenn man den beigelegten 
Batteriehalter mit 6 Mignons bestückt kommt man aber nicht weit, nach 
einer Woche heißt es nachlegen (oder aufladen, bei Akkus).
Deshalb ist die auch erst mal wieder im Schrank verschwunden.

Dann bin ich auf der Suche aber über das hier gestolpert: 
http://juice4halt.com/
Auch eine USV Platine, aber mit Superkondensatoren als Energiespeicher.
Leider gibt es diese noch nicht zu kaufen 
(http://www.forum-raspberrypi.de/Thread-batterielose-supercap-usv-keine-spannungseinbrueche-sauberer-shutdown?page=5).

Aber dann bin ich auch noch auf diesen Artikel gestoßen:
http://www.hackerspace-ffm.de/wiki/index.php?title=Raspi_EDLC_UPS
Hier hat ein Hackerspace sich selbst einen Supercap USV für einen 
Raspberry gebaut.

Diesen Ansatz habe ich aufgenommen, die Schaltung nachgebaut noch um 
einen Step-UP Wandler ergänzt und an meine Pi USV Platine drangehängt.

Es funktioniert schon prima, nur zieht der Supercap beim Laden soviel 
Strom
dass beim 5V-Netzteil die Spannung einbricht.
Deshalb kann man den Raspberry eigentlich erst betreiben nachdem der 
Kondensator voll geladen ist (was für mich erst mal kein Problem ist).
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Nur darf dann eben erst NACHDEM der Kondensator geladen ist die 
Versorgungsspannung an den Raspberry PI angelegt werden.
Das würde ich gerne mit einem 4,5V Relais lösen (AXICOM V23079 an dessen 
Schaltkontakten die 5V des USB-Netzteils anliegen), dass erst geschaltet 
wird wenn der Kondensator geladen ist (bzw die Eingangsspannung wieder 
5v Beträgt).

Leider schaltet das Relais bereits ab ca. 3.0V, deshalb muss ich 
zusätzliche Maßnahmen ergreifen um sicherzustellen das erst bei 4,8V 
geschaltet wird.

Ich habe es mit einem Schmitt Trigger versucht, doch leider funktioniert 
er nicht so wie gewünscht. Da ich während des Ladevorgangs keine saubere 
5V Spannung habe um den Komparator zu betreiben hat er am Ausgang nur 
die Betriebsspannung ausgegeben.

Habt ihr noch eine Idee wie ich das zuverlässig hinbekomme, mit einer 
möglichst kleinen Schaltung/Bauteilen?

lg
Steffen

[HildeK (Gast)]

Muss es unbedingt ein Relais sein?
Ich würde das so lösen, wie im angehängten Bild gezeigt.

[Dirk D. (dicky_d)]

Hast du probiert die Ladewiderstände so zu wählen das das Netzteil nicht 
in die Knie geht?
Ich kann das Nicht abschätzen (weil ich weder weiß wie sich dein 
Netzteil verhält noch weiß wie groß die Caps sind), könnte mir aber 
vorstellen das das zum Erfolg führt, mit dem kleinen Problem das dein PI 
schon Bootet obwohl die USV noch nicht nutzbar ist.

[eagle user (Gast)]

Mit dem LT1431 könnte man der Sache noch eine Hysterese spendieren und 
hätte die volle Betriebsspannung am FET-Gate (ja, mit dem IRF7220 geht's 
auch so).

[Steffen Y. (rolli_tyler)]

@HildeK
Ich habe es genommen wegen der Potentialtrennung. Ich habe in der 
Schaltung zwei Stromquellen. Einmal das USB-Netzteil und dann die 
Kondensatoren. Fällt der Strom aus (ergo das USB-Netzteil)verhindern die
Schottky Dioden das die Spannung aus den Kondensatoren zurück ins 
Netzteil fließt.
Welche Spannungsversorgung verwendet wird entscheidet die PiUSV Platine. 
Nur bootet diese eben den PI sofort wenn Spannung anliegt, deshalb will 
ich erst nachdem der Kondensator geladen wurde die Spannung anlegen.
Aber ich könnte deine Schaltung nehmen um das Relais anzusteuern.

So wie ich es verstehe muss ich über den Spannungsteiler die 
Referenzspannung von 2,5V für den TL431 anlegen. Sobald er diese 
anliegen hat (also wenn der Kondensator geladen ist) schaltet er durch 
und dadurch dann auch der Mosfet.
Korrekt?

@Dirk D.
Das Netzteil ist ein 1A 5V USB Netzteil. Die Kondensatoren sind 50F 2.7V 
in Reihe geschaltet (wie oben auf dem Bild/Schaltplan). Die Widerstände 
sind 1,5Ohm 5W Leistungswiderstände.

Aber ich würde sie lieber nicht anpassen, erstens braucht das ganze so 
schon >10 min um sich aufzuladen, außerdem will ich den Pi ja gerade 
nicht unabgesichert betreiben ;)

[HildeK (Gast)]

Steffen Z. schrieb:
> So wie ich es verstehe muss ich über den Spannungsteiler die
> Referenzspannung von 2,5V für den TL431 anlegen. Sobald er diese
> anliegen hat (also wenn der Kondensator geladen ist) schaltet er durch
> und dadurch dann auch der Mosfet.
> Korrekt?

Ja, korrekt.
Der TL431 arbeitet hier als Komparator. Natürlich kannst du, anstatt die 
Schaltung direkt zu versorgen, auch ein Relais damit schalten.
Allerdings ist deine Forderung nach einer genauen Schaltschwelle bei 
4.8V schon recht streng und eigentlich nur (über Temperatur/Alterung) 
nur mit 0.1%-Toleranzen der beteiligten Bauelemente zu erreichen.

[Steffen Y. (rolli_tyler)]

Ja die 4.8v sind nicht zwingend.  Es reicht auch schon wenn die 
Kondensatoren auf 4.0v geladen sind (ab dann reicht die Ladung schon für 
einen kontrollierten shutdown) in sofern hab ich da noch ein bisschen 
Puffer.

[Steffen Y. (rolli_tyler)]

Wie müsste denn die Schaltung von HildeK aussehen um anstelle des 
IRF7220 (an einen Mosfet komme ich hier nicht so schnell ran) einen 
einfachen PNP Transistor(BC557C) zu verwenden (der dann ein 5V Relais 
schalten würde).

[HildeK (Gast)]

Anstelle des MOSFET direkt einen PNP nehmen, aber einen 
Basisvorwiderstand (1k - je nach Relaisstrom) nicht vergessen. Dann an 
OUT das Relais gegen GND anschließen (anstatt R_LOAD) - mit 
Freilaufdiode natürlich.

Wenn du an den MOSFET nicht kommst, hast du den TL431 denn zur 
Verfügung? Ich hätte jetzt eher den MOSFET in meinem Fundus, den TL aber 
nicht. Nur so eine Frage ...

[Steffen Y. (rolli_tyler)]

Ok,  prima Danke.

Ja haben hier in Darmstadt einen Elektronik Laden der den TL431 auf 
Lager hat, aber komischerweise keine Mosfets.
Bestellen wollte ich für die paar Bauteile nicht,  Portokosten + 
Lieferzeit machen das für mich uninteressant.

[Amateur (Gast)]

Die 100 Ohm-Widerstände machen das gesamte Konzept zur Farse.
Rechne mal aus, wann die die Kondensatoren entladen haben!

[Amateur (Gast)]

>Ja haben hier in Darmstadt einen Elektronik Laden der den TL431 auf
>Lager hat, aber komischerweise keine Mosfets.
>Bestellen wollte ich für die paar Bauteile nicht,  Portokosten +
>Lieferzeit machen das für mich uninteressant.

Kommst Du in nächster Zeit nicht mal nach Frankfurt? Da gibt’s 'nen "C".

Wenn Deine Schaltung noch gar nicht steht und wahrscheinlich noch nicht 
fehlerfrei ist - wieso die Eile?

[Karll (Gast)]

@Steffen Z.: Deine Schaltung ist Schwachsinn.

Die beiden Widerstände saugen dir im "USV Betrieb" deine Supercaps leer.
Ausserdem würde ein aktiver Ballancer merklich besser sein, als deine 
Kompromissschaltung.

Wieviele Sekunden kannst du überbrücken?
Fährt der Raspy automatisch herunter, wenn die Spannung zu klein ist?
(Schreibfehler auf SD Karte)
Was passiert bei transienter Überspannung? (Beim Wiedereinschalten des 
Netzes)

[Sepp (Gast)]

Stimme Karll voll und ganz zu. Die Schaltung ist Schwachsinn.

Ein USB Netzteil mit wirklichen 5V und 1 A kann das locker.

Versorge den µC beim Laden nicht aus den Supercaps, sondern direkt von 
Netzteil.

Lade die Supercaps mit weniger Stom, bau eine vernünftige 
Balancerschaltung,
oder nimm am besten gleich Cs, die das können, oder einen vernünftigen 
Akku, der das kann.

Schalte den µC erst auf die Notstromversorgung, wenn kein Netz mehr 
anliegt.


Alles andere ist Flickschusterei, und nicht mal eine gute.