Powerbank und Step-Up

[M. W. (rallini94)]

Hey Leute,

ich weiß, vermutlich gab es das Thema schonmal irgendwie, aber ich weiß 
einfach nicht, nach was genau ich suchen muss, damit ich die richtigen 
Infos erhalte.

Bei meinem Projekt, das jetzt schon ein halbes Jahr läuft, ging 
mittlerweile alles. Bis ich die Stromversorgung vom Steckernetzteil (5 V 
/ 2,0 A) auf eine Powerbank (5 V / 2,1 A; Maozua 15000 mAh) umgestellt 
habe.

Zu meiner Schaltung: Hauptverbraucher sind ein Step-Up-Regler auf 12 V 
(zwei 3W LED Spots) und ein Lautsprecher, der direkt an den 5 V sitzt.
Zunächst ging meine Schaltung mit einem der LED Spots (~0,7 A 
Verbrauch). Beim Zuschalten des zweiten Spots, also dann etwa 1,4 A, 
ging die Powerbank mit Warnblinken aus ... Mh, Vermutlich 
Überstromerkennung. Eventuell ist der Eingangskondensator des Step-Ups 
zu klein und die Stormimpulse aus der Powerbank deshalb zu hoch -> 
Kondensator rein und es ging dann mit dem zweiten Spot (ok es sind 
eigentlich 5 Spots von denen immer nur zwei leuchten und ich musste die 
Schaltzeiten etwas anpassen, da sonst auch die Powerbank augestiegen 
ist).
Tja, dann wollte ich den Lautsprecher (300 Hz Rechteck, soll nur Krach 
machen) dazu nehmen. Mit dem Steckernetzteil liegt der Verbruach dann 
mit dem Multimeter, also im Mittel, bei etwa 1,65 A. Und natürlich stieg 
die Powerbank wieder aus.
Kondensator immer noch zu klein? Also zweiten besorgen und Powerbank mal 
laden. Alles einbauen anstecken und nichts ging mehr. Nicht mal das 
anschalten, was sonst immer ging. Also vermutlich den Port der Powerbank 
getötet. Naja scheinbar nicht ganz, mein Handy lädt noch (wenn auch 
gefühlt sehr langsam).
Mit 470µF und 1mF Kondensatoren am Eingang fängt auch mittlerweile das 
Stekcernetzteil an zu Summen. Zumindest solange keine der Lasten an ist.

Ich bin langsam echt verzweifelt und würde den ganzen Kram am liebsten 
gegen die Wand schmeißen. Leider steckt da eine Menge arbeit und schon 
gut 250€ drin. Mein Verein findet das sicher nicht lustig, wenn ich das 
einfach so wegwerfe.

Kann mir einer einen Tipp geben? Kennt vielleicht einer eine Powerbank, 
die auch mit Impulslasten klar kommt und möglichst viel Kapazität hat?
Oder mag es mit einer neuen Powerbank und den beiden Kondensatoren jetzt 
gehen? (Will keine neue kaufen und die gleich wieder schrotten)
Oder muss ich doch auf LiPo Akkus oder ähnliches umsteigen? Bräuchte 
dann allerdings eine Spanne von 4,5-5,5 V (darauf ist der Step-Up 
ausgelegt) und würde eigentlich ungern noch ne extra Ladeschaltung haben 
wollen.

Entschuldigt den vielen Text. Ich stell mich jetzt mal beschämt in die 
Ecke :(

[Joe F. (easylife)]

Bei dem Strom, den du da ziehst, ist 4.7uF für C3 sicher nicht 
ausreichend.
Das Datenblatt fordert hier min. 10uF, eher 44uF.
Die 470µF und 1mF helfen da aufgrund des hohen ESR kaum.
Zudem kommt es noch darauf an, was für einen 4.7uF du verbaut hast. Mit 
zunehmender Ladung reduziert sich die Kapazität bei 
Keramikkondensatoren. Kann also sein, dass dein 4.7uF auch fast nichts 
bringt.
Ein weiterer Faktor ist das Platinenlayout. Zeige uns das doch mal 
bitte.

[M. W. (rallini94)]

Joe F. schrieb:

> Zudem kommt es noch darauf an, was für einen 4.7uF du verbaut hast. Mit
> zunehmender Ladung reduziert sich die Kapazität bei
> Keramikkondensatoren. Kann also sein, dass dein 4.7uF auch fast nichts
> bringt.
> Ein weiterer Faktor ist das Platinenlayout. Zeige uns das doch mal
> bitte.

Ok, das Platinen-Layout und eine kleine Diskussion über die 
Kondensatoren findet man bereits im Folgenden Beitrag 
Beitrag "Re: Design LM3670 und LMR62421"

Die Kondensatoren sind also extra Low ESR, mit passendem Frequenzgang 
und wurden von TI selbst vorgeschlagen (also von deren Webench).
Habe zwei dieser Platinen, bei einer ist auch ein 22uF am Eingang (der 
gleiche wie am Ausgang). Beide Versionen funktionieren nicht.

Meinst du ein großer Kondensator im Bereich 470uF - 2200uF oder so also 
Low ESR Elko würde gehen? Die bekommt man ja relativ problemlos

[Sascha_ (Gast)]

Die LEDs machen schon 6W, dann der Lautsprecher dazu...überforderst du 
die arme PB vielleicht einfach nur?

Mal Strommessung mit Oszi gemacht? Mittlerer Strom und Spitzenstrom sind 
2 Paar Schuhe.

[Joe F. (easylife)]

M. W. schrieb:
> Ok, das Platinen-Layout und eine kleine Diskussion über die
> Kondensatoren findet man bereits im Folgenden Beitrag

Und? Hast du was daraus gelernt?
Die Keramik-Kondensatoren sind viel zu klein dimensioniert.
Und die Elkos sind dann per Kabel verbunden -> wirkungslos.

Guck mal in das von dir verlinkte Datenblatt für den 4.7uF/6.3V
http://datasheet.octopart.com/GRM188R60J475KE19D-Murata-datasheet-7628155.pdf

Grafik unten links (6. Capacitance - DC Voltage Characteristics).
Wenn dieser Kondensator mit 5V geladen ist, hat er noch ca. 1.6uF.

[M. W. (rallini94)]

Sascha_ schrieb:
> Die LEDs machen schon 6W, dann der Lautsprecher dazu...überforderst du
> die arme PB vielleicht einfach nur?

Sagen wir es mal so, ich gehe vermutlich stark an die Grenze. Habe 
mittlerweile gesehen, dass es Powerbank mit 2,4 A Ausgang gibt. Wäre 
vermutlich ne bessere Wahl, was?

> Mal Strommessung mit Oszi gemacht? Mittlerer Strom und Spitzenstrom sind
> 2 Paar Schuhe.

Ich weiß. Leider habe ich weder Oszi noch einen passenden Messshunt 
zuhause. Muss mal gucken, ob ich mir das in der Arbeit für ein paar Tage 
zusammen klauen kann.


Joe F. schrieb:
> M. W. schrieb:
>> Ok, das Platinen-Layout und eine kleine Diskussion über die
>> Kondensatoren findet man bereits im Folgenden Beitrag
>
> Und? Hast du was daraus gelernt?

Genau, das

> Die Keramik-Kondensatoren sind viel zu klein dimensioniert.
> Und die Elkos sind dann per Kabel verbunden -> wirkungslos.

und das ich beim nächsten Schaltregler-Design genau dort mehr Acht drauf 
geben werde, und auf jeden Fall hier die Experten vorher um Rat bitte.

Wenn jetzt noch Elkos, falls sie den was bringen, nachgerüstet werden, 
werden sie natürlich so kurz wie möglich angebunden. Ich weiß, dass das 
nichts im Vergleich zu direkt auf der Platine ist.

> Guck mal in das von dir verlinkte Datenblatt für den 4.7uF/6.3V
> http://datasheet.octopart.com/GRM188R60J475KE19D-Murata-datasheet-7628155.pdf
>
> Grafik unten links (6. Capacitance - DC Voltage Characteristics).
> Wenn dieser Kondensator mit 5V geladen ist, hat er noch ca. 1.6uF.

Ok, mittlerweile frage ich mich immer mehr, was mir die TI-Webench da 
vorgeschlagen hat. Wie gesagt, ich habe genau die Teile bestellt, die 
diese Software rausgeschmissen hat. Das die Kondensatoren aber dermaßen 
abnehmen... wow!


Ich wäre natürlich immer noch dankbar, wenn ich es mit den vorhandenen 
Platinen und Erweiterungen stabil zum Laufen bekomme, ansonst war das 
ein ziemlich teures Lehrgeld :|

[Sascha_ (Gast)]

M. W. schrieb:
> Sascha_ schrieb:
>> Die LEDs machen schon 6W, dann der Lautsprecher dazu...überforderst du
>> die arme PB vielleicht einfach nur?
>
> Sagen wir es mal so, ich gehe vermutlich stark an die Grenze. Habe
> mittlerweile gesehen, dass es Powerbank mit 2,4 A Ausgang gibt. Wäre
> vermutlich ne bessere Wahl, was?

Meiner Erfahrung nach unterscheiden die sich von den 1A Modellen 
hauptsächlich dadurch, dass 1,6A Strom tatsächlich aus dem USB Ausgang 
kommen, dafür der Spannungswandler in der PB sehr warm wird.

Bei den Leistungsdaten würde ich mir ein Li-Ion Batteriepack selbst 
bauen mit nem StepDown-Spannungswandler als Ladegerät und nem 12V 
Step-up am Ausgang mit Strombegrenzung.
Dann noch nen Untervoltage Lockout dazu und schon hat man ein Akkupack 
was man kaum noch kaputtbekommt.

Reihenfolge also: Akku - UVLO - 12VStepup - Last

Dann hast du sogar noch ne Wirkungsgradverbesserung weil der 
Spannungswandler der PB wegfällt.

[M. W. (rallini94)]

Sascha_ schrieb:
> Bei den Leistungsdaten würde ich mir ein Li-Ion Batteriepack selbst
> bauen mit nem StepDown-Spannungswandler als Ladegerät und nem 12V
> Step-up am Ausgang mit Strombegrenzung.
> Dann noch nen Untervoltage Lockout dazu und schon hat man ein Akkupack
> was man kaum noch kaputtbekommt.
>
> Reihenfolge also: Akku - UVLO - 12VStepup - Last
>
> Dann hast du sogar noch ne Wirkungsgradverbesserung weil der
> Spannungswandler der PB wegfällt.

Ja, wäre wohl eine klügere Wahl gewesen. Werde ich - falls sowas nochmal 
kommt - auch eher andenken. Nur leider habe ich die Schaltugnen jetzt 
schon und auch ziemlich viel Arbeit investiert.

Die Versuche mit der Powerbank und den beiden LED Spots verliefen ja 
auch gut. Erst mit dem Lautsprecher dazu wurde es wohl zu viel, bzw. hat 
das den Port der Bank wohl demoliert.

Tja, Schaltregler waren halt nicht Teil meines Studiums und in der 
Hinsicht muss ich auf jeden Fall noch ordentlich was lernen.


Was haltet ihr denn von folgendem Kondensator als Ersatz am Eingang:
http://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM32ER61C476KE15%23.pdf

Hat im Bereich von 1 MHz bei seiner Impedanz einen relativ guten 
Tiefpunkt. Und wenn man sich die DC Characterisic anschaut, ist sie 
deutlich besser als der

Joe F. schrieb:
> Guck mal in das von dir verlinkte Datenblatt für den 4.7uF/6.3V
> http://datasheet.octopart.com/GRM188R60J475KE19D-Murata-datasheet-7628155.pdf
>
> Grafik unten links (6. Capacitance - DC Voltage Characteristics).
> Wenn dieser Kondensator mit 5V geladen ist, hat er noch ca. 1.6uF.

oder??? Ok, die Achse ist nicht beschrifet aber über 50% sind es noch 
also sagen wir mal effektiv etwa 22µF

[Dirk K. (dekoepi)]

Vergiss' doch die Powerbank und komisches Geflicke mit Kondensatoren 
bitte einmal. Die ist bei dir der Flaschenhals, da darin eine nicht 
ausreichende StepUp-Schaltung werkelt, an der du ebenfalls noch mal 
StepUp frickelst.

Habe mir die DBs deiner Bausteine nicht angesehen. Der 12V StepUp kann 
bestimmt runter bis 3,5V versorgt werden?

Dann also einfach zwei leistungsfähige 18650-Akkus parallel schalten, 
Schutzschaltung ran, simpelste TP056-Ladeschaltung zum Laden ran, wenn 
du es gut machen willst, noch Schutzschaltung dazu.

Akkuhalter zu 0,61€: 
https://www.aliexpress.com/item/2016-High-Quality-DIY-18650-Battery-Case-Holder-Storage-Box-Holder-Case-For-2-X-18650/32659628222.html
An jeden Akkuhalter dann hiervon einen ran, als Schutzschaltung gegen 
Tiefentladung oder Überladung: 
https://www.aliexpress.com/item/2pcs-lot-1S-3-7V-3A-li-ion-BMS-PCM-battery-protection-board-pcm-for-18650/32674139877.html 
- zwei Stck zu 1,15€
(Anschlussplan das zweite Bild hier: 
https://www.aliexpress.com/item-img/1S-3-7V-3A-li-ion-BMS-PCM-battery-protection-board-pcm-for-18650-lithium-ion/32505234031.html# 
)
Aufladen via USB mit diesem 0,26€-Lader: 
https://www.aliexpress.com/item/1pc-5V-Mini-MICRO-USB-1A-TP4056-Lithium-Battery-Charging-Charger-Module-New-Hot-Worldwide-new/32653063600.html

Akkus vielleicht solche hier:
3,15€ je Stück für Panasonic NCR18650PF (10A, 2900mAh): 
https://eu.nkon.nl/panasonic-ncr18650pf-3-7v-2900mah.html

Wären also 5800mAh und insgesamt 8€ (ok, +5 Euro Versand für die Akkus) 
für deine "Selbstbau-Powerbank", die dann ordentlich belastbar ist im 
Vergleich zu deinem jetzigen Modell.

[M. W. (rallini94)]

Dirk K. schrieb:
> Vergiss' doch die Powerbank und komisches Geflicke mit Kondensatoren
> bitte einmal. Die ist bei dir der Flaschenhals, da darin eine nicht
> ausreichende StepUp-Schaltung werkelt, an der du ebenfalls noch mal
> StepUp frickelst.
>
> Habe mir die DBs deiner Bausteine nicht angesehen. Der 12V StepUp kann
> bestimmt runter bis 3,5V versorgt werden?
>
> Dann also einfach zwei leistungsfähige 18650-Akkus parallel schalten,
> Schutzschaltung ran, simpelste TP056-Ladeschaltung zum Laden ran, wenn
> du es gut machen willst, noch Schutzschaltung dazu.
>
> Akkuhalter zu 0,61€:
> 
https://www.aliexpress.com/item/2016-High-Quality-DIY-18650-Battery-Case-Holder-Storage-Box-Holder-Case-For-2-X-18650/32659628222.html
> An jeden Akkuhalter dann hiervon einen ran, als Schutzschaltung gegen
> Tiefentladung oder Überladung:
> 
https://www.aliexpress.com/item/2pcs-lot-1S-3-7V-3A-li-ion-BMS-PCM-battery-protection-board-pcm-for-18650/32674139877.html
> - zwei Stck zu 1,15€
> (Anschlussplan das zweite Bild hier:
> 
https://www.aliexpress.com/item-img/1S-3-7V-3A-li-ion-BMS-PCM-battery-protection-board-pcm-for-18650-lithium-ion/32505234031.html#
> )
> Aufladen via USB mit diesem 0,26€-Lader:
> 
https://www.aliexpress.com/item/1pc-5V-Mini-MICRO-USB-1A-TP4056-Lithium-Battery-Charging-Charger-Module-New-Hot-Worldwide-new/32653063600.html
>
> Akkus vielleicht solche hier:
> 3,15€ je Stück für Panasonic NCR18650PF (10A, 2900mAh):
> https://eu.nkon.nl/panasonic-ncr18650pf-3-7v-2900mah.html
>
> Wären also 5800mAh und insgesamt 8€ (ok, +5 Euro Versand für die Akkus)
> für deine "Selbstbau-Powerbank", die dann ordentlich belastbar ist im
> Vergleich zu deinem jetzigen Modell.


Danke für die umfrangreichen Ausführungen.

Ich kam jetzt erstmal auf die Idee, die Spots (diese 
https://www.conrad.de/de/led-einfarbig-osram-12-v-gu53-33-w-20-w-neutralweiss-eek-a-reflektor-x-l-51-mm-x-51-mm-1-st-1365585.html) 
direkt an die 5 V zu klemmen. Denn bei 12 V waren sie eh eigentlich zu 
hell. Dabei habe ich festgestellt, dass es sich wohl nicht einfach nur 
um LEDs mit Vorwiderstand und Gleichrichter (sind auch AC geeignet) 
sind, sondern das scheinbar auch in den LEDs StepUp-Konstantstrom 
Schaltungen werkeln. Denn bei 5 V ziehen die Dinger plötzlich 0,75A und 
die Helligkeit ist ähnlich wie bei 12 V und 0,25 A.
Dachte nicht, dass ich sowas gutes gekauft hatte. Werde mich erstmal 
nach einfachen 5V Spots umschauen, die hell genug sind. Dann bleibt auch 
die Diskussion um den StepUp erspart