Hallo liebe Community,
ich würde gerne eine kleine Platine bauen. Der Zweck der Schaltung soll
sein, dass bei fehlender Versorgungsspannung die Versorgung über einen
einzelne LiIonen Zelle aufrecht erhalten wird. Wird das Gerät
abgeschaltet soll sich die Versorgung des Akkus ebenfalls abschalten.
Bei vorhandener externen Versorgungsspannung soll der Akku nachgeladen
werden.
Schaltungsvorschlag:
- externe Versorgungsspannung über eine Diode für 5V 3A
- eine einzelne LiIonen Zelle als zweite Stromversorgung mit Diode
- Controller zum Laden des Akkus
- P-MOS, der den Akku trennt
- Step Up/Down Schaltregler der aus der Eingangs- und Akkuspannung 5V 3A
erzeugt
welche Bauteile könnte ihr mir hierfür empfehlen? Bei den Akku-Lade ICs
gibts ja haufenweise und ich weis einfach nicht was ich nehmen
kann/sollte. Bei den P-MOS finde ich einfach keinen richtigen der bei
niedriger Akku-Spannung noch richtig durchschaltet. Beim Schaltregler
habe ich leider keine Erfahrung welche gut als Step-UP/Down geeignet
sind ohne viele Bauteile zu benötigen.
Danke für die Hilfe.
MFG
Sieh dich mal bei Aliexpress um.
Es gibt fertige Schutzschaltungen für die gängige 18650er Zelle. Die
haben Unterspannungsabschaltung, Kurzschlussschutz und Ladebegrenzung
drin. Suchbegriff ist "18650 protection board"
Für den Wandler gibt es auch fertige Boards, die billiger sind als die
Bauteile einzeln. "dc-dc converter 5V" hilft dir weiter.
AndyII schrieb:> Bei vorhandener externen Versorgungsspannung soll der Akku nachgeladen> werden.
Zum Laden den Chinesen TP4056. Der Stein bzw. Platinchen mit dem kosten
sehr wenig, der Baustein hat ein definiertes Verhalten, wenn seine
Eingangsspannung wegfällt.
Wer keinen Chinesen will: Der STC4054 von ST ist recht ähnlich.
Hatte erst eine Ahnliche Anwendung...
Nach viel Googeln:
STNS01 macht Li-Ion Laderegler mit Powerpath (Spannung umschalten) und
TPS63002 macht 5V Boost :)
Ein IC, was beides macht, scheint exotisch und schwer zu finden sein :)
Dank für die bisherigen antworten
Naja das umschalten könnte ich ja notfalls mit den Dioden machen
Hab auch schon alles in einem gefunden aber nicht für 3A
Beim Akku würde ich schauen dass ich einen mit integrierter
schutzschaltung nehme
Schön wäre es wenn es einzelne Bauteile wären da das ganze auf eine
andere Platine mit drauf soll
AndyII schrieb:> Schön wäre es wenn es einzelne Bauteile wären da das ganze auf eine> andere Platine mit drauf soll
Was hindert dich, 2 kleine Platinen reverse zu engineeren und bei dir
einzufügen? Ich habe mir auch für den oben vorgeschlagenen TP4056 und
einen kleinen SOT23 step up IC, von so einer Platine die Datenblätter
gezogen, die nackten IC's, ohne Platine bei Ali bestellt, mir für Eagle
eigene Bauelemente erstellt und dann ins eigene Projekt eingebunden.
Jetzt werkeln beide zusammen ca. auf der Fläche einer der beiden
Einzelplatinen. Hatte zuvor mal über die parametrische Suche beim Distri
nach was Vergleichbaren geguckt, wo dann ein IC soviel wie der Zwanziger
Gurtabschnitt der China-IC's kosten sollte.
Sieh es mal so: mit den briefmarkengroßen Platinen bekommst du
spottbillige Evaluationboards für exotiche IC's, wo das Datenblatt für
einen des Englischen halbwegs mächtigen Europäers aussieht, wie ein
Strickmusterbogen, weil's auf chinesisch ist :-)
AndyII schrieb:>> - Step Up/Down Schaltregler der aus der Eingangs- und Akkuspannung 5V 3A> erzeugt
Brauchst Du wirklich 5V 3A? Das wird aus einer einzelnen LiIon Zelle
schon problematisch bzw. anspruchsvoll werden, da Du immmerhin ca. >5A
aus der Zelle ziehen müsstest.
Und wieso Up/Down? Ich sehe bisher nur Step-Up. Kann mal gerade jemand
überschlagsweise den. Min.Strom der Spule ausrechnen?
Vielleicht so etwas in der Art hier, schau dir mal die ganzen Produkte
bei Linear an, die könnten etwas passendes haben
http://www.linear.com/product/LTC4085
Da kommt dann der eigentliche Step-Up noch hinten dran.
---
Update: es gibt hier ein schönes Dokument zur überschlägigen Berechnung
eines Boost-Converters. Angenommen, wir möchten den Akku bis zu einer
unteren Grenze von 3,0V entladen: Der Isat der Spule sollte dann bei >7A
liegen (1MHz Converter angenommen), die Diode (und nebenbei auch der
Akku) muss das natürlich auch können.
http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf
Harald A. schrieb:> Und wieso Up/Down? Ich sehe bisher nur Step-Up. Kann mal gerade jemand> überschlagsweise den. Min.Strom der Spule ausrechnen?
Up-/Down war dafür gedacht, wenn die Eingangsspannung über den 5V liegt.
Muss ja aber nicht unbedingt sein wäre aber schön gewesen.
Harald A. schrieb:> Der Isat der Spule sollte dann bei >7A> liegen
Ja gut im Datenblatt des Schaltreglers wird hoffentlich eine passende
Spule vorgeschlagen sein und die Dioden werd ich dann wohl lieber durch
P-MOS ersetzen. Gibts denn einen schönen P-MOS den ich noch mit 3V
ansteuern könnte?
Diopter . schrieb:> TP5400
Ein schöner Baustein! Leider nur weit weg von seiner 3A Forderung. In
der Leistungsklasse des TP5400 gibt es auch bei den einschlägigen
Herstellern reichlich Auswahl.
AndyII schrieb:> Hat jemand erfahrung mit gängigen Typen als Lade-ICs?> (z.B MAX1758,TP4056,MCP73831,MIC79110,MAX1811,ACT2801)MAX1758: der hat Vin min = 6V - deine Forderung war aber 5V, oder doch
nicht mehr?
TP4056, MCP73831: habe ich schon verwendet, aber da fehlt dir dann ja
das Gesamtkonzept. Nur der Laderegler bringt ja nichts, denn aus der
Batterie muss der Strom ja nahtlos rein und raus, gerade DAS ist ja
etwas tricky!
MIC79110, MAX1811: ähnlich MCP73831
ACT2801: schöner Ansatz, aber ebenfalls weit weg von den 3A
Am besten wäre es, wenn du sagst, was denn nun alternativ noch geht oder
eben nicht mehr geht.
Uin: von ... bis...
Iout: von ... bis...
Batteriekonfigurationen
Harald A. schrieb:> TP4056, MCP73831: habe ich schon verwendet, aber da fehlt dir dann ja> das Gesamtkonzept. Nur der Laderegler bringt ja nichts, denn aus der> Batterie muss der Strom ja nahtlos rein und raus, gerade DAS ist ja> etwas tricky!
Naja man könnte doch über die externe Spannung den Laderegler betreiben
und dann den Ausgang des Akkus mit einem MOSFET auf die externe Spannung
klemmen. Anschließend folgt ein Step-Up Wandler.
Wenn die externe Spannung ausfällt fällt auch der Laderegler aus. Der
MOSFET wird so verschalten dass er in diesem Fall dann den Akku
durchschaltet. So wäre doch eine nahtlose Versogung des Schaltregler
möglich oder nicht?
Bei Vin bin ich relativ offen da geht von mir aus alles bis 15V
bei Iout siehts da ganz anders aus 2,5A sollten es mindestens sein bis
eher 3A
Also wird mir wohl nur ein getrennter Schalt- und Laderegler übrig
bleiben oder?
Ok, aufgrund der Verluste müsste es schon mit MOSFETs gemacht werden.
Diese MOSFETs müssen passend gesteuert werden, vielleicht durch "Ideal
Diode Controller" wie den LTC4370. Siehe auch
http://cds.linear.com/docs/en/product-selector-card/2PB_Linear_idealdiodesfc.pdf
Dahinter dann ein Step-Up, der sollte halt auf LiIon spezialisiert sein,
am besten mit Undervoltage Lockout.
Aber hast du verstanden, dass du die Zelle am unteren Ladeende mit fast
7A Peak belastest? Welche Zelle möchtest Du verwenden?
Wenn die Eingangsspannung egal ist würde ich über einen Akku mit zwei
oder drei Zellen nachdenken, dann kannst du ein Step-Down Konzept
verwenden und die Ströme bleiben erträglich.
Harald A. schrieb:> Ok, aufgrund der Verluste müsste es schon mit MOSFETs gemacht werden.> Diese MOSFETs müssen passend gesteuert werden, vielleicht durch "Ideal> Diode Controller" wie den LTC4370. Siehe auch
Ja die habe ich gesehen die wären wirklich eine kompakte Lösung.
Hab zwar auch einige Dioden gefunden aber die Verlustleistung wird
meistens nicht unter 1 W sein.
Aber wenn ich den LTC4085 nehmen würde hätt ich doch die ansteuerung der
MOSFETs und den Ladecontroller + umschaltung schon in einem oder nicht?
http://www.linear.com/product/LTC4085Harald A. schrieb:> Dahinter dann ein Step-Up, der sollte halt auf LiIon spezialisiert sein,> am besten mit Undervoltage Lockout.
gibts da einen Unterschied?
Harald A. schrieb:> Aber hast du verstanden, dass du die Zelle am unteren Ladeende mit fast> 7A Peak belastest? Welche Zelle möchtest Du verwenden?
Das habe ich bisher noch nicht beachtet. 2A würden vielleicht auch noch
ausreichen aber ich denke das macht die Sache nicht schöner. Wenn man
einen schnell schaltregler her nehmen würde könnte man ja eigentlich
auch mit einem geringeren Strom rechen.
Ich versteh nicht so ganz wie das dann bei anderen Geräten gemacht wird
in der nur eine Zelle verbaut ist. Bei 2 Zellen bräucht man eigentlich
auch schon wieder eine Balancer-Schaltung und das Laden der Zellen wir
nicht mehr so einfach was ich eben auch nicht will.
AndyII schrieb:>> Ja die habe ich gesehen die wären wirklich eine kompakte Lösung.> Hab zwar auch einige Dioden gefunden aber die Verlustleistung wird> meistens nicht unter 1 W sein.
Bei Schottky-Dioden darf man bei einigen Amperes gut und gerne 0,5V
annehmen.
> Aber wenn ich den LTC4085 nehmen würde hätt ich doch die ansteuerung der> MOSFETs und den Ladecontroller + umschaltung schon in einem oder nicht?> http://www.linear.com/product/LTC4085
Würde ich auch so sehen. Den USB-Teil braucht man ja nicht zwangsläufig
anschließen.
>> Harald A. schrieb:>> Dahinter dann ein Step-Up, der sollte halt auf LiIon spezialisiert sein,>> am besten mit Undervoltage Lockout.>> gibts da einen Unterschied?
Unterschied nicht direkt, aber eben so Features wie Undervoltage-Lockout
und Abschaltung von der Last (manchmal "true disconnect") benötigt man
ja, da bei den meisten Step-Ups mit der Spule und der Diode in
Längsrichtung stets ein Durchlass existiert, auch im ausgeschalteten
Zustand. Eine beliebte Falle!
>> Das habe ich bisher noch nicht beachtet. 2A würden vielleicht auch noch> ausreichen aber ich denke das macht die Sache nicht schöner.
Genau!
> Wenn man> einen schnell schaltregler her nehmen würde könnte man ja eigentlich> auch mit einem geringeren Strom rechen.
Warum das? Leistungsbilanz bleibt doch immer. Ein schnellerer
Schaltregler macht die Komponenten kleiner und das Layout
anspruchsvolller.
> Ich versteh nicht so ganz wie das dann bei anderen Geräten gemacht wird> in der nur eine Zelle verbaut ist.
Welches denn mit 15W Ausgangsleistung? Hast du mal ein Beispiel?
> Bei 2 Zellen bräucht man eigentlich> auch schon wieder eine Balancer-Schaltung und das Laden der Zellen wir> nicht mehr so einfach was ich eben auch nicht will.
Bei vielen fertigen Akkupacks sitzt der Balancer in der Zelle zusammen
mit der Schutzelektronik! Oder es sind spezielle Zellen wie Sony Konion,
die kein Balancing benötigen.
Harald A. schrieb:> Unterschied nicht direkt, aber eben so Features wie Undervoltage-Lockout> und Abschaltung von der Last (manchmal "true disconnect") benötigt man> ja, da bei den meisten Step-Ups mit der Spule und der Diode in> Längsrichtung stets ein Durchlass existiert, auch im ausgeschalteten> Zustand. Eine beliebte Falle!
Aber wenn ich doch beim Ausschalten sowiso den Akku trennen will sollte
das doch nicht so wild sein oder?
Harald A. schrieb:> Warum das? Leistungsbilanz bleibt doch immer. Ein schnellerer> Schaltregler macht die Komponenten kleiner und das Layout> anspruchsvolller.
OK denkfehler von mir da hast du natürlich recht
Harald A. schrieb:> Welches denn mit 15W Ausgangsleistung? Hast du mal ein Beispiel?
Dachte das wäre bei kleinen Geräten im Modellbau der Fall
Harald A. schrieb:> Bei vielen fertigen Akkupacks sitzt der Balancer in der Zelle zusammen> mit der Schutzelektronik! Oder es sind spezielle Zellen wie Sony Konion,> die kein Balancing benötigen.
Oh Ok gut zu wissen. Mir wäre ein Step-Down natürlich auch lieber. Wie
sieht es denn dann mit dem Laden von 2 in reihe geschalteten Zellen aus?
gibts da auch so schöne ICs?
Habe nach längerer Suche jetzt noch den LM3478 gefunden. Auf Seite 24
ist eine Beschaltung für einen SEPI Wandler und der Strom beim Schalten
kann begrenzt werden.
(http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3478.pdf)
Funktioniert das so wie ich das Verstanden habe oder hab ich wieder
einen kleinen Denkfehler?
Bei zwei in Reihe geschalteten LiIO-Akkus müsstest du schon Charge
Balancing einbauen, weil selbst kleine Unterschiede der Zellen zu
unterschiedlichem Ladezustand führen.
Es ist aua Vereinfachungsgründen meist sinnvoller, über eine
Parallelschaltung nachzudenken.
Tja, so hat da halt jeder verschiedene Ansichten...
Also wenn Du ein Step-Down Konzept akzeptieren kannst, dann hier ein
paar Denkanstöße:
- Nimmt man zwei Sony Konion Zellen, die muss man nämlich NICHT
balancieren. Z.B. die im 18650-Format, kosten so 4€ das Stück. Es gibt
schöne Halter für 18650, das vereinfacht den Anschluss. Suche mal "Sony
konion Modellbau Fuchs", da gibt es viele Infos dazu.
- Laden könnte man die z.B. über einen LTC4002 (oder auch viele andere
Kandidaten).
- Mit einer idealen Diode (oder verlustbehaftet auch mit normalen
Schottky-Dioden (SK86 o.ä.)) führt man das Netzteil und den Akku
zusammen.
- Am Ende steht ein normaler Step-Down mit 3A Ausgangsleistung. Da ist
die Auswahl ja noch größer, klassisch mit dem LM2596 oder etwas kleiner
mit dem MP1584 (der ist ja mittlerweile als Fake auf den ganzen
Chinesen-DCDC-Wandler für wenige Cent). Bei letzterem wird der Aufbau
schön klein, da die Spule sehr klein sein kann. Die offensichtlich
höhere Anzahl an Bauteilen stört da nicht, alles sehr kompakt.
Fazit
Kein Superspezial-PMIC Controller und die Ströme halten sich durch das
Stepdown Konzept im erträglichen Rahmen. Zeichne doch mal ein
Schaltplan, dann sehen wir weiter.
Übrigens kann man bei den meisten Schaltreglern mit dem Enable-Pin und
einem passenden Spannungsteiler davor ein Undervoltage-Lockout basteln.
Damit verhindert man die schädliche Tiefentladung des Akkus. Beim Konion
kann man nach erster Sichtung sogar bis max. 2V runter (wobei man ja bei
<3V Schluss machen müsste wegen des Step-Downs, darunter kommt laut
Entladekurve auch nichts mehr)
Beim MP1584 ist der EN Pin nicht sonderlich eng spezifiziert (nominal
1,5V, kann aber von 1,35V .. 1,65V streuen), für diesen Zweck reicht
das aber.
Was mich auch mal interessiert hätte (einfach fürs Verständniss) wie das
bei den Step-Up mit Strombegrenzung ist? Begrenzen die dann Beim
schalten den Strom auf den eingestellten wert?
Harald A. schrieb:> Also wenn Du ein Step-Down Konzept akzeptieren kannst, dann hier ein> paar Denkanstöße:
Akzeptiere ich gerne vorallem weil ich die öfters benutz habe und damit
ja scheinbar alles leichter wird. Wusste nur nicht ob es solche schönen
Lade-ICs wie den LTC4085 gibt.
Harald A. schrieb:> Nimmt man zwei Sony Konion Zellen, die muss man nämlich NICHT> balancieren.
Die sehen tatsächlich interessant aus. Wo bekommt man die so billig? Die
Seite von Modellbau Fuchs könnte bischen übersichtlicher gestaltet sein.
Allerdings habe ich gesehen, dass die keine Schutzschaltung drin haben
und die hätte ich gerne.
Wo finde ich denn am besten 2 Zellen mit Schutzschaltung und
integrierten Balancer?
Harald A. schrieb:> Übrigens kann man bei den meisten Schaltreglern mit dem Enable-Pin und> einem passenden Spannungsteiler davor ein Undervoltage-Lockout basteln.
Daran hab ich sogar schon gedacht. ;)
Den Step-Down heraus zu suchen sollte gar kein Problem sein mir geht es
eher vorallem um die Akkus deren Ladung und eventuell noch ideal Dioden
ansonsten werden es eben normal Shottky.
Harald A. schrieb:> Also beim 2er Pack scheint das nicht so einfach zu sein, aber vielleicht> so etwas:> https://www.pollin.de/p/liion-akku-ansmann-2447-3002-18650-2s1p-7-4-v-2250-mah-271095
Danke! Genau den hab ich auch shcon gesehen da gabs auch die Einzelzelle
die ich am Anfang mit dem Step-Up verwenden wollte.
Die sieht gut aus. Das heißt in diesem Pack muss quasi Balancer (da nur
zwei Drähte heraus führen) und Sicherheitsschaltung oder?
Ob da ein Balancer drin ist kann ich nicht sagen, allerdings gibt es ja
nur zwei Anschlüsse und daher sollte das funktionieren. Ob nun durch
geschickte Selektion, Typ oder Balancer... auf jeden Fall ist da laut
Angabe eine Sicherheitsschaltung drin.
Die Konion könnte man aber auch verwenden, wenn du Bedenken wegen der
Sicherheit hast, kannst du ja noch eine Feinsicherung einbauen. Hier
übrigens noch das Angebot für unter 4€
https://www.akkuparts24.de/Sony-US18650V3-225Ah-Lithium-Mangan-Akkumulator
Und eine "mechanische" Eigensicherung haben die VTC Versionen auch
eingebaut
http://www.elektromodellflug.de/konion-vtc4-6.html
Alles klar Danke!
AndyII schrieb:> Was mich auch mal interessiert hätte (einfach fürs Verständniss) wie das> bei den Step-Up mit Strombegrenzung ist? Begrenzen die dann Beim> schalten den Strom auf den eingestellten wert?
noch dies eine Frage. Ist das so oder nicht?
Die Dampfer holen sich ihre (unprotected) 18650 gerne bei
https://eu.nkon.nl/ oder https://www.akkuteile.de/.
6A ist inzw Peanuts - 18650 gehen bis über 30A Dauerlast. Die aktuellen
Dampfen holen aus einer Zelle mit den passenden Akkus (z.B. Konion
VTC5A) 85W. Btw, auch die Konion brauchen Balancer ...
asdfasd schrieb:> 6A ist inzw Peanuts - 18650 gehen bis über 30A Dauerlast.
Für die Batterie bestreitet das auch niemand hier - nur das Design des
Stepup-Schaltreglers bzw. das Gesamtkonzept mit Umschsltung ist
mindestens anspruchsvoll und verlangt nach etwas Expertise auf diesem
Gebiet (Selektion der Komponenten, Layout, etc.). Er suchte etwas
halbwegs Fertiges und da wird es halt eng.
> Btw, auch die Konion brauchen Balancer
Tja, man kann massenweise Argumente dafür und dagegen im Netz finden.
Fakt ist, das es zahlreiche Anwendungen ohne Balancer gibt. Fakt ist
auch, dass viele Leute das für Wahnsinn halten.
AndyII schrieb:> noch dies eine Frage. Ist das so oder nicht?
Also bei kleineren Step-Up gibt es auf jeden Fall welche mit
Current-Limit, bei 15W kenne ich keine (was natürlich nicht heißt, dass
es keine gibt :-)
Nebenbei:
Bei den USB-Powerbanks ist das auch so, für die Versionen mit einer
14400-Zelle ist eigentlich immer bei 5V/1A Schluss, für die Dinger mit
einer 18650 ist bei spätestens 5V/2.1A Schluss.
Wie lange soll die Versorgung per Batterie überhaupt reichen? Eine 18650
hat vielleicht 8Wh Energie. 5V*3A*Wirkungsgrad=22W. Eine Zelle würde
also bestenfalls(!) 20min liefern.
Harald schrieb:> Wie lange soll die Versorgung per Batterie überhaupt reichen? Eine 18650> hat vielleicht 8Wh Energie. 5V*3A*Wirkungsgrad=22W. Eine Zelle würde> also bestenfalls(!) 20min liefern.
Also 20 - 30 min sollten maximal reichen.
AndyII schrieb:> (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3478.pdf)
Beim verlinkten Step-Up (nur aus Interesse wohl gemerkt) gibt es eine
Current Limiting. Ist das das über was wird reden oder was ganz anderes?
Ja das mit den Balancer hab ich auch gesehen. Viel Streiterei ob
Balancer oder nicht.
Ja, genau so funktioniert das mit der Strombegrenzung. Wenn Du aber
5V/3A am Ausgang haben willst gelten eben AUCH DANN die ganz normalen
Grundgesetze eines Step-Ups. Im verlinkten TI-Dokument kann man alles
dazu nachlesen. Es bleibt bei den 7A Peak für Schaltdiode, Spule und
MOSFET. Deine Kondensatoren müssen natürlich auch auf den zu erwartenden
Ripplestrom dimensioniert sein.
Also nochmal: Machbar ist das als Step-Up - keine Frage. Nur die Art
deiner Fragestellungen lassen vermuten, dass dir da Erfahrungen fehlen.
AndyII schrieb:> Also 20 - 30 min sollten maximal reichen.
Für 15W/30min brauchst Du ca. 10Wh am Eingang. Gerade bei den kleinen
Spannungen und relativ hohen Strömen kannst Du froh sein, wenn Du dein
Design auf 80% Wirkungsgrad getrimmt bekommst.
War wie ich es geschrieben habe rein aus Interesse! Der Step-Down ist
doch schon im Schaltplan ;)
wills eben nur verstehen.
Aber was begrenzt dann die Current Limiting?
Der Switch-Wandler hat i.d.R. einen höheren Wirkungsgrad.
Man muss immer rechnen, ob sich ein Switch-Konzept lohnt. Beim
Linearregler bleibt bildlich gesprochen der Strom am Ein- und Ausgang
gleich und die Spannungsdifferenz bleibt am Regler hängen (und die
Energie wird in Wärme umgesetzt). Ausrechnen kannst du das nehme ich an,
wenn man in die Nähe von 70..80% kommt, lohnt ein Switchkonzept meist
nicht.
