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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie kann man zwischen Spannungsquellen wechseln?


Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Hallo,

ich möchte gerne einen ATmega16 mit einer Knopfzelle und einem LiPo Akku 
betreiben. Im normalen Modus soll die Knopfzelle im Einsatz sein. Manche 
der Schaltungskomponenten wie das WiFi Modul brauchen mehr Strom. Wenn 
ich diesen verwenden will, möchte ich, dass der LiPo Akku dafür 
angeschlossen wird. Dafür soll aber die Knopfzelle abgeschaltet werden.

Wie kann das Ganze automatisch realisiert werden? Also wenn der LiPo 
Akku in den JST-Buchse angeschlossen wird, dann wird alles über den LiPo 
versorgt. Wenn der Stecker vom Akku raus ist, dann soll die Schaltung es 
erkennen und es wird alles mit der Knopfzelle versorgen.

MfG

Autor: Harry L. (mysth)
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2 Dioden?

Autor: Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Das geht mit jeweils einer pro Spannungsquelle mit dieser in Reihe 
geschalteten Schottky-Diode. Die Spannungsquelle mit der höchsten 
Spannung setzt sich durch.

Quelle 1 o----|>|---+-------------o Ausgang
                    |
                    |
Quelle 2 o----|>|---+

Im Prinzip täten es auch andere Dioden, nur fällt über denen eine höhere 
Spannung ab.

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Für die Lithium-Knopfzelle eine Siliziumdiode verwenden, bei einer 
Schottkydiode kann der Rückwärtsstrom die Zelle beschädigen.

Empfehlung von Varta: (PDF S. 31)
> The amount of accumulated reverse current (IR) should be kept
> around 1% of the cell’s typical capacity during its standby life time.
> A maximum of 5μA continuously must not be exceeded.

Eine CR2032 hat 220 mAh.
Davon 1 % sind 2 mAh.
2 mAh / (5 Jahre * 8760 h) = 0,04 µA


Feuergefährlich wird es aber erst ab einem Rückwärtsstrom von 5 mA, den 
man mit einem Widerstand einfach begrenzen kann.

: Bearbeitet durch User
Autor: H.Joachim S. (crazyhorse)
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Alexander S. schrieb:
> Für die Lithium-Knopfzelle eine Siliziumdiode verwenden, bei einer
> Schottkydiode kann der Rückwärtsstrom die Zelle beschädigen.

Naja..., man muss da nicht mit dem im Datenblatt angegebenen Max.Wert 
rechnen. Wir reden hier von Sperrspannungen von max. 2-3V. Und das 
heisst im üblichen Temperaturbereich <10nA.

Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Rufus Τ. F. schrieb:
> Das geht mit jeweils einer pro Spannungsquelle mit dieser in Reihe
> geschalteten Schottky-Diode. Die Spannungsquelle mit der höchsten
> Spannung setzt sich durch.
> Quelle 1 o----|>|---+-------------o Ausgang
>                     |
>                     |
> Quelle 2 o----|>|---+
>
> Im Prinzip täten es auch andere Dioden, nur fällt über denen eine höhere
> Spannung ab.

Wird die Knopfzelle denn dadurch belastet?

Autor: Jörg R. (solar77)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Rufus Τ. F. schrieb:
>> Das geht mit jeweils einer pro Spannungsquelle mit dieser in Reihe
>> geschalteten Schottky-Diode. Die Spannungsquelle mit der höchsten
>> Spannung setzt sich durch.
>> Quelle 1 o----|>|---+-------------o Ausgang
>>                     |
>>                     |
>> Quelle 2 o----|>|---+
>>
>> Im Prinzip täten es auch andere Dioden, nur fällt über denen eine höhere
>> Spannung ab.
>
> Wird die Knopfzelle denn dadurch belastet?

Nein, solange die Spannung des LiPo höher ist als die der Knopfzelle.

: Bearbeitet durch User
Autor: Frank K. (fchk)
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Warum verwenden die Leute heute noch alte Kamellen?

Speziell beim Betrieb an einer Knopfzelle solltest du statt des alten 
Mega16 den neueren Mega164pa verwenden, der pinkompatibel ist, aber 
zusätzliche Stromsparmechanismen ("PicoPower") hat und in einem 
modereren Halbleiterprozess gefertigt wird.

fchk

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Ich wuerd alles am LiPo laufen lassen und die Zelle als Notreserve 
behalten. Die Eigenentladung des LiPo ist schon groesser.
Wird der LiPo gewechselt, im Sinne von Ausstecken-10sek-Einstecken ? 
Allenfalls detektieren, ob der LiPo dran ist, und falls nicht, das 
Sendemodul grad nicht betreiben.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Warum verwenden die Leute heute noch alte Kamellen?

Ein häufiger Grund ist, dass man ein bestehendes Programm unverändert 
verwenden möchte.

Wein zweiter Grund ist, dass in Lehrbüchern aufgrund ihres Alters oft 
alte Bauteile verwendet werden. Wenn man als Anfänger andere Bauteile 
verwendet, ohne zu wissen, worauf man deswegen achten muss, handelt man 
sich unnötige Probleme ein, die das Durcharbeiten des Buches erschweren.

Gibt es eigentlich irgendwo eine Übersichtstabelle, welche die neueren 
Ersatzmodelle auflistet und anzeigt, welche Modelle als veraltet gelten?

Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Frank K. schrieb:
> Warum verwenden die Leute heute noch alte Kamellen?

Weil ich das Teil noch rumliegen habe und es noch sinnvoll einsetzten 
will. Ich will es ja nicht in den Müll werfen.

@ Stefan US
Sehr gut erkannt. Ich habe AVR mit Literatur gelernt, bevor ich eure 
Seite gefunden hatte. In der Literatur werden Bauteile verwendet, an die 
ich mich damals als Anfänger orientiert habe.

Ich glaube, ich werde es mit den beiden Dioden ausprobieren. Könnt ihr 
mir vielleicht welche mit Bauteile-Nummern empfehlen? Die Knopfzelle 
wird ein CR2477 3V und 1000mAh. Der LiPo hat 3,7V und 2500mAh.

MfG

Autor: Jörg R. (solar77)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Ich glaube, ich werde es mit den beiden Dioden ausprobieren. Könnt ihr
> mir vielleicht welche mit Bauteile-Nummern empfehlen?

https://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=41849;SEARCH=5818

Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Jörg R. schrieb:
> Multivitaminsaft schrieb:
>> Ich glaube, ich werde es mit den beiden Dioden ausprobieren. Könnt ihr
>> mir vielleicht welche mit Bauteile-Nummern empfehlen?
>
> https://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=41849;SEARCH=5818

Vielen Dank für die schnelle Antwort :)

LG

Autor: Wolfgang (Gast)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Weil ich das Teil noch rumliegen habe und es noch sinnvoll einsetzten
> will. Ich will es ja nicht in den Müll werfen.

Und dann willst du statt dessen lieber öfter die Knopfzelle wechseln? Da 
rechne mal genau nach, ob sich ein neuer Prozessor nicht doch lohnt.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Und dann willst du statt dessen lieber öfter die Knopfzelle wechseln?

Vielleicht hält sie ja in der Realen Anwendung trotzdem lange genug. 
Wenn es z.B. nur darum geht, gelegentliche Netzausfälle zu überbrücken, 
kommt es auch ein paar hundert aA mehr oder weniger nicht an.

Nur mal so am Rande bemerkt: Der ESP8266 nimmt im Ruhezustand etwa 25µA 
auf, und der wird sehr gerne für Langzeit-Anwendungen mit 
Batteriebetrieb verwendet.

Von den 25µA ist der ATmega meilenweit entfernt, egal in welcher 
Version.

: Bearbeitet durch User
Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Hallo,

ich habe noch eine Frage. Wie ist das eigentlich, wenn man mit der 
Knopfzelle nur bestimmte Teile der Schaltung versorgen will? Der 
LiPo-Akku wird, wenn er eingesteckt wird, an einen Schaltregler 
angeschlossen. Dieser versorgt dann die gesamte Schaltung. Die 
Knopfzelle versorgt nur bestimmte Teile der Schaltung.

MfG

Autor: Jörg R. (solar77)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Hallo,
>
> ich habe noch eine Frage. Wie ist das eigentlich, wenn man mit der
> Knopfzelle nur bestimmte Teile der Schaltung versorgen will? Der
> LiPo-Akku wird, wenn er eingesteckt wird, an einen Schaltregler
> angeschlossen. Dieser versorgt dann die gesamte Schaltung. Die
> Knopfzelle versorgt nur bestimmte Teile der Schaltung.

Dazu müsste man die Schaltung sehen und welchen Teil der Schaltung Du 
separat versorgen möchtest.

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Autor: Karl (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Von den 25µA ist der ATmega meilenweit entfernt, egal in welcher
> Version.

Da sagt mein Datenblatt aber was anderes:

Power-save mode (3)
32kHz TOSC enabled, V CC = 1.8V 0.75 µA
32kHz TOSC enabled, V CC = 3V 0.9 µA
Power-down mode (3)
WDT enabled, V CC = 3V 3.9 15 µA
WDT disabled, V CC = 3V 0.1 2 µA

Ich habs aber noch nicht probiert, hab ich bisher noch nicht benötigt.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Bis auf den Watchdog Timer sind die Angaben alle weit unter 25µA. Wenn 
du den ATmega16 durch einen ATmega164 ersetzt, kommst du auf 5µA mit 
Watchdog.

Wenn man statt Watchdog einen 32kHz Quarz verwendet und einen regulären 
Timer kommt man auf unter 3µA.

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Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Jörg R. schrieb:
> Dazu müsste man die Schaltung sehen und welchen Teil der Schaltung Du
> separat versorgen möchtest.

Ich habe es nun mal angehängt. Es ist noch nicht fertig. Die Knopfzelle 
soll das Wifi Modul am Ende nicht versorgen.

Autor: Jörg R. (solar77)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Dazu müsste man die Schaltung sehen und welchen Teil der Schaltung Du
>> separat versorgen möchtest.
>
> Ich habe es nun mal angehängt. Es ist noch nicht fertig. Die Knopfzelle
> soll das Wifi Modul am Ende nicht versorgen.

Einfach das Wifi-Modul direkt an den Spannungsregler, ggf. auch über 
eine Diode.

Autor: Sascha W. (sascha-w)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Dazu müsste man die Schaltung sehen und welchen Teil der Schaltung Du
>> separat versorgen möchtest.
>
> Ich habe es nun mal angehängt. Es ist noch nicht fertig. Die Knopfzelle
> soll das Wifi Modul am Ende nicht versorgen.

versorge den ESP direkt aus dem Spannungsregler (vor D2). In der 
Verbindung TX-ATMega -> RX-ESP würde ich noch einen R einfügen.
Dann muss der ATMega noch erkennen das der LIPo nicht vorhanden ist und 
seinen TX-Pin auf Low schalten das da Richtung ESP nicht unnötig Strom 
fließt.
Bist du sicher das PGood deines Spannungsreglers auf GND muss?

Sascha

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Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> In der Verbindung TX-ATMega -> RX-ESP würde ich noch einen R einfügen.

Die Eingänge des ESP8266 haben Eigenschaften. Er verträgt etwa 4 Volt, 
auch wenn er keine Versorgungsspannung hat. Ein Schutzwiderstand kann 
daher entfallen.

Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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Sascha W. schrieb:
> Bist du sicher das PGood deines Spannungsreglers auf GND muss?

Hallo Sascha,

ja es steht so drin. Auf Seite 10 steht:

Connect PGOOD to GND or leave unconnected if not
used.

Also ich habe bisschen nachgedacht und habe eine Möglichkeit gefunden, 
wie man das doch realisieren könnte. Ich werde einfach die Spannung von 
3.7V mit einem ADC messen und so die Peripherie, die ich nicht brauche, 
abschalten. Was haltet ihr davon? Habe auch den Schaltplan dazu 
erweitert.

MfG

Autor: Sascha W. (sascha-w)
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Multivitaminsaft schrieb:
> Sascha W. schrieb:
>> Bist du sicher das PGood deines Spannungsreglers auf GND muss?
>
> Hallo Sascha,
>
> ja es steht so drin. Auf Seite 10 steht:
>
> Connect PGOOD to GND or leave unconnected if not
> used.
ok

> Also ich habe bisschen nachgedacht und habe eine Möglichkeit gefunden,
> wie man das doch realisieren könnte. Ich werde einfach die Spannung von
> 3.7V mit einem ADC messen und so die Peripherie, die ich nicht brauche,
> abschalten. Was haltet ihr davon? Habe auch den Schaltplan dazu
> erweitert.
du könntest auch einfach einen Portpin des AVR über einen Widerstand von 
100k mit dem Akku verbinden. Ohne Akku hast du Low, mit High.
Mit ADC kannst du natürlich noch den Ladezustand überwachen und ggf. 
Verbraucher wie den ESP schlafen legen oder gleich den Spannungsregler 
(über SHDN) abschalten.

Sascha

Autor: Multivitaminsaft (Gast)
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@Sascha
Ich muss noch den Avcc beschalten. Darf denn die zu messende Spannung am 
ADC-Port größer als Avcc sein?

Autor: Sascha W. (sascha-w)
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Multivitaminsaft schrieb:
> @Sascha
> Ich muss noch den Avcc beschalten.
Ja

> Darf denn die zu messende Spannung am
> ADC-Port größer als Avcc sein?
Nein, wenn du Spannung messen willst, dann bist du mit dem 
Spannungsteiler schon auf dem richtigen Weg. Damit die Messung von der 
Betriebsspannung unabhängig wird solltest du die interne 
Referenzspannung nehmen. Dann darf die Eingangsspannung natürlich nicht 
größer als die Referenzspannung sein.

Sascha

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