Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Laderegler für 12V NiMh aus 5V (USB-Powered)


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von Fipsy O. (od1n)


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Hallo,

ich möchte eine Schaltung bauen welche mir das Laden von 12V NiMh (10x 
AA) an einer 5V-Spannungsquelle (USB) erlaubt. Gibt es soetwas, Step-Up 
+ Laderegler als 1-Chip Lösung?

Meine Überlegung bisher:
Um das angeschlossene Netzteil nicht zu überlasten könnte ich einfach 
den Strom auf 500mA begrenzen (z.B. LM317) aber lieber wäre mir, wenn es 
eine einfache Möglichkeit gäbe den maximal zur Verfügung stehenden Strom 
zu "ermitteln"?

Um die nötigen 15V zu erzeugen tendiere ich zu einem SC4503, evtl. auch 
den MC34063.

Die Ladung wird immer nur Zeitweise erfolgen. Daher bin ich der Meinugn, 
dass eine Laderegler (LTC4060) Verschwendung ist. Zumindest würde ich 
aber eine Ladestrombegrenzung vor den Akku setzen - auch mit dem LM317.

: Verschoben durch Moderator
von Stephan (Gast)


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Bei 10xAA wirst Du bis zu 16,5V brauchen, je nach Hersteller. Meine 
Panasonic liegen bei 1,65V. Den Ladestrom kann doch der Stepper gleich 
mit begrenzen, über den FB Eingang. Energetisch halte ich die Lösung für 
Suboptimal.

von Fipsy O. (od1n)


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Stimmt, der Ausgangsstrom kann bereits durch den Stepper limitiert 
werden. Das hatte ich vergessen. Danke.

Energetisch spielt es keine Rolle, das wir nur 1x - 2x pro Jahr benutzt.

von H. (Gast)


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Fipsy O. schrieb:
> Um die nötigen 15V zu erzeugen

10 Mignon in Reihe laden ist aufgrund der Parameterstreuung absolut 
ungünstig. Nur schlechte Ladegeräte laden Ni-MH in Reihe.

von Fipsy O. (od1n)


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H. schrieb:
> Nur schlechte Ladegeräte laden Ni-MH in Reihe.

Mir reicht ein schlechtes Ladegerät :-D

von Stephan (Gast)


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H. schrieb:
> 10 Mignon in Reihe laden ist aufgrund der Parameterstreuung absolut
> ungünstig. Nur schlechte Ladegeräte laden Ni-MH in Reihe.

10 Einzelzellen hättest du schreiben sollen. Sonst wären alle 
Modellbauer und die Hersteller derer Ladegeräte Idioten! Oder wie ist 
Deine Aussage sonst zu verstehen ?

von Michael B. (laberkopp)


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Fipsy O. schrieb:
> Meine Überlegung bisher

Weitgehend Unsinn.

Mit den 500mA aus den 5V kannst du keinen 12V Akku mit 500mA laden, 
sondern maximal mit 150mA, bei den genanntern uneffektiven Schaltreglern 
sogar deutlich weniger.

Auch brauchen NiMH-Akkus ene Ladespannung die ÜBER den 1.2V Nennspannung 
liegt, bis 20V bei deinen 10 Zellen, und damit NOCH WENIGER Strom.

Zudem soll man USB ohne Anmeldung nur mit 100mA belasten, also bleiben 
noch 20mA Ladestrom.

Immerhin kann man sich damit wohl wirklich einen Laderegler sparen, denn 
den gerimngen Ladestrom vertragen NiMH acuh als Dauerladestrom.

Ja, du kannst an deine USB einen MC34063 anschliessen und ihn 
hochwandeln lassen. Stell mit Rsc den maximalen Eingangsstrom auf 0.6A 
(das macht durch die Entladephase im Shcnitt unter 500mA) und erlaube 
eine Ausgangsspannung von 20V,d ann wird der Schaltregler immer mit 
maximalem Eingangsstrom laufen und den gewandelten Strom in den Akku 
stecken. Fällt die Eingangsspannung weg, fliesst kein Strom durch die 
Diode zurück, nur der Strom durch den feedback-Spannungsteiler und der 
ist gering.

Der SC4503 hat keine einstellbare Eingangs-Strombegrenzung und ist daher 
ungeeignet, ausserdem mit 1.3MHz für dich zu schwierig erfolgreich zu 
verbauen.

von H. (Gast)


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Stephan schrieb:

Meine Aussage:
> schlechte Ladegeräte
wird zu
> Idioten!
Interessante Schlussfolgerung, ich kann da nicht folgen. Nun ja, die
> Modellbauer und die Hersteller derer Ladegeräte

verwenden Akkupacks mit (hoffentlich) selektierten Zellen. Da geht 
Reihenschaltung deutlich besser. Ansonsten bleibe ich bei
> schlechte Ladegeräte

> Zudem soll man USB ohne Anmeldung nur mit 100mA belasten
Das Normative des Faktischen! In der realen Welt funktioniert 500mA zu 
99.9% immer, ansonsten bricht es eben zusammen, geht aber nie kaputt.

von Anja (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Ja, du kannst an deine USB einen MC34063 anschliessen und ihn
> hochwandeln lassen. Stell mit Rsc den maximalen Eingangsstrom auf 0.6A
> (das macht durch die Entladephase im Shcnitt unter 500mA)

genau so.

Michael B. schrieb:
> und erlaube
> eine Ausgangsspannung von 20V,d

Bei 500mA aus USB (also ca 100mA Ladestrom) würde ich die 
Ausgangsspannung eher auf 1.45V/Zelle (bei Raumtemperatur) begrenzen.
(das limitiert den Dauerladestrom im vollen Zustand auf < 60mA).

Zusammen mit einer zusätzlichen Diode am Ausgang (verhindert Rückfluß in 
den Spannungsteiler) würde ich die Reglerspannung auf 15.2V einstellen.

Bei größeren Temperaturschwankungen sollte die Reglerspannung (mittels 
NTC) mit -3mV/Zelle/Grad temperaturkompensiert werden.

Gruß Anja

von Fipsy O. (od1n)


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Lt. dem Hersteller, GP, ist eine Abschaltung bei 1,6V pro Zelle 
erforderlich.

Die Diode am Ausgang ist ein guter Vorschlag. Danke.

von Anja (Gast)


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Fipsy O. schrieb:
> Lt. dem Hersteller, GP, ist eine Abschaltung bei 1,6V pro Zelle
> erforderlich.
>
Die 1.6V werden bei meinem Vorschlag gar nicht erreicht.
-> die aufwendige auf "Notabschaltung" kann man sich sparen.

Gruß Anja

von Dieter (Gast)


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1,6 oder 1,65 - Wirklich NiMh oder doch ein anderer Zelltyp?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Mein NiMH Ladegerät schaltet erst bei >1.9V ab. Das ist auch gut so, 
weil die Zellen altern und dadurch ihr Innenwiderstand steigt. Wenn das 
Ladegerät schon bei 1,6V abschalten würde, müsste ich meine Akkus 
schätzungsweise schon nach 5x Gebrauch wegwerfen.

von Anja (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Mein NiMH Ladegerät schaltet erst bei >1.9V ab.

Das ist sicher kein 14 Stunden Lader.
Die Frage ist auch ob unter Last oder im stromlosen Zustand gemessen 
wird.

Gruß Anja

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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>> Mein NiMH Ladegerät schaltet erst bei >1.9V ab.
> Das ist sicher kein 14 Stunden Lader.

Stimmt. Es beendet den Ladevorgang nach Delta-U Verfahren. Eine 
Zeitliche Begrenzung ist auch mit drin, aber nur zur Sicherheit.

von Dr. Sommer (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Zudem soll man USB ohne Anmeldung nur mit 100mA belasten, also bleiben
> noch 20mA Ladestrom.

Mit einem Mikrocontroller kann man relativ einfach die 500mA 
"freischalten".

von Michael B. (laberkopp)


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Dr. Sommer schrieb:
> Mit einem Mikrocontroller kann man relativ einfach die 500mA
> "freischalten".

Hast du mal den Bauvorschlag für diese einfache Mimik ?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich würde einfach die USBASP Firmware auf einen ATtiny laden.

von Dr. Sommer (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Hast du mal den Bauvorschlag für diese einfache Mimik ?

Man nimmt sich einen USB fähigen Mikrocontroller wie den Stm32f1, nimmt 
ein Beispiel Programm des Herstellers, und stellt im Configuration 
Deskriptor den Strom ein. Optimal ist es, auf die SET_CONFIGURATION 
Nachricht zu reagieren, und erst dann den Verbraucher zu aktivieren.

von Fipsy O. (od1n)


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Dieter schrieb:
> 1,6 oder 1,65 - Wirklich NiMh oder doch ein anderer Zelltyp?

Ja, das war die Aussage von GP. Es sind die Zellen 220SCHTD.

------
Sagt mal, noch was: Ich habe etwas ein Platzproblem. Ich kann doch den 
Kondensator am Ausgang weglassen, oder? Das "Glätten" macht doch der 
Akku so halbwegs, oder?
Und die Glättung der Eingangsspannung wenn ich von USB lade kann ich mir 
doch auch sparen, oder?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Fipsy O. schrieb:
> Ich habe etwas ein Platzproblem. Ich kann doch den
> Kondensator am Ausgang weglassen, oder? Das "Glätten" macht doch der
> Akku so halbwegs, oder?
> Und die Glättung der Eingangsspannung wenn ich von USB lade kann ich mir
> doch auch sparen, oder?

Wo genau willst du welche Kondensatoren weglassen? Skizziere das mal im 
Schaltplan.

von Fipsy O. (od1n)


Angehängte Dateien:

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C6 und C4 in dem Schaltplan.

C6 (330µF) bin ich der Meinung einfach weg lassen zu können.
C4 denke ich auch, oder?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Nee, die kannst du beide auf keinen Fall weglassen. Sie bilden zusammen 
mit der Spule und der Diode den Teil, der die Spannung hoch setzt.

C4 ist nötig, weil sonst im Netzteil und den Zuleitungen extrem hohe 
Verluste auftreten und die Leitungen starke Funkstörungen abstrahlen.

C6 nimmt die Energie der Spule schnell auf. Der Akku kann das nicht so 
schnell. Ohne C6 würde die Ausgangsspannung hohe Spitzen weit über 12V 
aufweisen. Vielleicht geht dadurch sogar das IC kaputt.

von Anja (Gast)


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Fipsy O. schrieb:
> ich möchte eine Schaltung bauen welche mir das Laden von 12V NiMh (10x
> AA)

Fipsy O. schrieb:
> Ja, das war die Aussage von GP. Es sind die Zellen 220SCHTD.
das sind aber Sub-C Industrie Zellen

Fipsy O. schrieb:
> Sagt mal, noch was: Ich habe etwas ein Platzproblem. Ich kann doch den
> Kondensator am Ausgang weglassen, oder?

Sorry aber wenn das eine Serienlösung (wozu sonst Industrie-Zellen) sein 
soll dann läßt Du das besser jemanden entwickeln der davon etwas Ahnung 
hat.

Gruß Anja

von Fipsy O. (od1n)


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Anja schrieb:
> Sorry aber wenn das eine Serienlösung (wozu sonst Industrie-Zellen) sein
> soll dann läßt Du das besser jemanden entwickeln der davon etwas Ahnung
> hat.
>
> Gruß Anja

Machst du / deine Firma so etwas? Wenn ja, schick mir doch bitte Mal ne 
PM.

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Michael B. schrieb:
> Hast du mal den Bauvorschlag für diese einfache Mimik ?

Ich habe das hier mal mit dem STM32F103 implementiert:
USB-Tutorial mit STM32: Stromversorgung per USB

Code & fertiges Image zum Flashen:
https://github.com/Erlkoenig90/f1usb/releases/tag/v1.1

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