Hallo zusammen, wir sind dabei mit einem LTC3106 einen Mikrocontorller ESP8266 zu versorgen, der zyklisch in noch nicht definierten Zeitabständen aufwacht und Daten per WLAN übermittelt. Während dieser Phase benötigt er etwa 80mA bei 3,3V und etwa 70µA im Schlafmodus. Diese Schaltung wurde bisher nur mit einem Akku und einem DC/DC Wandler versorgt, nun soll die Akkulaufzeit verlängert werden bzw. optimalerweise das System komplett autark versorgt werden. Ausgewählt wurde folgende Solarzelle, da es sich um Indooranwendung handelt: http://www.farnell.com/datasheets/87124.pdf Die erste Versuche wurden mit einem LTC3106 unternommen, welcher unserer Meinung nach den Anforderungen gerecht wird. Laut Datenblatt auf Seite 7 müsste das IC etwa 90mA bei 3,3V Ausgangsspannung und 3,5V Akkuspannung können. Hier ist der Link zum Datenblatt: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3106f.pdf Leider funktioniert das ganz aber nicht, sobald der Strom >10mA bei 3,3V am Ausgang wird, bricht die Spannung auf etwa 1V zusammen. Unser Aufbau entspricht dem angehängten Schaltplan. Wodurch wird dieses Verhalten des LTC3106 verursacht oder haben wir Fehler in unserem Schaltplan? Würde sich ein anderer IC für unsere Anwendung besser eignen (vllt der LTC3108?) oder hat schon jemand eine ähnliche Anwendung realisiert? Schon einmal vielen Dank im Voraus.
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> Unser Aufbau entspricht dem angehängten Schaltplan.
Dann erzaehl mal wo man eine ideale Diode kaufen kann oder was euer
Energiespeicher ist.
Ich meine von einer Solarzelle die 30uA liefert kann man ja nicht viel
erwarten. Da frag ich mich ja schon ob eure gesamte Schaltung den
notwendigen Ruhestrom liefern kann.
Olaf
Manuel S. schrieb: > Unser Aufbau entspricht dem angehängten Schaltplan. Welche Diode wurde verwendet? Kannst du auch ein Foto vom Aufbau (Oberseite und Unterseite) liefern? Die Leiterbahnen haben einen erheblichen Einfluss, wenn sie nicht optimal verlegt wurden.
Den ESP als Ultra-Low-Power µC zu verwenden ist ...eine seltsame Idee ;-) Naja, @ Topic: Kuckt euch mal den Parameter "VALLEY Current Limit" im Zusammenhang mit eurem Setting an ILIMSEL an. Hier sehe ich ein Limit von typisch 44mA. Möglicherweise liegts daran?
Hallo zusammen, Danke für eure Antworten! Natürlich erwarte ich von der Solarzelle keine Wunder. Um diese auszuschließen wurde auch anstatt einer Solarzelle eine Spannungsquelle verwendet, ohne Änderung. Tatsächlich habe ich vergessen die Diode näher, zu spezifizieren, es handelt sich um die ZLLS400 SCHOTTKY Diode. @ Stefanus, derzeit ist das ganze auf einer Lochrasterplatine aufgebaut, davor war es auf einem Steckbrett, jeweils mit dem selben Fehlerbild. Es wurde beide male alles durchgepiepst um sicherzugehen, dass alles gemäß Schaltplan verbunden ist. Die derzeit aufgebaute Lochrasterplatine ist sehr unübersichtlich, da mit Jumpern und Buchsenleisten gearbeitet wird um möglichst flexibel zu sein, daher denke ich dass es relativ wenig Sinn macht, das hier reinzustellen. @ jemand, der ILIMSEL Pin ist im Schaltplan auf GND, das ist richtig, wir haben versuchsweise aber auch mit ILIMSEL auf HIGH gesetzt ohne Änderung. Kennt ihr zufällig noch andere ICs, die unserer Anwendung entsprechen würden ? Dieser IC "verwaltet" ja die Solarzelle, den Akku und die Last gleichzeitig. Würde es nicht auch funktionieren, wenn man die Last über einen Spannugsregler direkt an den Akku anschließt und nur ein IC verwendet, das parallel dazu den Akku lädt und somit nichts mit der Versorgung der Last zu tun hat.
Manuel S. schrieb: > derzeit ist das ganze auf einer Lochrasterplatine aufgebaut, > davor war es auf einem Steckbrett, jeweils mit dem selben Fehlerbild. Das ist keine Antwort auf meine Frage nach dem Layout. > ich dass es relativ wenig Sinn macht, das hier reinzustellen. Na gut, dann macht es auch relativ wenig Sinn, zu Raten, warum die Schaltung nicht korrekt funktioniert. > Würde es nicht auch funktionieren, wenn man die Last über einen > Spannugsregler direkt an den Akku anschließt und nur ein IC verwendet, > das parallel dazu den Akku lädt und somit nichts mit der Versorgung der > Last zu tun hat. Zu viel Prosa. Zeichen ein Blockschaltbild vom jetzigen Konstrukt und von dieser neuen Idee.
Nur mal aus Spaß habe ich folgendes bei eb*y gesucht: Powerbank Solar Ist vielleicht auch eine Variante.
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Generell wäre der Ansatz mit der Solarpowerbank genau richtig, nur dass die Solarzelle eben kleiner sein soll und die Schaltung selbst aufgebaut werden soll. Im Anhang habe ich die Blockschaltbilder einmal der alten Variante und einmal der neuen Idee hinzugefügt. Zudem die Versuchsplatine. Das alte Blockschaltbild zeigt, dass der Laderegler im Endeffekt alles macht, also die Ausgangsspannung regelt, den Akku lädt/ entlädt und die Solarzelle "erntet". Im neuen Blockschaltbild soll ein IC, der noch nicht definiert ist, da noch nicht bekannt, lediglich den Akku durch die Solarzelle laden und der µC soll direkt vom Akku über einen Spannungswandler mit 3,3V versorgt werden.
Mir kommt das Ganze unnötig aufwändig vor. Es gibt Lithium Akkus mit einer Ladespannung von maximal 3,6 Volt. Den ESP8266 könnte man direkt an diesen Akku anschließen - ohne Spannungsregler. Die Solarzelle kann man auch direkt an den Akku anschließen. Es wäre lediglich eine Diode gegen Rückfluss (vom Akku zur Solarzelle) nötig, sowie ein Shunt Regler parallel zum Akku zur Begrenzung der Ladespannung. Der in den Fotos gezeigte Schaltungsaufbau entspricht nicht dem, was ich von Schaltreglern gewohnt bin. Da sind vermutlich viel zu lange Leitungen, kein klarer Sternpunkt und Bögen, die unerwünschte Induktivität haben. In den Datenblättern einige anderer Schaltwandler findet man konkrete Vorschläge für das Platinenlayout. Leider ist das bei diesem Chip nicht der Fall. Der Hersteller bietet dazu allerdings eine separate Anleitung an: http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf Das hier finde ich auch Lesenswert: http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf In diesen beiden Dokumenten wird wichtiges Know-How vermittelt. Fast immer wenn hier jemand Probleme mit EMV und/oder schlechtem Wirkungsgrad hat, liegt die Ursache im Layout. Manchmal wurde auch eine falsche Diode oder Spule verwendet.
Stefanus F. schrieb: > Mir kommt das Ganze unnötig aufwändig vor. > > Es gibt Lithium Akkus mit einer Ladespannung von maximal 3,6 Volt. Den > ESP8266 könnte man direkt an diesen Akku anschließen - ohne > Spannungsregler. > > Die Solarzelle kann man auch direkt an den Akku anschließen. Es wäre > lediglich eine Diode gegen Rückfluss (vom Akku zur Solarzelle) nötig, > sowie ein Shunt Regler parallel zum Akku zur Begrenzung der > Ladespannung. > > Der in den Fotos gezeigte Schaltungsaufbau entspricht nicht dem, was ich > von Schaltreglern gewohnt bin. Da sind vermutlich viel zu lange > Leitungen, kein klarer Sternpunkt und Bögen, die unerwünschte > Induktivität haben. > > In den Datenblättern einige anderer Schaltwandler findet man konkrete > Vorschläge für das Platinenlayout. Leider ist das bei diesem Chip nicht > der Fall. Der Hersteller bietet dazu allerdings eine separate Anleitung > an: http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf > > Das hier finde ich auch Lesenswert: > http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf > > In diesen beiden Dokumenten wird wichtiges Know-How vermittelt. Fast > immer wenn hier jemand Probleme mit EMV und/oder schlechtem Wirkungsgrad > hat, liegt die Ursache im Layout. Manchmal wurde auch eine falsche Diode > oder Spule verwendet. Die Alternative mit dem 3,6V Akku klingt interessant, was aber passiert wenn die Spannung auf <3V fällt ? Der µC wird dann natürlich aussteigen, verbraucht der dann gar kein Strom mehr oder fließt immer noch ein Reststrom ? Die Frage die ich mir stelle ist, wie sich das ganze dann verhält, wenn man z.B. 1 Monat nicht nach dem Gerät schaut, obwohl der Akku leer ist. Ich kenne Lithium Akkus als recht sensibel. Wären für so eine Anwendung nicht z.B. Nickel Metallhydrid Akkus besser geeignet ? Gerade weil mir die Tatsache mit der fehlenden "Unterspannungsabschaltung" sorgen macht habe ich mir hierzu mal Gedanken gemacht und hätte gerne mal eine Einschätzung von Erfahrenen. Meinen Grobentwurf habe ich wieder in den Anhang gepackt. Die Diode die zwischen Solarzelle und Akku ist, soll eine Schottky Diode sein. Die Batterie ist die, die schon vorhanden ist mit 3,7V Spannung, die allerdings auf ~4V bei voller Ladung geht. Die Idee ist, dass die eine Brücke mit der Z-Diode und dem Widerstand die eine Vergleichsspannung liefert mit z.B. 2,7V und die andere Brücke den Akkuladezustand und dann ggf. abschaltet. Leider haben wir keine genau Daten zur Z-Diode, welche Ströme brauchen diese erfahrungsgemäß, sodass die richtige Spannung an ihnen abfällt ? Allerdings stellt sich auch hier wieder die Frage nach dem passenden Komparator wir hatten den LM311 zum Ausprobieren. Dieser würde eig. recht gut passen, da er am Ausgang schon direkt einen Transistor integriert hat. Datenblatt zunm Transistor: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm311.pdf Leider ist dessen Versorgungsspannung mit mind. 3,5V allerdings zu hoch, da unsere bis auf 3V absinken kann. Eine weitere Variante wäre evtl noch dieser: http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/MCP65R41-6.pdf Er hat eine Referenzspannung integriert und würde somit vieles vereinfachen, zudem funktioniert er bis 1,8V Versorgungsspannung, leider hat er keinen Transistor integriert. Habt ihr Empfehlungen zu Komparatoren & Transistoren/MOSFETS für uns ? Oder wäre die Schaltung ohne die ganze Unterspannungsabschaltung auch "Akkuschonend" bzw. sicher ?
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Manuel S. schrieb: > Die Alternative mit dem 3,6V Akku klingt interessant, was aber passiert > wenn die Spannung auf <3V fällt ? > Der µC wird dann natürlich aussteigen, verbraucht der dann gar kein > Strom mehr oder fließt immer noch ein Reststrom ? > Die Frage die ich mir stelle ist, wie sich das ganze dann verhält, wenn > man z.B. 1 Monat nicht nach dem Gerät schaut, obwohl der Akku leer ist. > Ich kenne Lithium Akkus als recht sensibel. Ein vernünftiger LiPo Akku hat eine Schutzschaltung die unter 3V oder spätestens 2.7V den Akku von der Schaltung trennt. Daher hätte ich mit dieser Lösung keine Sorgen.
Eine einfachere Lösung ist der LTC4070. Das ist ein Shuntregler mit <1µA für Li-Akkus. Das funktioniert so ähnlich wie eine Z-Diode parallel zum Li-Akku. Im Gegensatz zu einer Z-Diode ist das Teil über den gesamten Temperaturbereich so genau, dass der Akku nie überladen wird. Das Teil hat sowohl einen Eingang für eine Temperaturmessung des Akkus mit NTC, als auch eine Unterspannungsabschaltung für die Last (mittels FET). Das ist einfacher als das Gehampel mit dem Schaltregler, aber immer noch sauber, sogar ungeschützte Akkus kann man damit sicher an Solarzellen laden. Generell gilt aber folgendes: Wenn man ein Problem hat, dann muss man solange suchen, bis man die Ursache verstanden hat. Denn möglicherweise liegt euer Problem ganz woanders, und der neue IC hilft gar nicht, weil der Alte eigentlich funktioniert hätte.
Manuel S. schrieb: > Die Alternative mit dem 3,6V Akku klingt interessant, was aber passiert > wenn die Spannung auf <3V fällt ? Schau Dir mal meine Notizen an, da habe ich das nämlich aufgeschrieben. http://stefanfrings.de/esp8266/index.html Langer Rede kurzer Sinn: Der ESP Chip arbeitet bis 2,5V. Wenn er wegen Unterspannung ausfällt, nimmt er ständig ca 80mA auf, bis die Schutzschaltung des Akkus trennt oder der Akku kaputt geht. > Ich kenne Lithium Akkus als recht sensibel. Richtig. Verwende einen mit eingebautem Unterspannungs-Schutz. Das ist nichts Besonderes. Oder du verwendest einen sparsameren Mikrocontroller (zum Beispiel ATtiny85 oder ATmega328P), welcher die Stromzufuhr zum ESP (über einen Transistor) nur bei Bedarf einschaltet und nur wenn der Akku noch Ok ist. Andere Möglichkeit: Du nutzt einen ATtiny/ATmega, um den Spannungswandler für den ESP nur bei Bedarf einzuschalten. Auch dann kann der ATtiny/ATmega die Unterspannungskontrolle übernehmen. So ein ATtiny/ATmega benötigt im Standby viel weniger Strom, als der ESP. > Wären für so eine Anwendung nicht z.B. Nickel Metallhydrid Akkus besser > geeignet ? Ich denke nicht, die sind in eingebautem Zustand viel schwieriger zu laden, wenn sie lange halten sollen.
Manuel S. schrieb: > ... der zyklisch in noch nicht definierten Zeitabständen aufwacht > und Daten per WLAN übermittelt. Während dieser Phase benötigt er etwa > 80mA bei 3,3V ... Da wirst du noch mal genauer nachgucken müssen. Beim übertragen der Daten per WLAN benötigt der ESP8266 um die 350mA.
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