Hallo,
ich arbeite an einem Projekt mit dem ESP12F-Modul. Dieses Modul soll
dabei von einem Akku mit Strom versorgt werden. Die Ausgangsspannung des
Akkus liegt dabei bei 4,2V bis 3,0V. Damit die Spannung konstant auf
3,3V liegt will ich einen Buck-Boost-Converter verwenden, genauer den
LTC3536. Das ganze Projekt soll später auf einer eigenen Platine
platziert werden die eine Größe von 20x30mm nicht überschreiten soll.
Hier das Problem:
Beim messen des Stromverbrauchs des ESP ergab sich eine
durchschnittliche Stromstärke von 80mA. Wenn man sich den Verlauf der
Stromstärke jedoch im Oszilloskop anschaut, erkennt man ziemlich
deutliche periodische Stromspitzen (siehe Bild).
Es lassen sich zwei Arten von Stromspitzen erkennen. Zwei mit einer
Länge von etwa 50us und eine mit einer Länge von 1ms. Diese beiden Arten
von Stromspitzen wiederholen sich in einem periodischen Zyklus von etwa
100ms. Wichtig ist noch zu erwähnen, dass die Messungen vorgenommen
wurden, als das ESP12F in vollem Betrieb war, das heißt konkret:
--> Das Modul verbindet sich mit dem WLAN
--> Das Modul ließt die Daten von Sensoren alle 200ms (MPU6050,
Flex-Sensor)
--> Das Modul hostet einen Webserver
--> Das Modul sendet alle 200ms eine Antwort auf die AJAX-Anfrage der
Website
Da der Akku einen maximalen Ausgangsstrom von 150mA hat, könnten die
Stromspitzen von bis zu 400mA diesen ganz schön überanspruchen. Mein
Ansatz war bisher die Stromstärke durch Kondensatoren zu glätten. Nur
benötigt man dafür ganz schön viele oder sehr große Kondensatoren :
C = I * Δt/ΔU --> C = 0,4mA * 0,001s/0,05V = 0,008F = 8mF
Man bräuchte also Kondensatoren mit einer Kapazität von insgesamt 8mF
damit die Spannung um maximal 50mV absinkt. Prinzipiell wäre eine
derartige Anzahl von Kondensatoren kein Problem nur ist es für mein
Projekt notwendig, dass die spätere Platine eine Größe von 20x30mm nicht
überschreitet. Aktuell ist zwar noch Platz auf der Platine aber ich
denke es ist unmöglich noch zusätzliche 8mF auf die Platine zu packen.
Meine Frage:
Wie kann ich es schaffen die auftretenden Stromspitzen in den Griff zu
bekommen und so einen zu großen Entladestrom des Akkus zu verhindern?
Dabei wäre es auch wichtig das die anfallenden elektrischen Komponenten
nicht sonderlich viel Platz beanspruchen (max 15x10mm).
Falls sich jemand in diesem Bereich auskennt oder eine Idee hat, wie man
dieses Problem mit den Stromspitzen in den Griff bekommen kann ohne
dafür eine große Anzahl an Komponenten zu benötigen, würde ich mich über
Tipps und Ideen sehr freuen.
Datenblätter
ESP12F-Modul:
https://ecksteinimg.de/Datasheet/AIThinker/esp8266ex_datasheet_en_v1.0.pdf
Akku:
https://ecksteinimg.de/Datasheet/ZB07006/LP402025%20150mAH%203.7V%201S1P%20A0.pdfLTC3536:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3536fa.pdf
Janis R. schrieb:> Da der Akku einen maximalen Ausgangsstrom von 150mA hat
Maximum Continuous Discharging Current 150mAh
Kurzzeitig 2,7 C sind nicht sooo viel.
Verwende Vcc=2,5V => weniger Akku Strom!
Modellbauer schrieb:> Verwende Vcc=2,5V => weniger Akku Strom!
Danke für deine Antwort. Ich verstehe nur nicht ganz was du mit 2,5V Vcc
meinst. Das ESP12F-Modul braucht nämlich eine Spannung im Bereich von
3,0V bis 3,6V.
Salü Janis
Eine kleine Ergänzung zu deiner Berechnung:
Die Formel bezieht sich darauf, dass in dieser Zeit dein Kondensator
nicht weiter geladen wird.
In dieser Zeit wird dein Kondensator durch die Batterie weiterhin
versorgt. Somit kannst du eine kleinere Kapazität wählen.
Ich kann dir da keine genaue Formel nennen aber einen Vorschlag: Nimm
mal einen Kondensator von ca. 100uF und schalte den parallel zu deinem
Akku. Miss dann die Stromspitzen. Eventuell liefert das ein schon
brauchbares Ergebnis.
Gruss Sebi
Janis R. schrieb:> Modellbauer schrieb:>> Verwende Vcc=2,5V => weniger Akku Strom!>> Danke für deine Antwort. Ich verstehe nur nicht ganz was du mit 2,5V Vcc> meinst. Das ESP12F-Modul braucht nämlich eine Spannung im Bereich von> 3,0V bis 3,6V.
Stimmt - ich hatte nur an den esp8266 gedacht. Den hier limitierende
Flash Speicher hab ich vergessen.
Den gibts aber auch mit 2,5V, IIRC.
Sebastien Monn schrieb:> Nimm> mal einen Kondensator von ca. 100uF und schalte den parallel zu deinem> Akku. Miss dann die Stromspitzen
Hi Sebbi,
als ich die Stromspitzen mit dem Oszilloskop gemessen habe, hatte ich
anschließend zwei Kondensatoren zwischen den Vin und den GND des
ESP-Moduls eingebaut (war allerdings auf dem Steckbrett, also ist der
Effekt wegen dem erhöhten Widerstand der Leitungen nicht so groß) das
waren 100nF und 10uF. Als ich mir anschließend wieder die Kurve im
Oszilloskop angeschaut habe, waren die kürzeren Spitzen leicht
abgeflacht und abgerundet, aber bei der längeren Spitze war kaum eine
Auswirkung erkennbar.
Von dem her weis nicht wie groß der Unterschied mit einem 100uF gewesen
wäre. Weil die beiden Kondensatoren die ich dort verwendet hatte, haben
lange nicht ausgereicht um die Spitzen zu glätten.
Grüße Janis
Modellbauer schrieb:> Den gibts aber auch mit 2,5V, IIRC.
Okay also meinst du es gibt eine Ausführung des ESP8266 das mit einer
Versorgungsspannung von 2,5V zurecht kommt?
Janis R. schrieb:> dass die spätere Platine eine Größe von 20x30mm nicht überschreitet.
Wenn du die Anschlussdrähte länger machst, dann passen die anderen
Bauteile alle unter den 8mF Elko... ;-)
Häh? Wie? Ach so, in der Höhe gibts auch Beschränkungen?
> nicht sonderlich viel Platz beanspruchen (max 15x10mm).>>> um maximal 50mV
Vielleicht geht statt 50mV (das hast du ja locker schon als
Groundbouncing) auch ein wenig mehr, dann reichen evtl. schon 4700µF wie
beim EEUFR0J472 mit 12mm Durchmesser. Ja, aber stimmt schon: 25mm hoch.
> Beim messen des Stromverbrauchs des ESP ergab sich eine> durchschnittliche Stromstärke von 80mA.
Dann ist ja nach kürzester Zeit schon Schluss mit dem Spaß. Denn wenn du
den Akku mit 0,5C (statt mit den "Standard-0,2C" laut DB) entlädst, dann
hat der eh' schon merklich weniger als 140mAh.
Janis R. schrieb:> Okay also meinst du es gibt eine Ausführung des ESP8266 das mit einer> Versorgungsspannung von 2,5V zurecht kommt?
Das wäre keine Lösung für dein Problem, denn die Versorgungsspannung
muss einigermaßen stabil sein. Langsame Änderungen, wie sie an einem
ausreichend großen Akku entstehen, sind Ok. Schnelle Änderungen von
"nur" 0,5V bringen den Chip zuverlässig zum Ausfallen.
Letztendlich führt kein Weg daran vorbei, die Stromversorgung für
mindestens 500mA auszulegen. Alles andere ist nur gefrickel, das
niemanden glücklich macht.
Janis R. schrieb:> Von dem her weis nicht wie groß der Unterschied mit einem 100uF gewesen> wäre. Weil die beiden Kondensatoren die ich dort verwendet hatte, haben> lange nicht ausgereicht um die Spitzen zu glätten.
Deshalb hatte ich dir passende empfohlen.
Janis R. schrieb:> Dieses Modul soll> dabei von einem Akku mit Strom versorgt werden. Die Ausgangsspannung des> Akkus liegt dabei bei 4,2V bis 3,0V. Damit die Spannung konstant auf> 3,3V liegt will ich einen Buck-Boost-Converter verwenden, genauer den> LTC3536.
Es kommt halt drauf an, ob der Pufferelko vor oder nach dem
Spannungsregler ist.
hinz schrieb:> AVX BestCap
Vor dem Spannungsregler reichen keine 3.6V, aber man kommt mit deutlich
kleineren Kapazitäten aus, so 1000uF könnten es schon tun wenn man den
Kondensator vom Akku durch einen kleinen Widerstand trennt, so 0.1 Ohm.
Nach dem Spannungsregler braucht man deutlich mehr Kapazität.
Ich hatte ursprünglich ebenfalls Probleme mit dem Spitzenstrom des ESPs.
Beim ersten Entwurf in THT verwendete ich einen LIC mit 20F. Ohne diesen
LIC brach die Spannung an den Li-Primarzellen ein (die Li-SOCl2 Zellen
sind nicht in der Lage aus dem Stand 100mA zuliefern).
Im zweiten Anlauf stellte ich das Design auf SMD um und ersetzte den LIC
durch 4x 100uF (C1 bis C4) Mehrschichtkondensatoren. Im Layout war der
LIC nur mehr für den Notfall vorgesehen.
400uF Mehrschichtkondensatoren reichen für einen stabilen Betrieb aus.
Gerald K. schrieb:> Ich hatte ursprünglich ebenfalls Probleme mit dem Spitzenstrom des> ESPs.> Beim ersten Entwurf in THT verwendete ich einen LIC mit 20F. Ohne diesen> LIC brach die Spannung an den Li-Primarzellen ein (die Li-SOCl2 Zellen> sind nicht in der Lage aus dem Stand 100mA zuliefern).>> Im zweiten Anlauf stellte ich das Design auf SMD um und ersetzte den LIC> durch 4x 100uF (C1 bis C4) Mehrschichtkondensatoren. Im Layout war der> LIC nur mehr für den Notfall vorgesehen.> 400uF Mehrschichtkondensatoren reichen für einen stabilen Betrieb aus.
woah die platte sieht echt cool aus
ACDC schrieb:> ist das ein kommerzielles Produkt?
Nein, ist eine Notlösung, da für meine FAZ3000 kein Ersatzmaterial mehr
zur Verfügung steht.
Beide Systeme laufen jetzt parallel, das altes System wird langsam
abgebaut und ersetzt.
Die Melder senden über WLAN Alarmmeldungen an einen Raspberry. Dieser
gibt die Meldungen über TELEGRAM an Smartphones weiter.
ACDC schrieb:> Gerald K. schrieb:>> ACDC schrieb:>>> ist das ein kommerzielles Produkt?>>>> Nein,>> Dann nimm einen anderen Akku der auch 10C kann.
Es handelt sich nicht um Akkus.
hinz (Gast)
>> Dann nimm einen anderen Akku der auch 10C kann.>Es handelt sich nicht um Akkus.
Naja, aber hat Primärzellen drin, die besonders wenig Strom vertragen,
und eher für Langzeitbetrieb bei minimalem Strom gedacht sind.
Jens G. schrieb:> hinz (Gast)>>>> Dann nimm einen anderen Akku der auch 10C kann.>>>Es handelt sich nicht um Akkus.>> Naja, aber hat Primärzellen drin, die besonders wenig Strom vertragen,> und eher für Langzeitbetrieb bei minimalem Strom gedacht sind.
Also genau richtig für die Anwendung.
Jens G. schrieb:> hinz (Gast)>>>> Dann nimm einen anderen Akku der auch 10C kann.>>>Es handelt sich nicht um Akkus.>> Naja, aber hat Primärzellen drin, die besonders wenig Strom vertragen,> und eher für Langzeitbetrieb bei minimalem Strom gedacht sind.
Hab es übersehen, das der Thread übernommen wurde.
Der TE könnte einen 10C Akku nehmen.
Janis R. schrieb:> Man bräuchte also Kondensatoren mit einer Kapazität von insgesamt 8mF> damit die Spannung um maximal 50mV absinkt
Die Frage ist nicht nur wie groß die Kapazität sein muss, sondern auch
wie groß der Innenwiderstand DCR ist . Der von mir verwendet LIC
Litbium-Ionen-Kondensator besitzt maximal 250mOhm. Das bedeutet, dass
scbon auf Grund des DCR bei 100mA 25mV am Kondensator abfallen. Bei
400mA würden es schon 100mV sein.
Lothar M. schrieb:> Dann ist ja nach kürzester Zeit schon Schluss mit dem Spaß
Also ich hatte bis jetzt damit gerechnet, dass der Akku bei einem
durchschnittlichen Entladestrom von 80mA und einer Spannung von 3,7V das
ESP etwa 2h mit Strom versorgen kann. Das wäre in diesem Fall
ausreichend (150mAh/80mA = 1,875h)
ACDC schrieb:> Gibt es einen besonderen Grund genau diesen Akku zu nehmen?
Bei dem Akku geht es auch wieder um die Größe und dieser ist mit 20x26mm
halt sehr klein und kompakt. Ein anderer Akku wäre sicherlich eine
Option nur sollte der von den Maßen etwa in diesem Bereich liegen.
Gerald K. schrieb:> 400uF Mehrschichtkondensatoren reichen für einen stabilen Betrieb aus
Das heißt dieser Lösungsansatz wäre für meine Anwendung auch denkbar,
nur muss ich halt den Innenwiderstand berücksichtigen und brauche
eventuell einige mehr von diesen Mehrschichtkondensatoren?
Gerald K. schrieb:> Ich habe 4x 100uF/6,3V verwendet.
Okay. Das heißt diese Kondensatoren könnten vermutlich auch die bei
meinem ESP auftretenden Stromspitzen glätten?
Janis R. schrieb:> Also wäre so ein Akku rein von den elektronischen Werten denkbar:> https://www.mouser.de/ProductDetail/Renata/ICP521630PM?qs=QkjX1Or4MHEeJ7xWMplNJA%3D%3D
Dieser Akku hat 260mOhm Innenwiderstand. Bei 400mA fallen über 100mV
ab.
Der Innenwiderstand nimmt mit zunehmender Entladung zu. Wird diese
Zunahme nicht mit Konxensatoren mit kleinem DCR bzw. ESR abgefangen,
kommt es noch vor der Entladung zu Instabilitäten
Die Kapazität liegt bei 5% meiner Lösung mit 2x LS14500. Damit wäre ein
Betrieb von 14 Tage möglich.
Janis R. schrieb:> Okay. Das heißt diese Kondensatoren könnten vermutlich auch die bei> meinem ESP auftretenden Stromspitzen glätten?
Einen Versuch wäre es Wert. Ich verwende allerdings einen ESP8266-01.
Gerald K. schrieb:> Der Innenwiderstand nimmt mit zunehmender Entladung zu. Wird diese> Zunahme nicht mit Konxensatoren mit kleinem DCR bzw. ESR abgefangen,> kommt es noch vor der Entladung zu Instabilitäten>> Die Kapazität liegt bei 5% meiner Lösung mit 2x LS14500. Damit wäre ein> Betrieb von 14 Tage möglich.
Okay. Das heißt man müsste auch bei diesem Akku noch ordentlich
Kondensatoren verbauen, damit der Spannungsabfall durch den
Innenwiderstand ausgeglichen wird? Aber wäre dieser Akku mit ein paar
Kondensatoren den prinzipiell denkbar?
Die bei deinem Projekt verwendeten Akkus sind für meine Anwendung eher
unpraktisch, da sie sehr groß sind (also auf die Bauform bezogen).
Janis R. schrieb:> Die bei deinem Projekt verwendeten Akkus sind für meine Anwendung eher> unpraktisch, da sie sehr groß sind (also auf die Bauform bezogen)
Ich habe keine Akkus sondern Li-Primärzellen mit 3,7V verwendet. Da muss
ich mich nicht um einen Tiefentladungsschutz kümmern. Mit 2x 2700mAh
komme ich ein Jahr aus. Die Spannungsüberwachung lässt mir einen Tag
Zeit die Batterien zu tauschen.
Das Handling wäre mir bei Akkus zu aufwendig. Ich müsste immer geladene
Akkus verfügbar haben. Die Primärzellen haben eine sehr geringe
Selbstentladung.
Janis R. schrieb:> Die bei deinem Projekt verwendeten Akkus sind für meine Anwendung eher> unpraktisch, da sie sehr groß sind (also auf die Bauform bezogen).
Welche Laufzeit sollen die Akkus bieten?
Gerald K. schrieb:> Ich habe keine Akkus sondern Li-Primärzellen mit 3,7V verwendet
Okay und bei den normalen Li-Ionen bzw Li-Polymere Akkus ist die
Selbstentladung deutlich größer nehme ich an?
Gerald K. schrieb:> Welche Laufzeit sollen die Akkus bieten?
Also ich wäre grundsätzlich schon mit 2-4 Stunden zufrieden. Es geht wie
gesagt in erster Linie um eine kleinen Bauform, die am besten nicht
größer als die Platine selbst ist, also auch so 20x30mm.
Janis R. schrieb:> C = I * Δt/ΔU --> C = 0,4mA * 0,001s/0,05V = 0,008F = 8mF
Ist der Spitzenstrom nicht 400mA ?
C = I * Δt/ΔU --> C = 0,4A * 0,001s/0,05V = 8F
Gerald K. schrieb:> C = I * Δt/ΔU --> C = 0,4A * 0,001s/0,05V = 8F
Oh ja das stimmt die Stromstärke hat in diesem Fall natürlich die
Einheit Ampere. Dann kommen aber für die Kapazität trotzdem 8mF raus:
0,4A * 0,001s/0,05V = 0,008F = 8mF
Gerald K. schrieb:> 1000x größerer Strom bedingt 1000x größere Kapazität.
Ich habe jetzt übrigens vor den einen etwas größeren Akku zu nehmen und
dann mit 4 von den von dir vorgeschlagenen Kondensatoren zumindest die
kurzen 50uF Spitzen zu glätten. Die großen Spitzen gehen dann zwar auf
den Akku aber ich denke des sollte der verkraften. Das ist der Akku den
ich verwenden will:
https://www.mouser.de/ProductDetail/Renata/ICP521630PM?qs=QkjX1Or4MHEeJ7xWMplNJA%3D%3D
Ich hätte aber dazu noch eine Frage. Der Akku hat ja einen
Innenwiderstand von etwa 260mOhm. Ist das jetzt für einen Akku sehr
viel oder eher durchschnittlich? Ich kann diesen Wert nicht ganz so
einordnen.
Janis R. schrieb:> Der Akku hat ja einen> Innenwiderstand von etwa 260mOhm. Ist das jetzt für einen Akku sehr> viel oder eher durchschnittlich?
Mein Modellauto zieht bis zu 70 Ampere bei 7,4 Volt. Da sind 6 Zellen in
Reihe geschaltet. Wenn jede davon nur 1/10 so viel Innenwiderstand
hätte, wie deine Batterie, könnte das Auto wahrscheinlich nicht einmal
anfahren.
Also ja, 260mΩ ist (im Vergleich zu einem Modellauto) viel. Bedenke,
dass diese Angabe nur für frische Batterien gilt. Das wird zum Ende hin
noch erheblich mehr.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Also ja, 260mΩ ist (im Vergleich zu einem Modellauto) viel
Und das Problem an einem zu großen Innenwiderstand des Akkus wäre ein zu
großer Spannungsabfall oder wie?
Janis R. schrieb:> Und das Problem an einem zu großen Innenwiderstand des Akkus wäre ein zu> großer Spannungsabfall oder wie?
Ich dachte das sei dir schon längst klar gewesen bevor du diese
Diskussion begonnen hattest. Falls nicht: Ja sicher, am Innenwiderstand
des Akkus fällt Spannung ab. Zu viel Innenwiderstand bewirkt zu viel
Spannungsabfall.
keine Arme, keine Kekse.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Zu viel Innenwiderstand bewirkt zu viel> Spannungsabfall.
Okay. Das heißt der Innenwiderstand sollte möglich gering sein. Kann man
dann auch sagen, dass bei einem Innenwiderstand von 260mOhm und einer
Stromstärke von 400mA etwa 0,1V Spannung abfallen?
U = R * I = 0,26Ohm * 0,4A = 0,1V
Oder geht das nicht so einfach?
Janis R. schrieb:> Oder geht das nicht so einfach?
Doch schon, aber wie gesagt steigt der Innenwiderstand des Akkus bzw.
der Batterie im Laufe der Zeit an.
Worüber diskutieren wir hier eigentlich seit 50 Beiträgen, wenn das noch
nicht klar war?
Stefan ⛄ F. schrieb:> Worüber diskutieren wir hier eigentlich seit 50 Beiträgen, wenn das noch> nicht klar war?
Mein eigentlicher Ansatz war ja durch Kondensatoren, die Schwankungen in
der Stromstärke auszugleichen, sodass der Akku selbst gar nichts mehr
davon zu spüren bekommt. Jetzt läuft es vermutlich ja er auf eine
Kompromisslösung heraus. Also die kleinen Spitzen werden durch
Kondensatoren geglättet und die große Spitze muss halt der Akku tragen.
In diesem Zusammenhang wäre der Akku, denn ich ursprünglich verwendet
hatte nicht geeignet, da der nur einen maximalen Ausgangsstrom von 150mA
zur Verfügung stellen kann. Demnach musste ich mich nach einem anderen
Akku orientieren und der könnte ja jetzt bis zu 500mA.
Janis R. schrieb:> Also die kleinen Spitzen werden durch> Kondensatoren geglättet und die große Spitze muss halt der Akku tragen.
Wenn der Akku die kleinen Spitzen nicht tragen kann, dann kann er die
großen erst Recht nicht tragen.
> Demnach musste ich mich nach einem anderen> Akku orientieren und der könnte ja jetzt bis zu 500mA.
Gut, wenn er die auch bis zum Ende hin schafft. Aber damit hat sich die
Frage nach den kleinen Spitzen in Luft aufgelöst.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Aber damit hat sich die> Frage nach den kleinen Spitzen in Luft aufgelöst
Nicht ganz ich denke, dass ich insgesamt 400uF noch zusätzlich auf das
Borad packe, damit könnte man die kleinen Spitzen schon glätten und es
würden nur die großen den Akku belasten.
C = 0,4A * 50us/0,05V = 0,0004F = 400uF
Janis R. schrieb:> Der Akku hat ja einen Innenwiderstand von etwa 260mOhm. Ist das jetzt> für einen Akku sehr viel oder eher durchschnittlich?
Vorsicht, nicht etwa , sondern kleiner 260mOhm.
Der Innenwiderstand hängt von vielen Faktoren ab. z.B. Temperatur,
Alterung und Ladungszustand.
Die <260mOhm sind bei 50% SoC (State of Charge, Ladezustand von
Akkumulatoren) definiert.
Das bedeutet, dass der Spannungeinbruch größer wird, wenn der Akku sich
der Entladungspannung nähert. Daher ist die Gefahr groß, dass das
Systems schon vor Erreichen der Entladung des Akkus unstabil wird. Ich
habe die Erfahrung gemacht, dass das Parallelschalten eines LICs (20F)
die Nutzunsdauer von Primärzellen erheblich erhöht. Ahnliches gilt auch
für Akkus.
Wichtig ist, dass der DCR bzw. ESR des Kondensators kleiner als der
Innenwiderstand der Stromquelle ist.
Ist der ESP nicht direkt an den Akku angeschlossen, muss der Wandler
in den Überlegungen mit einbezogen werden.
Ich habe es daher bei meinen Projekten vorgezogen, bei der Versorgung
ohne Wandler auszukommen.
Gründe :
- keine zusätzliche Verluste durch den Wandler
- geschaltete Wandler verursachen Störungen, die sich gerade bei
Funkmodule, negative auswirken
Die Endladungskurve von Li-Zellen verlaufen flach, der Spannungsbereich
liegt meist im Versorungsbereich der Halbleiter, so ist der direkte
Betrieb leicht realisierbar.
Janis R. schrieb:> Mein eigentlicher Ansatz war ja durch Kondensatoren, die Schwankungen in> der Stromstärke auszugleichen, sodass der Akku selbst gar nichts mehr> davon zu spüren bekommt.
Der Akku wird immer den Strom liefern, den sein Innenwiderstand
zuläßt, egal wie viele Kondensatoren du da dranhängst!
Um die Strom Spitzen für den Akku zu "glätten", müßtest du eben dessen
Innenwiderstand erhöhen. In deinem Fall scheint mir da ein simpler
Widerstand von ein paar Ohm auszureichen. Ne Spule wäre natürlich
besser....
Gerald K. schrieb:> Ich habe es daher bei meinen Projekten vorgezogen, bei der Versorgung> ohne Wandler auszukommen.
Ich bin in meinem Projekt aber mehr oder weniger auf den
Spannungswandler angewiesen, weil der Akku eine Ausgangsspannung von
3,7V liefert und das ESP12F aber nur 3,6 bis 3,0V verträgt.
Teo D. schrieb:> In deinem Fall scheint mir da ein simpler> Widerstand von ein paar Ohm auszureichen
Bis jetzt hieß es aber doch immer, dass der Innenwiderstand des Akkus so
klein wie möglich sein soll oder?
Janis R. schrieb:> Bis jetzt hieß es aber doch immer, dass der Innenwiderstand des Akkus so> klein wie möglich sein soll oder?
Ich dachte bis jetzt, es geht darum innerhalb der Specs des Akkus zu
bleiben (max. Strom) und nicht darum einen Spannungseinbruch zu
vermeiden!?
Teo D. schrieb:> Ich dachte bis jetzt, es geht darum innerhalb der Specs des Akkus zu> bleiben (max. Strom)
Ja aber wenn ich einen Akku mit einem maximalen Entladestrom von 500mA
verwende passt des mit dem Bereich ja soweit.
Janis R. schrieb:> Ja aber wenn ich einen Akku mit einem maximalen Entladestrom von 500mA> verwende passt des mit dem Bereich ja soweit.
Dann ist dieser Thread also obsolet!
Teo D. schrieb:> Dann ist dieser Thread also obsolet!
Nicht direkt, weil es gegen den geplanten Akku von 500mA Einwände gab,
dass der Innenwiderstand mit 260mOhm zu groß sein könnte.
Janis R. schrieb:> Nicht ganz ich denke, dass ich insgesamt 400uF noch zusätzlich auf das> Borad packe, damit könnte man die kleinen Spitzen schon glätten und es> würden nur die großen den Akku belasten.
Die kleinen Spitzen werden den Akku ebenso belasten, denn Kondensatoren
sind keine Energiequellen. Jeder Entladevorgang führt zu einem
anschließenden Ladevorgang.
Janis R. schrieb:> Nicht direkt, weil es gegen den geplanten Akku von 500mA Einwände gab,> dass der Innenwiderstand mit 260mOhm zu groß sein könnte.
Warum das? Das wären doch nur 0,13V die daran verloren gingen?!
Ob Voll o. fast Leer macht da auch keinen Unterschied. Auch das Alter
des Akkus macht kaum einen, wenn doch ist er eh am Ende seiner
Lebenszeit....
Mach dir lieber mal Gedanken über den wirklichen Spannungsverlauf
deines Akkus!
Teo D. schrieb:> Ich dachte bis jetzt, es geht darum innerhalb der Specs des Akkus zu> bleiben (max. Strom) und nicht darum einen Spannungseinbruch zu> vermeiden!?
Nein, es geht darum, das ESP Modul am "leben" zu erhalten. Die
Ausgangsspannung des kleinen Akkus bricht zu weit ein, sobald der ESP
Sendet.
Mit dem größeren Akku könnte es klappen. Die Frage ist halt, wie der
sich verhält, wenn er ein paar Jahre benutzt wurde und nach wie vile
Entladung der Innenwiderstand zu hoch ansteigt. Der Spannungsregler hat
auch noch einen gewissen Drop-Out.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Nein, es geht darum, das ESP Modul am "leben" zu erhalten. Die> Ausgangsspannung des Akkus bricht zu weit ein, sobald der ESP Sendet.
0,13V (bei 500mA) ist ZU VIEL?-O Da kommen wohl noch etliche Ohms dazu,
was nur an einem ungeeignetem Aufbau liegen kann!
Klärt doch lieber erst mal das Problem, das die Akkuspannung von ~3V
bis 4,2V schwankt....
In der beiliegenden Kurve ist der Strombedarfe des ESP8266-01
ersichtlich. Der Spitzenstrom von über 100mA wurde mit einem 20F LIC
geglättet.
Teo D. schrieb:> Der Akku wird immer den Strom liefern, den sein Innenwiderstand zuläßt,> egal wie viele Kondensatoren du da dranhängst!
Man muss zwischen Spitzenwert und Mittelwert unterscheiden!
Die Glättung mittelt die Spitzenwerte (siehe Kuve in der Beilage). Es
werden die Spitzen kleiner, dafür aber der Ruhestrom größer. Positiv:
die Spannungsschwankungen am ESP und der Elektronik werden kleiner, der
Spitzenstrom amAkku kleiner.
> Um die Strom Spitzen für den Akku zu "glätten", müßtest du eben dessen> Innenwiderstand erhöhen. In deinem Fall scheint mir da ein simpler> Widerstand von ein paar Ohm auszureichen. Ne Spule wäre natürlich> besser....
Den Innenwiderstand zu erhöhen würde nur bedeuten die
Versorgungsspannung abzusenken (im Mittel) und die Spannungsschwankungen
zu erhöhen (Spitzenwert).
Kurze Stromspitzen können durch einen großen Kondensator abgefangen
werden. (überbrückt kurzzeitig den Innenwiderstand der Stromquelle).
Ein kleiner DCR bzw. ESR des Kondensators reduziert den Spannungsabfall
im Kondensator.
DCR und Innenwiderstand der Stromquelle bilden einen Spannungsteiler!
Stefan ⛄ F. schrieb:> wenn er ein paar Jahre benutzt wurde und nach wie vile> Entladung der Innenwiderstand zu hoch ansteigt.
Das ist doch kein NiMH! :)
So ein Lipo hält .... solange er halt hält. ;)
Gerald K. schrieb:> Teo D. schrieb:>> Der Akku wird immer den Strom liefern, den sein Innenwiderstand zuläßt,>> egal wie viele Kondensatoren du da dranhängst!>> Man muss zwischen Spitzenwert und Mittelwert unterscheiden!
Blödsinn... oder wie meinst du das?
Teo D. schrieb:> 0,13V (bei 500mA) ist ZU VIEL?
Theo, stellst du dich absichtlich doof, um widersprechen zu können?
Die 0,13V wurden für den größeren Akku berechnet, auf den er jetzt
ausweichen will. Der Akku, der nicht geht, ist viel kleiner.
Janis R. schrieb:> Ich bin in meinem Projekt aber mehr oder weniger auf den> Spannungswandler angewiesen, weil der Akku eine Ausgangsspannung von> 3,7V liefert und das ESP12F aber nur 3,6 bis 3,0V verträgt.
In meinem Projekt habe ich zwischen Li-Primärzellen (3,7V) und
Kondensatoren (4x100uF bzw. LIC 20F) Schottkydioden (D4, D5) veschaltet.
Damit wird die Spannung um 0,15V reduziert.
Bei mei,em Projekt dienen D4 und D5 zusätzlich zur Entkopplung der
beiden parallel geschalteten Li-Primärzellen.
Teo D. schrieb:> Klärt doch lieber erst mal das Problem, das die Akkuspannung von ~3V> bis 4,2V schwankt....
Das Problem bekomme ich mit Hilfe des LTC3536 in den Griff. Dabei
handelt es sich um einen Buck-Boost-Converter. Ist die Ausgangsspannung
über 3.3V arbeitet dieser im Buck-Modus und verkleinert die Spannung.
Ist die Ausgangsspannung des Akkus unterhalb den 3,3V wird der
Boost-Modus aktiviert und die Spannung erhöht.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Theo, stellst du dich absichtlich doof, um widersprechen zu können?>> Die 0,13V wurden für den größeren Akku berechnet, auf den er jetzt> ausweichen will. Der Akku, der nicht geht, ist viel kleiner.
Ich bin Legastheniker! Merk dir das endlich mal, mich schreibt man OHNE
"H"!³ ;D
Ja, ne. Is a wengerl verschwurbelt hier.... Ich krieg ja schon die
Motten, wenn ich lese "Mit Kondensator Stromspitzen GLÄTTEN ". Soll
der in reihe mit dem Verbraucher, oder was?! ;D
Gerald K. schrieb:> Die Glättung mittelt die Spitzenwerte
Das heißt wenn ich jetzt einen solchen Kondensator verwenden würde,
würden die Stromspitzen sich verkleinern, aber dafür die
durchschnittliche Stromstärke steigen.
Stefan ⛄ F. schrieb:> denn Kondensatoren sind keine Energiequellen
Warum ist ein Kondensator keine Energiequelle?
Ein geladener Kondensator enthält Energie:
Bei der Entladung fließt aufgrund der Spannung am Kondensator ein Strom.
Die entnommene Energie ist
Teo D. schrieb:> Merk dir das endlich mal, mich schreibt man OHNE> "H"!³ ;D
Tschuldigung Teo. Ich wurde als Zeuge Jehovas erzogen, da hört und
schreibt man Worte die mit Theo beginnen zig mal pro Woche. Dazu kam,
dass der höchste Älteste (=Pastor) der Gemeinde auch noch Theo hieß. Das
hat sich in mein Hirn eingebrannt, geht nicht mehr weg.
Janis R. schrieb:> Das heißt wenn ich jetzt einen solchen Kondensator verwenden würde,> würden die Stromspitzen sich verkleinern, aber dafür die> durchschnittliche Stromstärke steigen.
Ja.... Nein!
Die Stromspitzen verkleinern sich aber die durchschnittliche Stromstärke
bleibt unverändert, weil der Kondensator kein Verbraucher ist.
Lass uns das mal mit Trinkwasser vergleichen. In Pusemuckl fällt jeden
Sommer die Trinkwasserversorgung aus, weil es nicht mehr genug regnet.
Problematisch sind hier die kurzzeitigen Spitzen im Wasserverbrauch wenn
es gleichzeitig nicht genug regnet.
Nun installiert man einen Wasserturm, der tausende Liter Puffern kann.
Dadurch ist eine kontinuierliche Wasserversorgung sichergestellt. Egal
ob der Regen mal ausbleibt oder alle gleichzeitig Baden gehen - der
Wasserturm puffert das mit seinem Speichervermögen.
Der Wasserverbrauch von Pusemuckl hat sich seit dem kein bisschen
geändert. Die Leute Trinken, Spülen und Baden genau so viel wie vorher.
Und jetzt stelle dir einfach vor, dass der Kondensator wie ein
Wasserturm wirkt.
Teo D. schrieb:> Blödsinn... oder wie meinst du das?Beispiel :
Eine Stromquelle mit 3V Leerlaufspannung und 1k Innenwiderstand kann 3mA
liefern
Und trotzdem ist es möglich, auch wenn nur für kurze Zeit, 300mA zu
entnehmen, indem ein Kondensator diesen Spitzenstrom liefert.
Richtig ist, dass die Stromquelle maximal nur 3mA liefern kann, aber ein
parallel geschalteter Kondensator einen höheren Spitzenstrom abgeben
kann.
Gerald K. schrieb:> Teo D. schrieb:>> Blödsinn... oder wie meinst du das?>> Beispiel : .......
Hier gehts .... gings aber nicht um das was der Akku KANN, sondern was
er DARF.
Janis R. schrieb:> Da der Akku einen maximalen Ausgangsstrom von 150mA hat, könnten die> Stromspitzen von bis zu 400mA diesen ganz schön überanspruchen.Janis R. schrieb:> Meine Frage:> Wie kann ich es schaffen die auftretenden Stromspitzen in den Griff zu> bekommen und so einen zu großen Entladestrom des Akkus zu verhindern?
Und wenn ich Stephan (*) richtig verstanden habe, kam dann irgendwann
Salamimäsig irgend wo noch durch, daß das komplette Konstrukt dadurch
abstürzt... o. so ä....
Mir ist gerade noch ein schöner Vergleich eingefallen, der wohl noch
besser ist als der Wasserturm.
Der Kondensator wirkt wie eine Maschine mit Schwungrad. Kurze
Lastspitzen kann sie durch die im Schwungrad gespeicherte Energie
überwinden. Ohne Schwungrad würde sie bei jeder Lastspitze stoppen.
Das Schwungrad verringert aber nicht den Energieverbrauch.
Hallo,
> C = I * Δt/ΔU --> C = 0,4mA * 0,001s/0,05V = 0,008F = 8mF
Deine Einheiten stimmen nicht. Ich komme hierbei auf 8µF.
Aus dem Bauch heraus 100µF Elko mit 1µF Keramik dicht an die ESP Pins.
Der Keramik ist dabei dichter dran wie der Elko. Elko > Keramik > ESP.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Und jetzt stelle dir einfach vor, dass der Kondensator wie ein> Wasserturm wirkt.
Okay das ist ein guter Vergleich und macht Sinn.
Dass würde aber wieder bedeuten, dass ich die 8uF an Kapazität brauche,
weil die Puffer ansonsten nicht reichen um die erhöhte Stromstärke
während den Strom spitzen zu decken.
Wenn ich jetzt halt nur 400uF verwendet, dann bedeutet das in dem Fall,
dass ein Teil aus den Kondensatoren und ein Teil von dem Akku selbst
gedeckt werden muss. Aber wenn der Akku bis zu 500mA kann, sollte das ja
dann kein Problem sein nehme ich an.
Veit D. schrieb:> Deine Einheiten stimmen nicht. Ich komme hierbei auf 8µF.
Ja das liegt daran, dass es sich nicht um 0,4mA sondern um 0,4A handelt.
Da liegt ein Tippfehler meinerseits vor. Wenn man die Einheit der
Stromstärke so anpasst sollten die 8mF stimmen.
Gerald K. schrieb:> Eine Stromquelle mit 3V Leerlaufspannung und 1k Innenwiderstand kann 3mA> liefern
Heißt dass dann für meinen Akku mit 3,7V und 260mOhm, dass der
theoretisch bis zu 14A könnte?
I = 3,7V / 0,26 Ohm = 14A
Janis R. schrieb:> Heißt dass dann für meinen Akku mit 3,7V und 260mOhm, dass der> theoretisch bis zu 14A könnte?>> I = 3,7V / 0,26 Ohm = 14A
Nicht nur Theoretisch, auch Packtisch und er könnte nicht, sondern er
wird das mit absoluter Sicherheit tun!
Fettige Schaltungen zum Schutz, laufen unter den Abkürzungen BMS, PCB,
PCM. Dank spezialisierten ICs, brauchen die auch nur ne Handvoll
Bauteile.
PS: Stürzt dein ESP nun ab oder nich?
Veit D. schrieb:> Deine Einheiten stimmen nicht. Ich komme hierbei auf 8µF.
nur sind es keine 0,4mA sondern 400mA bzw. 0,4A
>> Aus dem Bauch heraus 100µF Elko mit 1µF Keramik dicht an die ESP Pins.> Der Keramik ist dabei dichter dran wie der Elko. Elko > Keramik > ESP.
Wenn der DCR bzw. ESR größer als der Innenwiderstand des Akkus ist,
kann man ihn getrost vergessen. Speziell in diesem Fall sind 100uF viel
zu klein.
https://www.itwissen.info/Ersatzserienwiderstand-equivalent-series-resistance-ESR.html
ESR und Serieninduktivität sind bei Elkos relativ groß.Wa spielt 1 Ohm
ESR parallel zum Innenwiderstand des Akkus von 260 mOhm noch für eine
Rolle.
Einzig die Verluste des Elkos dämpfen Schwingungen auf den
Versorgungsleitungen. (sofern es nicht son der Verbraucher tut)
Janis R. schrieb:> Heißt dass dann für meinen Akku mit 3,7V und 260mOhm, dass der> theoretisch bis zu 14A könnte?>> I = 3,7V / 0,26 Ohm = 14A
Theorisch ja, es sind schon einige Akkus bei Kurzschluß "explodiert"
(Smartphon, Notebook).
Hängt natürlich vom Einsatzgebiet des Akkus und desen Konstruktion ab.
Ein kleiner Akku z.B. 150 mA oder Knopfzelle für Low-Power-Anwendungen
wird wohl weniger Kurzschlußstrom liefern.
Einen Versuch würde ich trotzdem nicht durchführen!
Darum verwende ich auch lieber Primärzellen anstelle von Akkus, den
schließlich soll ein Brandmelder nicht selbst einen Brand verursachen.
Gerald K. schrieb:> Speziell in diesem Fall sind 100uF viel> zu klein.
Und was für eine gesamt Kapazität würde man in meinem Fall etwa
benötigen? Die kompletten 8mF oder reichen auch weniger?
Gerald K. schrieb:> Einen Versuch würde ich trotzdem nicht durchführen!
Aber das ESP als Verbraucher braucht ja nur maximal 400mA bei den großen
Spitzen und 80mA im Mittel. Diese Werte sind von den 14A ja weit
entfernt.
Janis R. schrieb:> Und was für eine gesamt Kapazität würde man in meinem Fall etwa> benötigen? Die kompletten 8mF oder reichen auch weniger?
Bei meiner Anwenung ESP8266-01 + MSP430G2553 reichen 4x 100uF
Mehrschichtkondensatoren. Wichtig ist, dass der DCR möglichst klein
ist,nur so können kurze Belastungsschwankungen abgefangen. Leider kenne
ich den DCR dieyer Kondensatoren nicht.
Mit dem 20F LIC sind überhaupt nicht mehr messbar. Der LIC bringt noch
zwei andere Vorteile:
- die Batterien halten wesentlich länger
Die Batterien werden mit der Entladung hochohmig und damit wird der
Betrieb lange bevor die Batterie erschöpft ist instabil. Das gilt
besonders für Alkalibatterien. Ich habe derzeit einen Langzeitversuch
mit zwei in Serie geschalteten AA Alkali laufen (diekt ohne Wandler am
ESP)
Ohne LIC ist der Betrieb mit zwei Alkali nicht möglich.
- bei Verwendung von Li-SOCl2 Primärzellen ist die Spannung bis zur
Erschöpfung konstant.
So bleibt ohne LIC nur wenig Zeit für die Meldung des Ausfalls. Mit dem
LIC läuft nach der Spannungsausfallsmeldung (<2,6V) der Sensor noch
einen Tag. Das System bleibt bei Spannungen rund um 2,6V noch stabil.
Janis R. schrieb:> Gerald K. schrieb:>> Einen Versuch würde ich trotzdem nicht durchführen!>> Aber das ESP als Verbraucher braucht ja nur maximal 400mA bei den großen> Spitzen und 80mA im Mittel. Diese Werte sind von den 14A ja weit> entfernt
Bezog sich auf den direkten Kurzschluss
Gerald K. schrieb:> Ohne LIC ist der Betrieb mit zwei Alkali nicht möglich.
Das heißt bei deinem Projekt war es nicht möglich das ESP mit den Akkus
mit Strom zu versorgen sofern du nicht den 20F Kondensator auf dem Board
hattest?
Problematisch ist nur, dass der in deinem Projekt verwendete Kondensator
für meine Anwendung deutlich zu groß ist.
Janis R. schrieb:> Das heißt bei deinem Projekt war es nicht möglich das ESP mit den Akkus> mit Strom zu versorgen sofern du nicht den 20F Kondensator auf dem Board> hattest?
Nein, nicht Akkus sondern Alkalibatterien!
Janis R. schrieb:> Das heißt bei deinem Projekt war es nicht möglich das ESP mit den Akkus> mit Strom zu versorgen sofern du nicht den 20F Kondensator auf dem Board> hattest?
Nein, nicht Akkus sondern Alkalibatterien!
Janis R. schrieb:> Problematisch ist nur, dass der in deinem Projekt verwendete Kondensator> für meine Anwendung deutlich zu groß ist.
Ich habe 4x 100uF / 6,3 Mehrschicht-Keramikkondensaroren verwendet.
Diese sind sehr klein. Man kann mit verschiedener Anzahl leicht
experimentieren
https://mou.sr/34FFDkL
Janis R. schrieb:> Dass würde aber wieder bedeuten, dass ich die 8uF an Kapazität brauche,
Ich empfehle aus Erfahrung mindestens 100µF direkt am ESP Modul und eine
Stromversorgung, die für mindestens 500mA ausgelegt ist. Der Kondensator
unterstützt den (nicht unendlich schnellen) Spannungsregler. Auf den
NodeMCU Boards mit ESP8266 ist der schon drauf.
Wenn die Stromversorgung schwächer ist, muss sie mindestens für 100mA
ausgelegt sein, und man braucht einen Kondensator mit sehr viel
Kapazität. Die bereits genannten 8mF halte ich in diesem Fall für
realistisch.
> Wenn ich jetzt halt nur 400uF verwendet, dann bedeutet das in dem> Fall, dass ein Teil aus den Kondensatoren und ein Teil von dem Akku> selbst gedeckt werden muss.
Der Strom wird sich immer irgendwie aufteilen, weil Kondensator und Akku
parallel geschaltet sind. Stichwort: Kirchhoffsche Regeln.
> Aber wenn der Akku bis zu 500mA kann, sollte das ja> dann kein Problem sein nehme ich an.
Ja. Wie viele Bestätigen willst du noch?
Hallo,
ich habe noch nie gehört oder gelesen das ein ESP zur Unterstützung,
damit er stabil läuft, satte 8mF benötigt. In der Regel stellt man ihn
100µF (meinetwegen 220µF) zur Seite und paar Keramiks. Irgendwas stimmt
wahrscheinlich bei den Annahmen nicht oder woanders ist etwas faul.
Vielleicht arbeitet der DC-DC Wandler nicht korrekt etc.
Veit D. schrieb:> Irgendwas stimmt> wahrscheinlich bei den Annahmen nicht oder woanders ist etwas faul.
Die 8mF wurden für den Fall berechnet, dass der Akku nur 150mA liefern
kann.
Gerald K. schrieb:> Ich habe 4x 100uF / 6,3 Mehrschicht-Keramikkondensaroren verwendet.
Ja ich denke, dass ich auch diese Kondensatoren verwenden werde. Ich
werde wahrscheinlich zwei davon vor den Spannungsregler und vier danach
anbringen, dann zusätzlich noch ein paar kleinere Kondensatoren (22uF
oder so) und dann sollte da denke ich genug Puffer vorhanden sein.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Ich empfehle aus Erfahrung mindestens 100µF direkt am ESP Modul
Okay, dass heißt am besten unmittelbar zwischen den Vin-Pin und den GND
des ESP-Moduls?
Janis R. schrieb:> Ich werde wahrscheinlich zwei davon vor den> Spannungsregler und vier danach anbringen
Beachte, das manche Spannungsregler und Spannungswandler nicht beliebig
hoch Kapazititv belastet werden, weil sie sonst nicht mehr gut regeln.
Außerdem belasten große Kondensatoren Schalter und Kontakte stark.
Deswegen sind bei USB z.B. nur 10µF erlaubt.
Janis R. schrieb:>> Ich empfehle aus Erfahrung mindestens 100µF direkt am ESP Modul>> Okay, dass heißt am besten unmittelbar zwischen den Vin-Pin und den GND> des ESP-Moduls?
Nein, ich meine direkt an dem silbernen Kästchen, dort an 3,3V und GND.
Man könnte das ganze auch etwas anders bauen:
1. Eine Strombegrenzung auf deinen Maximalstrom vom Akku.
2. Dahinter einen Buffercap, den größten den du unterbringst.
3. Einen BuckBoost Regler mit Vin z.B 0.8-5V den man genügend belasten
kann >0.5A. Ich denke es gibt welche die sogar noch weiter runtergehen.
4. Deine restliche Schaltung.
Der Schaltregler saugt dann einfach solange deinen Buffercap aus bis er
nicht mehr kann. Damit kannst effektiv einen Ripple von mindestens
3V-0.8V=2.2V tolerieren, brauchst also wesentlich weniger Kapazität. Du
musst dann noch eine Art Cap-full Messung machen, und zB das Wlan nur
Einschalten wenn der Cap genügend aufgeladen ist. Oder du weißt dass es
sich ausgeht mit der Ladung, und sendest nicht oft.
Auf die Art wird das in low-Power Serienprodukten schon 1000fach
gemacht.
Thomas schrieb:> Eine Strombegrenzung auf deinen Maximalstrom vom Akku.
Okay, danke für den Vorschlag. Wenn der maximale Strom des Akkus aber
bei 500mA liegt und die Spitzen nur maximal 400mA haben, dann brauche
ich die Strombegrenzung nicht nehme ich an?
Und unter einem Buffercap verstehst du einfach einen ganz normalen
Kondensator nehme ich an.
Und dann hätte ich noch eine andere Frage die mit den möglichen
Spannungsschwankungen zusammenhängt. Auf der Platine soll neben dem
ESP12 Modul auch ein Beschleunigungssensor (ICM 20602) angebracht
werden, dieser ist auf eine recht gleichmäßige Spannung angewiesen, da
er die Eingangsspannung als Referenz für die analogen Daten des
Sensoren(3-Achsen-Accel & 3-Achsen-Gyroskop) nimmt. Wenn jetzt aber die
Stromspitzen von dem ESP einen Spannungsabfall verursachen könnte dieser
die Messungen des Sensors beeinflussen.
Deshalb meine Frage:
Wäre es möglich durch einen LC-Tiefpassfilter diese
Spannungsschwankungen herauszufiltern, sodass der ICM 20602 davon nicht
beeinflusst wird? Weil ich denke der Spannungswandler wird den Spitzen
von 1ms nicht direkt entgegenwirken und die Spannung nicht stabil bei
3,3V halten können.
Janis R. schrieb:> ACDC schrieb:>> 4,8A Dauerstrom>> Ich brauche ja aber eigentlich nur maximal 400mA. Also würde der andere> auch gehen.
Ich hab mir das Datenblatt von deinem Akku doch noch mal genauer
angeschaut.
Dein Akku hat ein Protection Board mit dran.
Da solltest du lieber deinen Akku nehmen.
Die 400mA sind kein Problem.
"Discharge Overcurrent Detectioncurrent 1-3A"
Auf der PCB sind als Controller S-8261ABJMD-G3JT2x
Und als Mosfet 8205A.
Der macht maximal 0.04 Ohm
Dein Akku macht die 400mA locker mit.
ACDC schrieb:> der hat kein Protection Board.
Okay, aber in dem Datenblatt von dem größeren Akku steht zumindest was
von einem Safety Circuit.
Und der kleinere Akku würde wegen diesem Protection Board auch den
Stromspitzen von 400mA standhalten können?
Janis R. schrieb:> Okay, aber in dem Datenblatt von dem größeren Akku steht zumindest was> von einem Safety Circuit.
Da ist aber keinerlei weitere Informationen drüber drin.
Janis R. schrieb:> Und der kleinere Akku würde wegen diesem Protection Board auch den> Stromspitzen von 400mA standhalten können?
Nicht wegen, sondern weil da die Schaltung vom Protection Board drin
steht und welche Bauteile drauf sind.
Und mit den Informationen habe ich das beurteilt, dass der auch die
400mA können sollte.
Janis R. schrieb:> Auf der Platine soll neben dem> ESP12 Modul auch ein Beschleunigungssensor (ICM 20602) angebracht> werden, dieser ist auf eine recht gleichmäßige Spannung angewiesen, da> er die Eingangsspannung als Referenz für die analogen Daten des> Sensoren(3-Achsen-Accel & 3-Achsen-Gyroskop) nimmt. Wenn jetzt aber die> Stromspitzen von dem ESP einen Spannungsabfall verursachen könnte dieser> die Messungen des Sensors beeinflussen.
Dann kommen auf sensible Analogkreise in nächster Nähe nicht nur die
Stromspitzen in der Versorgung sondern ggf. noch induzierte HF-Streu zu.
Dafür gibts die Möglichkeit, den WiFi-Transceiver jeweils kurz für
Messungen abzuschalten.
ACDC schrieb:> Und mit den Informationen habe ich das beurteilt, dass der auch die> 400mA können sollte.
Okay das wäre natürlich perfekt.
Nur ist in dieser Diskussion bisher herausgekommen, dass es mit dem
kleineren Akku auch die ein oder anderen Probleme geben könnte. Deshalb
hatte ich mich eigentlich schon mit dem größeren Akku abgefunden. Der
ist von den Dimensionen nämlich auch nicht sonderlich größer (31x17mm).
Würde der deiner Meinung nach den auch passen, trotz der mangelnden
Information?
batman schrieb:> Dafür gibts die Möglichkeit, den WiFi-Transceiver jeweils kurz für> Messungen abzuschalten.
Okay, aber das heißt ein LC-Filter hätte in diesem Zusammenhang mehr
einen negativen als einen positiven Effekt?
batman schrieb:> Dafür gibts die Möglichkeit, den WiFi-Transceiver jeweils kurz für> Messungen abzuschalten.
Leider nicht beim ESP8266 (ESP12F Modul). Den muss man zum Umschalten
rebooten.
Janis R. schrieb:> Okay, aber das heißt ein LC-Filter hätte in diesem Zusammenhang mehr> einen negativen als einen positiven Effekt?
Nein, eher nicht. Aber für die analogen Schaltkreise würde ich lieber
einen eigenen Spannungsregler verwenden, zum Beispiel mit 2,5V falls der
Sensor damit klar kommt. Die 2,5V gegen dem Regler mehr Spielraum,
Spannungsschwankungen heraus zu regeln, als wenn es 3,3V wären.
Ich fürchte ohne Tiefentladeschutz wird der Akku zur Primärzelle.
Warum verwenden die allermeisten Funksensoren wie Funkthermometer,
Einbruchssensoren und Rauchsensoren von Haus aus Primärzellen?
Weil die durch Verzicht auf stromfressendes WLAN so lange Laufzyklen
haben, dass sich Akkus gar nicht lohnen.
Meine IoT-Funkthermometer hängen alle an der Steckdose.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Aber für die analogen Schaltkreise würde ich lieber> einen eigenen Spannungsregler verwenden
Okay, das heißt man würde zwischen den Schaltregler (LTC3536), der die
Spannung auf 3,3V überträgt nochmal einen eigenen Regler einbauen, der
die Spannung auf 2,5V für den Sensor senkt?
Und dafür dann auch Buck-Boost oder nur Buck/LDO?
Gerald K. schrieb:> Ich fürchte ohne Tiefentladeschutz wird der Akku zur Primärzelle.
Und könnte man so einen Tiefentladeschutz hardwaretechnisch realisieren?
Janis R. schrieb:> Und könnte man so einen Tiefentladeschutz hardwaretechnisch realisieren?
Den Verbraucher dauerhaft Wegschalten, wenn die Versorgungsspannung
unter 3.0V liegt und da selbst möglichst wenig Strom dabei verbrauchen.
FET?
Gerald K. schrieb:> Den Verbraucher dauerhaft Wegschalten, wenn die Versorgungsspannung
Okay, dass heißt ich muss einfach schauen, dass ich den Akku frühzeitig
wieder auflade (also sobald die Spannung unter 3V liegt), sodass eine
Tiefentladung ausgeschlossen wird. Nur ist dann die Frage wie ich
erkennen kann wenn die Spannung sich diesem Wert nähert?
Gerald K. schrieb:> Ich habe 4x 100uF / 6,3 Mehrschicht-Keramikkondensaroren verwendet.
Ich habe jetzt meinen Schaltplan auf die unterschiedlichen Vorschläge
angepasst und jetzt insgesamt 700uF Pufferkondensatoren verbaut. Davon
sind 200uF vor dem Spannungsregler, 400uF danach und 100uF direkt bei
dem ESP12F-Modul.
Wenn ich dann den Akku mit 500mA Entladestrom nehme, sollte das Problem
mit den Stromspitzen gelöst sein oder?
Janis R. schrieb:> Okay, dass heißt ich muss einfach schauen, dass ich den Akku frühzeitig> wieder auflade (also sobald die Spannung unter 3V liegt), sodass eine> Tiefentladung ausgeschlossen wird. Nur ist dann die Frage wie ich> erkennen kann wenn die Spannung sich diesem Wert nähert?
Ich übertrage einmal pro Stunde ein Telegramm (Totmanntelegramm) mit
Versorgungsspannungswerte und anderen Parametern, um festzustellen ob
der der Sensor noch lebt.
Am Server, ein Raspberry Pi, kann ich dann den Verlauf der
Spannungsversorgung, die Qualität der Datenübertragung, sowie die Anzahl
der Neustarts auswerten.
Tägllch zusammgefaster Report der stündlichen Meldung :
2020-08-22 3.523
2020-08-23 3.525
2020-08-24 3.520
2020-08-25 3.520
2020-08-26 3.522
2020-08-27 3.523
2020-08-28 3.521
2020-08-29 3.516
7 (0.085%) of 8216 telegrams lost restarts = 0
So kann ich Zeitpunkt für den Batteriewechsel leicht bestimmen.
Im einfachsten Fall reicht das Ausbleiben der stündlichen Meldung aus,
dann muss aber rasch gehandelt werden. Ein Messung der
Versorungsspannung ist in diesem Fall nicht notwendig.
Ich würde die Übertragung einer fortlaufenden Nummer empfehlen um
Restarts zu erkennen. Nach einem Restart fängt der Zähler wieder mit
Null an. Ist sinnvoll, da bei Batterieende das System instabil wird und
laufend Restarts passieren bis die Meldungen ausbleiben.
Gerald K. schrieb:> Ich übertrage einmal pro Stunde ein Telegramm (Totmanntelegramm) mit> Versorgungsspannungswerte und anderen Parametern, um festzustellen ob> der der Sensor noch lebt.
Okay, bei mir ist es so, dass ich alle 200ms die neuen Daten des Sensors
per MQTT an einen Broker auf dem Raspberry Pi sende. Ich würde dann halt
einfach schauen wenn die Daten vom ESP nicht mehr beim Broker ankommen
und kann dann daraus schließen, dass der Akku vermutlich leer ist. Oder
wäre das zu diesem Zeitpunkt schon zu spät?
Ab wann tritt den allgemein so eine Tiefentladung ein?
Janis R. schrieb:> Oder wäre das zu diesem Zeitpunkt schon zu spät?
Die Frage ist, wie schnell man reagieren kann. Ist man vor Ort, oder
muss man Anreisen.
Eine weitere Frage ist, wie verhält sich das System bei Unterspannung.
Der ESP könnte einen hohen Dauerstrom ziehen und so die komplette
Entladung beschleunigen.
Übrigens der SHDN Eingang des LTC3536 könnte zur Abschaltung der
Verbraucher bei Unterspannung verwendet werden.
Janis R. schrieb:> Ab wann tritt den allgemein so eine Tiefentladung ein?
Steht im DB des Herstellers. >3V
Gerald K. schrieb:> Die Frage ist, wie schnell man reagieren kann. Ist man vor Ort, oder> muss man Anreisen.
Ne also das wäre kein Problem, das Projekt ist so gedacht, dass man
immer vor Ort ist, wenn man es benutzt.
Gerald K. schrieb:> Eine weitere Frage ist, wie verhält sich das System bei Unterspannung.> Der ESP könnte einen hohen Dauerstrom ziehen und so die komplette> Entladung beschleunigen
Aber würde eine solche Unterspannung nicht auch von dem LTC3536 auf die
konstanten 3,3V übertragen werden?
Gerald K. schrieb:> Übrigens der SHDN Eingang des LTC3536 könnte zur Abschaltung der> Verbraucher bei Unterspannung verwendet werden.
Okay, dass heißt man kann bei dem LTC3536 über diesen Pin einstellen,
wann die Spannung zu klein ist und somit kein Strom mehr fließen soll?
Janis R. schrieb:> Aber würde eine solche Unterspannung nicht auch von dem LTC3536 auf die> konstanten 3,3V übertragen werden?
Je kleiner die Eingangspannung am Konverter, umso größer muss der
Einstrom werden damit der Konverter die Ausgangsspannung aufrecht
erhalten kann.
Gerald K. schrieb:> Je kleiner die Eingangspannung am Konverter, umso größer muss der> Einstrom werden damit der Konverter die Ausgangsspannung aufrecht> erhalten kann.
Achso okay logisch. Und der SHDN Pin wäre in wiefern eine Möglichkeit um
das zu verhindern?
Janis R. schrieb:> Und der SHDN Pin wäre in wiefern eine Möglichkeit um das zu verhindern?
Mit einer externen Schaltung (z.B. SGM811B) die Spannung des Akkus
überwachen und bei Unterschreiten der minimalen Spannung den Eingang
SHDN auf 0 ziehen.
Janis R. schrieb:> Okay, das heißt man würde zwischen den Schaltregler (LTC3536), der die> Spannung auf 3,3V überträgt nochmal einen eigenen Regler einbauen, der> die Spannung auf 2,5V für den Sensor senkt?
Wenn du zwei Spannungswandler hintereinander schaltest, könnten sie sich
gegenseitig stören. Besser beide parallel am Akku, vermeidet Probleme.
> Und dafür dann auch Buck-Boost oder nur Buck/LDO?
Das kannst du dir anhand der Spannungsverhältnisse selber denken.
> Und könnte man so einen Tiefentladeschutz hardwaretechnisch realisieren?
Janis, du hast dir zu viel vorgenommen. Reiße nicht so viele Baustellen
gleichzeitig auf, von denen du noch keine Ahnung hast. In der Elektronik
lernt man in vielen kleinen Schritten. Und man probiert sie aus, bevor
man den nächsten Schritt wagt.
Gerald K. schrieb:> Mit einer externen Schaltung (z.B. SGM811B) die Spannung des Akkus> überwachen und bei Unterschreiten der minimalen Spannung den Eingang> SHDN auf 0 ziehen.
Okay ja das wäre eine gute Idee. Und der würde dann den Spannungsregler
abschalten, sobald die Spannung des Akkus unterhalb von 3V sinkt?
Stefan ⛄ F. schrieb:> Besser beide parallel am Akku, vermeidet Probleme.
Okay also würde man quasi den LTC3536 für das ESP nehmen der die
Spannung (Buck-Boost) auf die erforderlichen 3,3V überträgt und
zusätzlich noch einen zweiten Spannungsregler (Buck) der parallel dazu
geschaltet ist und die Spannung für den ICM 20602 auf 2,5V
runterregelt.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Und man probiert sie aus, bevor> man den nächsten Schritt wagt.
Ja das stimmt, nicht bin in solchen Sachen bisher noch nicht so
erfahren. Deshalb habe ich halt gedacht ich Frage mal nach bei denen die
sich besser auskennen und an dieser Stelle nochmal danke an alle guten
Tipps und Vorschläge.
Es ist halt so, dass ich die Platine online herstellen und auch
bestücken lasse, was darauf herausläuft das die Kosten recht hoch sind.
Deshalb wäre ich mir halt gerne im Voraus sicher, dass alles passt.
Janis R. schrieb:> Deshalb habe ich halt gedacht ich Frage mal nach bei denen die> sich besser auskennen
Das ist auch gut so, aber mache nicht so viel auf einmal.
> Es ist halt so, dass ich die Platine online herstellen und auch> bestücken lasse, was darauf herausläuft das die Kosten recht hoch sind.> Deshalb wäre ich mir halt gerne im Voraus sicher, dass alles passt.
Aus diesem Grund baue ich meine Prototypen immer auf Lochraster auf.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Aus diesem Grund baue ich meine Prototypen immer auf Lochraster auf.
Ja das wäre noch eine Idee. Wird glaube ich aber nur schwer weil den
Sensor gibt es z.B nur in einem LGA-Packet und das ist mit der Hand
nicht lötbar.
Beim Umstieg von Lochraster auf Leiterplatte ändern sich die
Verhältnisse wieder. Speziell was HF und Leiterbahnführung anbelangt.
Wichtig ist das Konzept und die Schaltung stimmen.
Z.B. den Tiefentladungsschutz sollte man im Layout vorsehen. Das
Grundsätzliche Zusammenspiel kann man durchaus ohne Leiterplatte
fliegend, auf Steckbrett oder Lochraster ausprobieren. Den
Tiefentladungschutz kann man auch später unbestückt lassen.
Bei so kleinen Leiterplatten 20x30mm fällt der Preis nicht so stark ins
Gewicht.
RC-Filter zur Entstörung von Eingängen kann man falls nicht benötigt
unbestückt lassen (ich habe den Schutz zunächst bei allen Pins des
MSP430G2553 vorgesehen, da alle Pins in der Nähe der ESP8266-01 Antenne
lagen). Siehe
https://www.mikrocontroller.net/attachment/470552/THT-SMD.jpg
Janis R. schrieb:> Wird glaube ich aber nur schwer weil den> Sensor gibt es z.B nur in einem LGA-Packet und das ist mit der Hand> nicht lötbar.
Ja, meine Vorliebe für Lochraster geht mit erheblichen Einschränkungen
bei der Bauteile-Wahl einher. Was ich entwerfe, wird jedoch nicht in
Massen produziert. Meistens werden sogar die Prototypen verbaut.
Gerald K. schrieb:> Bei so kleinen Leiterplatten 20x30mm fällt der Preis nicht so stark ins> Gewicht.
Ja für die Herstellung selbst nicht. Aber ich müsste zumindest den
Beschleunigungssensor auch bestücken lassen, weil ich den sonst gar
nicht verlöten kann.
Gerald K. schrieb:> Den> Tiefentladungschutz kann man auch später unbestückt lassen
Wie genau meinst du "unbestückt lassen" also den Tiefentladungsschutz
anschließend manuell auf die Platine löten?
Stefan ⛄ F. schrieb:> geht mit erheblichen Einschränkungen> bei der Bauteile-Wahl einher
Okay. Aber ich könnte den Beschleunigungssensor dann halt gar nicht
testen, weil ich den wie gesagt nicht löten kann.
Das mit dem separaten LDO sollte aber klappen denke ich.
Janis R. schrieb:> Wie genau meinst du "unbestückt lassen" also den Tiefentladungsschutz> anschließend manuell auf die Platine löten?
Wenn der Tiefentladungsschutz nicht gebraucht wird, kann der SHDN mit
einem SMD Widerstand gegen Vcc gezogen werde.
Janis R. schrieb:> Aber ich könnte den Beschleunigungssensor dann halt gar nicht testen,> weil ich den wie gesagt nicht löten kann.
Man kann Beschleunigungssensor auf eine Adapterleiterplatte (SMD auf
THT) löten.
Gerald K. schrieb:> Wenn der Tiefentladungsschutz nicht gebraucht wird, kann der SHDN mit> einem SMD Widerstand gegen Vcc gezogen werde.
Okay das wäre eine Option. Nur schadet es ja auch nicht wenn man einen
solchen Schutz einfach integriert oder?
Janis R. schrieb:> Wäre das folgende Bauteil auch denkbar?
Ja, braucht aber gegenüber dem SGM811B 6x so viel Strom. Damit muss die
Reaktioszeit kürzer sein.
Gerald K. schrieb:> Ja, braucht aber gegenüber dem SGM811B 6x so viel Strom. Damit muss die> Reaktioszeit kürzer sein.
Okay perfekt. Was genau verstehst du unter Reaktionszeit? Meinst du die
Zeit die zwischen dem Abschalten des Systems durch die
Spannungsüberwachung und dem Aufladen des Akkus vergehen darf?
Janis R. schrieb:> Was genau verstehst du unter Reaktionszeit?
Der Akku ist "Leer", das Gerät meldet sich nicht mehr. Der Akku wurde
von der Last abgetrennt, und entlädt sich noch über die
Spannungsüberwachung SGM811B mit 1uA bzw. IMP809 mit 6uA sowie über die
Selbstentladung. Der Akku sollte jetzt rasch aufgeladen werden, um einer
Tiefentladung zuvor zu kommen.
Die Zeit zwischen dem Erkennen "Akku Leer" und dem Laden des Akkus ist
die Reaktionszeit.
Gerald K. schrieb:> Die Zeit zwischen dem Erkennen "Akku Leer" und dem Laden des Akkus ist> die Reaktionszeit.
Okay das macht Sinn. Da sich die Spannungsüberwachung ja schon bei eine
Akkuspannung von 3,08V meldet und die Entladeschlussspannung bei 3,0V
liegt. Sollte da ja etwas Spielraum sein.
Janis R. schrieb:> Sollte da ja etwas Spielraum sein.
Unterhalb von 3V geht es relativ rasch mit der Spannung abwärts.
siehe : https://aaron-fischer.net/erd
Hängt auch davon ab, wie der Tiefenladeschutz um die Schwelle herum
funktioniert.
Es könnte durchaus sein, dass der Sender aktiv wird, dadurch die
Spannung unter 3,08V einbricht und damit die Versorgung des Senders
abgedreht wird. Nach dem die Spannung im "Leerlauf" wieder ansteigt,
beginnt der Modul mit dem nächsten Sendeversuch. Es wird mehr gesendet
als bei vollem Akku.
Gerald K. schrieb:> Es wird mehr gesendet> als bei vollem Akku.
Okay. Das heißt man muss dann einfach so schnell wie möglich den Akku
von dem Stromkreis trennen und aufladen.
Gerald K. schrieb:> Nach dem die Spannung im "Leerlauf" wieder ansteigt
Und wieso genau würde die Spannung wieder ansteigen?
Janis R. schrieb:> Und wieso genau würde die Spannung wieder ansteigen?
Der Akku hat einen Innenwiderstand. Wenn der Sender aktiv ist, dann
fließt ein relativ großer Strom z.B. 100mA. Bei einem Innenwiderstand
von 100mOhm fallen 10mV an diesem ab. Dieser Spannungsabfall könnte
ausreichen um die Versorgung vom Sender abzukoppeln.
Ist der Funkmodul jetzt stromlos, dann fällt der Spannungsabfall am
Innenwiderstand das Akkus weg und die Spannung am Akku steigt jetzt über
die Schwelle von 3,08V und der Funkmodul sird wieder versorgt. Erst mit
dem nächsten Sendevorgang sinkt die Spannung wieder unter 3,08V und das
System fängt zum Pumpe an.
Eine Hysterese am Eingang der Spannungsüberwachung verbessert das
Verhalten.
Gerald K. schrieb:> Ist der Funkmodul jetzt stromlos, dann fällt der Spannungsabfall am> Innenwiderstand das Akkus weg und die Spannung am Akku steigt jetzt über> die Schwelle von 3,08V und der Funkmodul sird wieder versorgt.
Okay. Das ist ja aber eigentlich weniger problematisch weil zu einer
Tiefentladung würde es dadurch ja vermutlich nicht kommen oder?
Gerald K. schrieb:> Eine Hysterese am Eingang der Spannungsüberwachung verbessert das> Verhalten.
Okay und um ein solchen Mechanismus zu realisieren gibt es auch ICs?
Janis R. schrieb:> Okay und um ein solchen Mechanismus zu realisieren gibt es auch ICs?
Nur ma so zum /Einstieg/:
http://liionbms.com/php/wp_bms_chips.php
Ich würde ja den ICL7665 empfehlen.... Liegt aber leider nur daran, das
ich keinen anderen aus dem FF kenne. :)
Teo D. schrieb:> Ich würde ja den ICL7665 empfehlen.... Liegt aber leider nur daran, das> ich keinen anderen aus dem FF kenne. :)
Okay. Ich habe mir das gerade mal angeschaut und da steht das der
Maxim's MAX11068 für solche Anwendungen geeignet wäre, aber nur für
große Hersteller erhältlich ist. In dem Datenblatt von dem IMP809 (den
ich bis jetzt angedacht hätte) steht was von "improved replacement for
MAX809/810". Das heißt die sind sind ja vermutlich alle ziemlich
ähnlich.
