Schaltungs-Review: Li-Ion Laderegler & Step-Up (TP4056 / MT3608)

[Martin L. (tempusertempuser)]

Hallo zusammen,
​ich plane derzeit eine Stromversorgung für ein Mikrocontroller-Projekt 
(ESP32C3 super Mini lipo Versorgung)und würde mich über einen kurzen 
Blick auf den Schaltplan freuen.
​Eckdaten:
​Versorgung über USB-C (CC-Pins sind mit 5.1k abgeschlossen).
​Akku-Ladung via TP4056, Schutzschaltung über DW01.
​Systemspannungen: 5V (MT3608) und 3.3V (LD1117).
​Meine Fragen:
​LDO Stabilität: Der LD1117 ist ja bekannt dafür, bei 
Keramikkondensatoren am Ausgang zum Schwingen zu neigen. Reicht hier ein 
kleiner Serienwiderstand oder sollte ich besser auf Tantal/Elektrolyt 
setzen?
​Ladestrom: Aktuell ist der TP4056 auf ca. 130mA konfiguriert (R_{prog} 
= 10k). Erscheint das sinnvoll oder ist die thermische Last bei 1A 
(1.2k) auf einem 2-Layer Board erfahrungsgemäß unproblematisch?
​MT3608: Die Feedback-Widerstände sind für 5.0V berechnet. Gibt es hier 
Anmerkungen zum Layout des Boost-Konverters bezüglich EMV?
​Den Schaltplan habe ich als PDF/Bild angehängt. Vielen Dank vorab für 
konstruktive Kritik!




https://www.transfernow.net/dl/20260106mhf1YpCe

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Mal abgesehen davon, dass du dir mal eine Tüte Leerzeichen gönnen 
solltest, um diese nach den Interpunktionen einzustreuen: bitte häng 
einen Schaltplan hier als PNG an, statt irgendwelche ominösen Links zu 
posten, bei denen keiner weiß, was wirklich dahinter steht und die 
vielleicht nächste Woche schon nicht mehr gültig sind.

[H. H. (hhinz)]

Martin L. schrieb:
> ​LDO Stabilität: Der LD1117 ist ja bekannt dafür, bei
> Keramikkondensatoren am Ausgang zum Schwingen zu neigen. Reicht hier ein
> kleiner Serienwiderstand oder sollte ich besser auf Tantal/Elektrolyt
> setzen?

ST empfiehlt 0,5-2 Ohm.

[Martin L. (tempusertempuser)]

Danke....

Anbei als png

[Ralf X. (ralf0815)]

Martin L. schrieb:
> ​Ladestrom: Aktuell ist der TP4056 auf ca. 130mA konfiguriert (R_{prog}
> = 10k). Erscheint das sinnvoll oder ist die thermische Last bei 1A
> (1.2k) auf einem 2-Layer Board erfahrungsgemäß unproblematisch?

Wichtig ist erstmal, welchen Ladestrom Deine Lipozelle mag.

[Martin L. (tempusertempuser)]

Ralf X. schrieb:
> Martin L. schrieb:
>> ​Ladestrom: Aktuell ist der TP4056 auf ca. 130mA konfiguriert (R_{prog}
>> = 10k). Erscheint das sinnvoll oder ist die thermische Last bei 1A
>> (1.2k) auf einem 2-Layer Board erfahrungsgemäß unproblematisch?
>
> Wichtig ist erstmal, welchen Ladestrom Deine Lipozelle mag.

Max 1A steht in den technischen Daten

[H. H. (hhinz)]

Martin L. schrieb:
> Ralf X. schrieb:
>> Martin L. schrieb:
>>> ​Ladestrom: Aktuell ist der TP4056 auf ca. 130mA konfiguriert (R_{prog}
>>> = 10k). Erscheint das sinnvoll oder ist die thermische Last bei 1A
>>> (1.2k) auf einem 2-Layer Board erfahrungsgemäß unproblematisch?
>>
>> Wichtig ist erstmal, welchen Ladestrom Deine Lipozelle mag.
>
> Max 1A steht in den technischen Daten

Da muss der TP4056 über 2W verheizen können, das ist selbst mit gutem 
Layout schwierig.

[Martin L. (tempusertempuser)]

H. H. schrieb:
> Martin L. schrieb:
>> Ralf X. schrieb:
>>> Martin L. schrieb:
>>>> ​Ladestrom: Aktuell ist der TP4056 auf ca. 130mA konfiguriert (R_{prog}
>>>> = 10k). Erscheint das sinnvoll oder ist die thermische Last bei 1A
>>>> (1.2k) auf einem 2-Layer Board erfahrungsgemäß unproblematisch?
>>>
>>> Wichtig ist erstmal, welchen Ladestrom Deine Lipozelle mag.
>>
>> Max 1A steht in den technischen Daten
>
> Da muss der TP4056 über 2W verheizen können, das ist selbst mit gutem
> Layout schwierig.


Gebe ich dir Recht deswegen ja habe ich die 130mA gewählt, das sollte ja 
kein Problem darstellen

[Ralf X. (ralf0815)]

Martin L. schrieb:
> Max 1A steht in den technischen Daten

Die maximale Ladeleistung nicht auszunutzen erhöht die Lebensdauer der 
Zelle, diese lässt sich aber gerade beim Eigenbau auch leicht mal 
erneuern.
Und kurze Ladezeiten sind oft für den Nutzer angenehmer..
Die TP4056 Module sind eh auf 1 A ausgelegt, bei Eigenkonstruktion sehe 
ich auch null Probleme.

[H. H. (hhinz)]

Ralf X. schrieb:
> Die TP4056 Module sind eh auf 1 A ausgelegt,

Die Billigplatinchen? Nö, die werden zwar üblicherweise mit 1,2kOhm 
(->1A) ausgeliefert, aber damit die die Wärme auch loswerden muss man 
sie auf einen Kühlkörper kleben.

[Gerd E. (robberknight)]

Mal nur das Konzept betrachtet: von Lipo auf 5V mit nem Stepup, dann mit 
nem LDO wieder runter auf 3,3V?

Gerade bei Batteriebetrieb sollte man ja schon einigermaßen auf 
Effizienz achten. Für die 3,3V wird so schon einiges unnötig verheizt.

Wie sind denn ungefähr die zu erwartenden Verhältnisse des Strombedarfs 
auf diesen beiden Rails?

Wenn 3,3V den Hauptteil ausmacht, dann vielleicht schauen ob auch ein 
klein bischen weniger möglich ist, also z.B. 3V. Dann ein Buck-Regler 
direkt von Lipo auf die 3V verwenden.

Auch bedenken: Stromverbrauch im Aus-Zustand. Ist da ein physischer 
Schalter dran der alles ausschaltet oder ist das ein Soft-Poweroff? Bei 
letzterem unbedingt den Eigenverbrauch der Regler beachten und besser 
eine Selbsthaltungsschaltung etc. vorsehen bei der die Regler ganz 
getrennt werden.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Martin L. schrieb:
> Schutzschaltung über DW01.

Hast Du beachtet, dass die Schutzschaltung im Minus des Akkus sitzt und 
damit der Akku nicht die Masse der Schaltung wird?

H. H. schrieb:
>> Die TP4056 Module sind eh auf 1 A ausgelegt,
> Die Billigplatinchen? Nö, die werden zwar üblicherweise mit 1,2kOhm
> (->1A) ausgeliefert, aber damit die die Wärme auch loswerden muss man
> sie auf einen Kühlkörper kleben.

Im Datenblatt des TP4056 wird ein Widerstand in der 5V-Leitung 
empfohlen, der auf vielen Chinaplatinchen fehlt oder 0 Ohm ist. Der 
nimmt dem 4056 im CC-Betrieb etwas Leistung ab und darf gerne auch ein 
ganzes Ohm haben.

Gerd E. schrieb:
> Mal nur das Konzept betrachtet: von Lipo auf 5V mit nem Stepup, dann mit
> nem LDO wieder runter auf 3,3V?

Ungeschickt, und der LM1117 ist auch kein Wunder an DropOut und 
Querstrom. Es gibt weitaus bessere LDO, fraglich ist nur, ob diese genug 
Strom liefern können bzw. wie er seinen ESP32 nutzt.

[Gustl B. (gustl_b)]

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/MAX15102.pdf

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/max38904a-max38904d.pdf

[Martin L. (tempusertempuser)]

Gerd E. schrieb:
> Mal nur das Konzept betrachtet: von Lipo auf 5V mit nem Stepup, dann mit
> nem LDO wieder runter auf 3,3V?
>
> Gerade bei Batteriebetrieb sollte man ja schon einigermaßen auf
> Effizienz achten. Für die 3,3V wird so schon einiges unnötig verheizt.
>
> Wie sind denn ungefähr die zu erwartenden Verhältnisse des Strombedarfs
> auf diesen beiden Rails?

Esp32c3 super mini max 400mA spitze und 5V max. 200mA



>
> Wenn 3,3V den Hauptteil ausmacht, dann vielleicht schauen ob auch ein
> klein bischen weniger möglich ist, also z.B. 3V. Dann ein Buck-Regler
> direkt von Lipo auf die 3V verwenden.
>
> Auch bedenken: Stromverbrauch im Aus-Zustand. Ist da ein physischer
> Schalter dran der alles ausschaltet oder ist das ein Soft-Poweroff? Bei
> letzterem unbedingt den Eigenverbrauch der Regler beachten und besser
> eine Selbsthaltungsschaltung etc. vorsehen bei der die Regler ganz
> getrennt werden.
Nein, kein Schalter vorgesehen da meistens im deep sleep der EsP32c3 
Supermini bleiben soll....

[Gerd E. (robberknight)]

Martin L. schrieb:
> Esp32c3 super mini max 400mA spitze und 5V max. 200mA
[...]
> Nein, kein Schalter vorgesehen da meistens im deep sleep der EsP32c3
> Supermini bleiben soll....

Nun, dann finde ich das vorgeschlagene Konzept suboptimal. Denn dann 
müssen beide Regler die ganze Zeit an sein und verbraten dabei einiges 
an Energie. Nix mit Deep-Sleep.

Vorschlag:

Geh mit der Versorgung des ESP32c3 auf 3V runter, lt. Datenblatt die 
untere Grenze. Dann von der Lipo-Spannung direkt auf die 3V runter.

Besonders ruhestromarmer LDO oder auf niedrige Lastbereiche optimierter 
Schaltregler, musst Du schauen und rechnen was besser funktioniert. 
Spannend ist vor allem dass der ESP32 sehr kurze und steile Strompulse 
zieht wenn er senden will und sonst im Deep-Sleep kaum Strom aufnimmt. 
Das muss der Regler können, evtl. mit nem dicken Polymerkondensator 
puffern.

Die 5V werden ja vermutlich nur gebraucht wenn der ESP32 nicht im Sleep 
ist. Daher den ganzen Stepup-Regler mit nem Mosfet davor abschalten. Das 
Enable ist für Stepups zum stromsparenden Abschalten meist (und auch für 
den MT3608) nicht ausreichend, denn dann ist nur das Hochregeln 
abgeschaltet, die niedrigere Eingangsspannung wird unverändert 
durchgeleitet. Viele Verbraucher ziehen in dem Zustand dann weiter 
munter Strom.

[Martin L. (tempusertempuser)]

Gerd E. schrieb:
> Martin L. schrieb:
>> Esp32c3 super mini max 400mA spitze und 5V max. 200mA
> [...]
>> Nein, kein Schalter vorgesehen da meistens im deep sleep der EsP32c3
>> Supermini bleiben soll....
>
> Nun, dann finde ich das vorgeschlagene Konzept suboptimal. Denn dann
> müssen beide Regler die ganze Zeit an sein und verbraten dabei einiges
> an Energie. Nix mit Deep-Sleep.
>
> Vorschlag:
>
> Geh mit der Versorgung des ESP32c3 auf 3V runter, lt. Datenblatt die
> untere Grenze. Dann von der Lipo-Spannung direkt auf die 3V runter.
>
> Besonders ruhestromarmer LDO oder auf niedrige Lastbereiche optimierter
> Schaltregler, musst Du schauen und rechnen was besser funktioniert.
> Spannend ist vor allem dass der ESP32 sehr kurze und steile Strompulse
> zieht wenn er senden will und sonst im Deep-Sleep kaum Strom aufnimmt.
> Das muss der Regler können, evtl. mit nem dicken Polymerkondensator
> puffern.
>
> Die 5V werden ja vermutlich nur gebraucht wenn der ESP32 nicht im Sleep
> ist. Daher den ganzen Stepup-Regler mit nem Mosfet davor abschalten. Das
> Enable ist für Stepups zum stromsparenden Abschalten meist (und auch für
> den MT3608) nicht ausreichend, denn dann ist nur das Hochregeln
> abgeschaltet, die niedrigere Eingangsspannung wird unverändert
> durchgeleitet. Viele Verbraucher ziehen in dem Zustand dann weiter
> munter Strom.


Danke...

anbei mein neuer Vorschlag fuer layout