Ich nutze für ein akkubetriebenes Gerät einen TP4056 als Ladecontroller.
Der eingesetzte Akku ist ein 3,7 V Li-Ion-Akku mit 250 mAh und verfügt bereits über eine integrierte Schutzschaltung (DW01 + FS8205A). Daher ist die Schutzschaltung auf dem typischen TP4056-Modul nicht erforderlich.
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des Ladens nicht zuverlässig.
Zur Lösung habe ich eine AO3407 P-Kanal-MOSFET-Schaltung sowie eine SS14 Schottky-Diode integriert. Der MOSFET gibt der Last Vorrang von der USB-Versorgung und verhindert Rückstrom in den USB-Port, die Schottky-Diode entkoppelt den Akku und versorgt die Last nur, wenn keine USB-Spannung vorhanden ist.
Das Schaltschema habe ich angehängt. Meiner Meinung nach sollte die Schaltung so funktionieren. Seht ihr mögliche Fehler oder Verbesserungspunkte?
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Bist du dur da ganz sicher? Davon lese ich heute zum ersten mal!
In deinem Schaltplan sind Drain und Source miteinander Verbunden. Beide sind VCC.
Selbst wenn der Fehler nicht wäre erschließt sich mir nicht, wie das funktionieren soll. Das Gate liegt immer auf VCC, der MOSFET wird nie einschalten.
Da die Zielschaltung 5V verträgt, bist du sicher dass sie auch mit 2,5V funktioniert? Weil: Mehr wird da nicht raus kommen wenn der Akku fast leer ist.
Was sind das für merkwürdige Phantasie-Schaltzeichen? Nicht mal die Beschriftung der Pins vom IC stimmen mit dessen Datenblatt überein.
In deinem Schaltplan sind Drain und Source miteinander Verbunden. Beide
sind VCC.
Da hast du recht, ich habe es korrigiert. Source ist mit VBUS vom USBC verbunden.
Selbst wenn der Fehler nicht wäre erschließt sich mir nicht, wie das
funktionieren soll. Das Gate liegt immer auf VCC, der MOSFET wird nie
einschalten.
Wenn SYS anfangs niedriger als VBUS ist, wird VGS negativ → MOSFET leitet. Steigt SYS auf fast VBUS, geht VGS gegen 0 und der MOSFET sperrt. So bekomme ich den gewünschten Power-Path-Effekt: USB hat Vorrang, Akku nur bei fehlendem USB.
Da die Zielschaltung 5V verträgt, bist du sicher dass sie auch mit 2,5V
funktioniert? Weil: Mehr wird da nicht raus kommen wenn der Akku fast
leer ist.
Das Gerät läuft mit 3.3V. Die 3,3 V erzeuge ich mit einem TLV70033 LDO: Ich schalte per Mikrocontroller rechtzeitig ab, bevor der Akku zu tief entladen ist.
Was sind das für merkwürdige Phantasie-Schaltzeichen? Nicht mal die
Beschriftung der Pins vom IC stimmen mit dessen Datenblatt überein.
Das Symbol am Plan habe ich selber gemacht, damit ich die Übersicht habe. Ich bin neu in dem Gebiet und bin mit den Schaltplänen noch nicht 100% vertraut.
Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Was soll das konkret heißen? Mir ist nichts von Problemen bekannt. Insbesondere keine die den Betrieb des Gerätes betreffen würden.
Seht ihr mögliche Fehler oder Verbesserungspunkte?
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Der TP4056 lädt den Akku bis 4,2 Volt und schaltet die Ladung ab, wenn der Strom gering genug ist. Wenn die Spannung fällt, nimmt er die Ladung wieder auf. Es gibt absolut kein Problem, den parallel zum laufenden Gerät am Akku zu haben!
Natürlich kann es sein, dass der TP4056 dauerhaft lädt, weil das Gerät Strom zieht. Ob es wünschenswert ist, den Akku dauerhaft auf Endspannung zu halten, kann man auch diskutieren. Beides ist spezifiziert und weitab von "nicht zuverlässig".
Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Was soll das konkret heißen? Mir ist nichts von Problemen bekannt.
Natürlich nicht, weil es keine gibt. Ich habe einen Logger, der rund 450h mit einem 18650-Akku läuft. Wenn das mal eng wird, kommt eine Powerbank an den USB des 4056 und alles ist gut.
Zur Lösung habe ich eine AO3407 P-Kanal-MOSFET-Schaltung sowie eine SS14
Schottky-Diode integriert.
Bei Verwendung eines vernünftigen Schaltzeichens für deinen MOSFET (gleich auf der ersten Seite im Datenblatt) würdest du die interne Body-Diode erkennen, die auch bei ausgeschaltetem MOSFET eine Verbindung zwischen VCC und VCC herstellt.
Leider gibt dein Schaltplan keine Information darüber her, an welchem VCC die USB-Buchse hängt und an welchem die Last. Oder hast du dort einen impliziten Kurzschluss über dem MOSFET? In Schaltplänen bedeutet gleicher Signalname gleiches Netz, d.h. eine Verbindung. Spätestens bei einem Layout fällt dir das auf die Füße. Die fehlende Ansteuerung vom MOSFET wurde schon bemängelt.
Du wirst deinen Schaltplan noch einmal überarbeiten müssen, bevor daraus eine funktionierende Schaltung werden kann. So ist das nur Unsinn.
Mit einer Simulation in LTSpice könntest du die Funktion der Schaltungsteile überprüfen.
p.s.
Wozu wurden in elektronischen Schaltplänen Schaltzeichen eingeführt?
Wenn SYS anfangs niedriger als VBUS ist, wird VGS negativ → MOSFET
leitet. Steigt SYS auf fast VBUS, geht VGS gegen 0 und der MOSFET
sperrt. So bekomme ich den gewünschten Power-Path-Effekt: USB hat
Vorrang, Akku nur bei fehlendem USB.
OK,verstanden. Aber wenn der MOSFET eingeschaltet hat, ist Vgs Null Volt. Dann schaltet er wieder aus. Dann wueder ein....
Aber das das kein Relais, sondern ein analog wirkendes Bauteil ist, wird er in der Schaltung wohl eher bewirken, dass an ihm ständig ungefähr 2 Volt abfallen, und er in Folge der Verlzstleistung durch brennt.
Das Symbol am Plan habe ich selber gemacht, damit ich die Übersicht
habe.
Verwende keine eigenen Symbole, sondern die in der Elektronik eingeführten, jedenfalls wenn andere deine Pläne auch lesen sollen. Wozu wurden für elektronische Schaltplänen wohl vereinheitlichte Schaltzeichen eingeführt?
Das Gerät läuft mit 3.3V. Die 3,3 V erzeuge ich mit einem TLV70033 LDO
Die Rechnung geht nicht auf. Am Spannungregler fallen 0,2V ab, an der Diode 0,4V. Der Akku muss daher mindestens 3,9V haben. So kannst du dessen Kapazität nicht vernünftig ausnutzen. Immer schön voll gehalten wird der Akku auch schnell verschleißen.
Das Symbol am Plan habe ich selber gemacht, damit ich die
Übersicht habe.
Tu das nicht! So gewöhnst du dich an deine eigenen Symbole. Die richtigen Symbole zu nutzen wird dir dadurch bald unnötig erschwert.
Das ist die gleiche Nummer wie mit 10-Finger Schreiben auf Tastatur. Anfange meinte ich "das lerne ich später, wenn ich viel schreibe". Nun 30 Jahre später kann ich es immer noch nicht, obwohl ich solche Kurse mehrmals versucht habe. Ergebnis: Meine Frau tippt 5 mal schneller, obwohl sie nur selten Texte schreibt.
In deinem Fall ist schnell vs. langsam kein Problem, aber die Lesbarkeit deiner Pläne. Denn die erstellst du ja auch für andere, zum Beispiel potentielle Helfer.
Zum Glück, ein Relais würde das Verhalten wegen seiner kräftigen Hysterese, dem induktiven Verhalten der Erregerspule und dem Zeitverhalten auf Grund der mechanischen Bewegung sogar deutlich komplizierter machen.
würdest du die interne Body-Diode erkennen, die auch bei
ausgeschaltetem MOSFET eine Verbindung
zwischen VCC und VCC herstellt.
Guter Punkt. So wird der Laderegler bei fehlendem Netzteil vom Akku versorgt. Ein Perpetuum Mobile - nur gibt's leider kein funktionierendes Perpetuum Mobile.
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Muß es ein TP4056 sein?
Für meine Geräte nehme ich den TP4056X, wenn das Gerät während des Ladens immer ausgeschaltet ist. Wenn das Gerät aber während des Ladens eingeschaltet sein kann (und relativ wenig Strom braucht), nehme ich den MCP73871, der gibt der Stromversorgung der Last Vorrang und benutzt den Rest des verfügbaren Stroms zur Akkuladung:
Ein Perpetuum Mobile - nur gibt's leider kein funktionierendes
Perpetuum Mobile.
Gut erkannt. Besonders wenn ein verlustbehaftetes Bauteil wie eine Diode im Strompfad liegt, hast du für den Aufbau eines Perpetuum Mobiles sofort verloren.
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Diese Aussage ist hausgemachter Blödsinn von dir! Ich habe mehrere solarversorgte Sensoren laufen, die über Jahre ihren Dienst tun. Da ist ein stinknormaler Laderegler mit TP4056 und Schutzschaltung verbaut, eine Solarzelle (6V, 100mA) und ein LiPo mit 2.5Ah. Ausserdem verwende ich einige USVs vom Chinamann ohne Probleme https://de.aliexpress.com/item/1005006860598580.html
Diese Aussage ist hausgemachter Blödsinn von dir! Ich habe mehrere
solarversorgte Sensoren laufen, die über Jahre ihren Dienst tun. Da ist
ein stinknormaler Laderegler mit TP4056 und Schutzschaltung verbaut,
eine Solarzelle (6V, 100mA) und ein LiPo mit 2.5Ah. Ausserdem verwende
ich einige USVs vom Chinamann ohne Probleme
https://de.aliexpress.com/item/1005006860598580.html
Ich habe mich lediglich im Internet informiert und bin auf diverse Berichte gestossen, bei denen es geheissen hat, dass es damit gewisse Probleme gibt. Wenn es hausgemachter Blödsinn ist bin ich froh, ich habe auch kein sonderlich grosses Interesse dran noch irgendwas herum zu basteln.
Für meine Geräte nehme ich den TP4056X, wenn das Gerät während des
Ladens immer ausgeschaltet ist. Wenn das Gerät aber während des Ladens
eingeschaltet sein kann (und relativ wenig Strom braucht), nehme ich den
MCP73871, der gibt der Stromversorgung der Last Vorrang und benutzt den
Rest des verfügbaren Stroms zur Akkuladung:
Danke für den Tipp. Es muss natürlich kein TP4056 sein, wenn es ein anderes Bauteil gibt, welches besser geeignet ist, verwende ich das gerne. Ich werde mir den MCP73871 gleich anschauen.
MCP73871, der gibt der Stromversorgung der Last Vorrang und benutzt den
Rest des verfügbaren Stroms zur Akkuladung
Das ist vergeblicher Hokuspokus. Es gilt immer noch die 1. Kirchhoffsche Regel; die Summe der in einem Knotenpunkt zufließenden Ströme ist gleich der Summe der abfließenden Ströme.
Akku, Ladegerät und Verbraucher hängen alle an einem Punkt zusammen. Wenn der Verbraucher weniger Strom zieht als der Lader liefert, dann wird der Akku trotzdem geladen. Dauert halt länger wegen geringerem Strom. Wenn der Veraucher mehr Strom ziehen sollte als der Lader liefert, dann wird der Akku halt trotzdem entladen, nur langsamer.
Wegen des CC/CV Ladeprinzips wird sich im ersten Fall ein Gleichgewichtszustand in der CV Phase einstellen. Es sei denn der Verbraucher zieht so wenig Strom, daß der Lader vorher abgeschaltet hat.
Das Problem: Der TP4056 ist nicht für gleichzeitigen Betrieb und Laden
ausgelegt. Im Standardaufbau ist der Betrieb des Geräts während des
Ladens nicht zuverlässig.
Diese Aussage ist hausgemachter Blödsinn von dir!
Es kommt wie immer drauf an. Wenn z.B. (aus welchem Grund auch immer, z.B. zur Akkuschonung, oder weil der Laststrom außergewöhnlich groß ist) der gewünschte Ladestrom kleiner als der Laststrom ist, dann hat man mit dem TP4056 Pech gehabt.
MCP73871, der gibt der Stromversorgung der Last Vorrang und benutzt den
Rest des verfügbaren Stroms zur Akkuladung
Das ist vergeblicher Hokuspokus. Es gilt immer noch die 1. Kirchhoffsche
Regel; die Summe der in einem Knotenpunkt zufließenden Ströme ist gleich
der Summe der abfließenden Ströme.
Akku, Ladegerät und Verbraucher hängen alle an einem Punkt zusammen.
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