SHDN-Funktion von Step-Up Regler als Tiefentladungsschutz nutzen

[The SphereX]

Hi Leute !!!

Ich würde gern die SHDN-Funktion des "Pololu 3.3V Step-Up Spannungsreglers" nutzen, um die NiMH Akkus (3 x AAA, 1100 mAh, parallel), die meine
Schaltung speisen, vor Tiefentladung zu schützen.

Wenn ich von einer möglichst nicht zu unterschreitenden Entladeschlussspannung von 1,0 V ausgehe, müßte für ein automatisches Abschalten des Reglers in diesem Fall laut Herstellerangabe an SHDN eine Spannung < 0,2 V anliegen.

Wie bekomme ich das jetzt am effizientesten hin, also möglichst ohne die Schaltung um weitere energieverbrauchende Komponenten erweitern zu müssen? Spannungsteiler ... ???

Grüße,
The SphereX

 

[Hubert.G]

Spannungsteiler alleine wird nicht genügen. Nach dem Abschalten steigt die Akkuspannung wieder etwas und der Regler startet wieder usw.
Es wird also ein OP mit entsprechender Hysterese notwendig sein.

 

[The SphereX]

" ... Nach dem Abschalten steigt die Akkuspannung wieder etwas und der Regler startet wieder usw. ... "

Hmmm, stimmt. Das hatte ich ganz vergessen. Aber der Hersteller gibt ja folgendes an:

For 0.8 V ≤ VIN ≤ 1.5 V, SHDN voltage must be below 0.2×VIN to disable the regulator and above 0.8×VIN to enable it.

Wenn ich also einen Spannungsteiler hätte, der mir immer eine Spannung von ungefähr "VIN - 0,8 V" an SHDN erzeugt, so daß ich bei 1,0 V Entladeschlußspannung eben bei den geforderten 0,2 V liege, würde ich, selbst wenn die Akkuspannung wieder auf z. B. 1,2 V ansteigen würde, immer noch nicht die 0,8 x VIN erreichen, die den Regler dann wieder anschalten. Demnach müßte es nach meinem Verständnis also schon mit einem einfachen Spannungsteiler getan sein ?

Grüße,
The SphereX

 

[gp177]

Hallo,

sorry, das wird so nicht funktionieren, die Schaltschwelle des Eingangs "gleitet" mit der Eingangsspannung 0,2 x Vin wie soll hier mit einem einfachen Spannungsteiler ein zuverlässiges Schaltverhalten erreicht werden?
Ein weiteres Problem wäre das Starten des Reglers (0,8 x Vin), wird mit dem Spannungsteiler auch nicht realisierbar sein. Die Angaben 0,2 x Vin bzw. 0,8 x Vin sind nicht als Referenz o.ä. zu sehen sondern ähnliche Angaben wie z.B. TTL-Pegel - bedeutet im Klartext, um den Regler sicher abzuschaltet, muß die Eingangsspannung an diesem Pin <= 0,2 x Vin sein // um den Regler zu starten muß die Spannung >= 0,8 x Vin sein, alles andere ist undefiniert.

Gruß
- gp177 -

 

[Hubert.G]

Ich bin bei meiner Anwort von einer fixen SHDN-Spannung ausgegangen. Es funktioniert aber mit der unterschiedlichen On-Off-Spannung auch nicht.
Nachdem die Ladeschlussspannung bei dir 3V ist, wird diese Zeile zum tragen kommen:
For VIN > 1.5 V, SHDN voltage must be below 0.4 V to disable the regulator and above 1.2 V to enable it.
Um sicher abzuschalten müsste der Spannungsteiler etwa 7:1 sein.
Zum Einschalten wäre dann aber eine Eingangsspannung von 9,6V notwendig.
Also ohne zusätzliche Beschaltung wird es nicht funktionieren.

 

[The SphereX]

Oh Mann, da hatte ich ja wirklich einen ziemlichen Denkfehler in meinen Überlegungen . Demnach bräuchte ich also sowas wie einen sich automatisch anpassenden Spannungsteiler, der sowohl die 0,8 x VIN beim Einlegen neu aufgeladener Akkus, also auch die 0,2 x VEntladeschluß liefert. Und das Ganze dann noch bei möglichst null zusätzlichem Stromverbrauch. Das übersteigt aber leider meine Fähigkeiten, so daß ich die SHDN-Funktion des Reglers wohl nicht nutzen kann . Schade eigentlich, denn ich hatte mir extra die Version mit SHDN gekauft. Dann hätte es wohl auch die ohne getan .

Vielleicht könnt Ihr mir ja aber doch noch etwas auf die Sprünge helfen?!

Grüße,
The SphereX

 

[gp177]

Hallo,

so ganz falsch ist die Überlegung, einen Regler mit Steuereingang zu nehmen sicher nicht.
Für eine sinnvolle Nutzung dieses Eingangs brauchst du einen Komparator und ggf. noch eine Referenzspannungsquelle.
Ein Komparator ist ja nichts weiter als ein Differenzverstärker mit theoretisch unendlich hoher Verstärkung, d.h. die Batteriespannung wird mit einer Referenzspannung verglichen.
Sinnvollerweise sollte hier ein Komparator mit Hysterese verwendet werden, um ein Wiedereinschalten des Reglers zu verhindern, da ja die Batteriespannung bei abgeschalteter Last wieder steigt.
Ganz ohne zusätzlichen Stromverbrauch geht es sicher nicht, aber es gibt Lösungen die deiner Anforderung recht nahe kommern z.B.

http://www.reichelt.de/MCP-65R41T-1...9803&artnr=MCP+65R41T-1202E&SEARCH=komparator

- gp177 -

 

[The SphereX]

Das Problem, welches sich mit dem Vorschalten eines Komparators oder z. B. auch eines ICL7665 ergibt, ist, daß allein schon die minimale Versorgungsspannung dieser Bauteile die bei meiner Anwendung maximal zur Verfügung stehende Ausgangsspannung der Akkus (3 x AAA, parallel, 1,2 V) übersteigt. Der ICL7665 z. B. funktioniert ja erst ab 1,6 V, der MCP65R41T ab 1,8 V.

Demnach sieht's mit diesem Lösungsansatz wohl eher schlecht aus .

Grüße,
The SphereX

 

[TommyB]

Du hast ja im laufendem Betrieb 3,3V hinter dem Wandler. Du könntest doch rein theoretisch die Akkuspannung mit einem AVR messen und das Signal dementsprechend damit steuern. Klar, der AVR würde sich dann seine eigene Spannung klauen. Einerseits gut weil denn hat man das Hysterese Problem nicht, andererseits blöd weil von alleine geht der nicht wieder an. Da würde denn ein Taster reichen oder ein Signal vom Ladegerät. Nur so als Idee

 

[gp177]

Sorry,

war wohl etwas missverständlich, sollte nur als Beispiel für einen stromsparenden Komparator dienen ...
Wenn ich das alles so recht überblicke werden hier aus 1,2 -1,5 V mit einen Step-Up-Regler 3,3 V gemacht. richtig ?
Da fällt mir ein, als ich letztens bei SEGOR war hab ich einen universal-Schaltregler gesehen (Step-Up/Down), dem ist die Eingangsspannung in weiten Grenzen egal, die Ausgangsspannung ist einstellbar.
Hier wäre natürlich eine Reihenschaltung der Akkus sinnvoller, da ist die Auswertung der Spannung auch deutlich einfacher.
Eine Parallelschaltung ist ohnehin problematisch - Ausgleichströme !

Gruß
- gp177 -

 

[dino03]

Hallo zusammen,

leider steht da nirgends warum die 3 Zellen nun parallel und nicht in Reihe geschaltet sind.

In Reihe hat man mehrere Vorteile ...
- Schaltung bekommt mehr Spannung und man kann dadurch mehr Bauteiltypen verwenden
- Es gibt wegen weniger Strom kleinere Verluste.

Hat aber auch Nachteile da sich dadurch die Ladung auf die Zellen ungleichmäßig verteilen kann.

Eventuell gibt es ja ICs für EnergyHarvesting die das Problem lösen können. Die gehen meißt bis 0,8V und weiter runter.

Gruß
Dino

 

[The SphereX]

@ TommyB

" ... Du könntest doch rein theoretisch die Akkuspannung mit einem AVR messen und das Signal dementsprechend damit steuern. ... "

Darüber hatte ich auch schon nachgedacht, zumal in meiner Schaltung sowieso ein ATTiny45 läuft. Nur leider sind da kein Anschlüsse mehr frei .

@ gp177

" ... Wenn ich das alles so recht überblicke werden hier aus 1,2 -1,5 V mit einen Step-Up-Regler 3,3 V gemacht. richtig ? ... "

So isses ...

@ Dino

" ... leider steht da nirgends warum die 3 Zellen nun parallel und nicht in Reihe geschaltet sind. ... "

Dann reiche ich das mal noch schnell nach. Ist aber eigentlich ganz trivial: Kapazitätserhöhung bzw. Laufzeitverlängerung. Meine LED-Anwendung (Schaltung), die für einen Fünfstundenbetrieb pro Tag gedacht ist, läuft mit den parallel geschalteten Akkus halt wesentlich länger, nämlich so ca. 14 Tage bei gleichbleibender Leuchtstärke bis die Akkus richtig "leer gesaugt" sind . Das ist eigentlich schon der ganze Hintergrund. Und weil die Schaltung nicht mit 1,2 V läuft, kommt der Step-Up Regler zum Einsatz. Den gab's dann halt mit und ohne SHDN-Funktion. Und weil ich (fälschlicherweise?) davon ausgegangen bin, daß diese relativ einfach zu nutzen sein müßte, habe ich natürlich die SHDN-Variante bestellt.

Grüße,
The SphereX

 

[dino03]

Hi,

@ Dino

" ... leider steht da nirgends warum die 3 Zellen nun parallel und nicht in Reihe geschaltet sind. ... "

Dann reiche ich das mal noch schnell nach. Ist aber eigentlich ganz trivial: Kapazitätserhöhung bzw. Laufzeitverlängerung. Meine LED-Anwendung (Schaltung), die für einen Fünfstundenbetrieb pro Tag gedacht ist, läuft mit den parallel geschalteten Akkus halt wesentlich länger, nämlich so ca. 14 Tage bei gleichbleibender Leuchtstärke bis die Akkus richtig "leer gesaugt" sind . Das ist eigentlich schon der ganze Hintergrund. Und weil die Schaltung nicht mit 1,2 V läuft, kommt der Step-Up Regler zum Einsatz. Den gab's dann halt mit und ohne SHDN-Funktion. Und weil ich (fälschlicherweise?) davon ausgegangen bin, daß diese relativ einfach zu nutzen sein müßte, habe ich natürlich die SHDN-Variante bestellt.

du kannst eine Kapazitätserhöhung aber auch mit einer Reihenschaltung machen.

Bei einer Solaranlage sind auch alle Zellen in Reihe geschaltet um dünnere Leitungen verwenden zu können und durch geringere Ströme weniger Verlust in der Elektronik zu haben. An einer Diode fällt abhängig vom Strom eine gewisse Spannung ab. Man kann die Leistung/Kapazität mit 12V/1A haben und auch mit 1,2V/10A. Nur das man im ersten Fall weniger Verlust an den Bauteilen hat.

Wenn du die Möglichkeit hättest deine LED-Anwendung auf 3,6V umzustricken, dann könntest du mehrere Fliegen mit einer Klappe schlagen

Gruß
Dino

 

[The SphereX]

" ... du kannst eine Kapazitätserhöhung aber auch mit einer Reihenschaltung machen. ... Wenn du die Möglichkeit hättest deine LED-Anwendung auf 3,6V umzustricken ... "

Na das klingt ja mal richtig interessant! An der Schaltung bräuchte ich dafür eigentlich auch gar nichts ändern, denn genau genommen lief diese zuerst ja mit den Akkus in Reihe. Dann war ich mit der Laufzeit unzufrieden und habe daraufhin die Akkus parallelgeschaltet. Ich sehe da zwar jetzt (noch?) keine wirklichen Nachteile in der Praxis, denn meine Anwendung läuft wie gesagt sehr zufriedenstellende 70 Stunden, und den Akkus geht's auch gut , aber ich bin natürlich trotzdem sehr daran interessiert zu erfahren, wie ich auch per Reihenschaltung auf die besagten 70 Stunden bei durchgehend gleicher LED-Leuchtkraft kommen kann.

Grüße,
The SphereX

 

[dino03]

Na das klingt ja mal richtig interessant! An der Schaltung bräuchte ich dafür eigentlich auch gar nichts ändern, denn genau genommen lief diese zuerst ja mit den Akkus in Reihe. Dann war ich mit der Laufzeit unzufrieden und habe daraufhin die Akkus parallelgeschaltet.

Wie ist denn die ehemalige Schaltung aufgebaut? War da ein Schaltwandler als Stromquelle in Verwendung?

Du sagst ja das die Schaltung 3,3V benötigt die du mit nem StepUp-Wandler aus den 1,2V erzeugst.
Eventuell hat die Schaltung die Spannung über 3,3V einfach nur sinnlos verbrannt.
Müßte man sich mal das Gesamtbild ansehen.

Gruß
Dino

 

[TommyB]

Es gibt ja nicht nur Step-Up Schaltwandler sondern auch Step-Down
Wenn du die Energie wie Dino schon sagte einfach "verbrennst", beispielsweise an nem 7805, denn ist klar dass die Akkus nicht so lange halten. Prinzipiell würde ich auch eine Reihenschaltung vorziehen. Bei NiCD/NiMH Akkus weiß ich es jetzt nicht so genau, aber bei LiIO/LiPO Akkus kann der Schuss extrem nach hinten los gehen, im wahrsten Sinne des Wortes. Also wenn die Akkus ungleich geladen sind oder allein schon wenn es verschiedene sind... Kann gefährlich werden.

Gibt ja sogar zig fertige Module fertig aufgebaut für diese Spannungen

 

[The SphereX]

" ... Wie ist denn die ehemalige Schaltung aufgebaut? War da ein Schaltwandler als Stromquelle in Verwendung? ... "

Nein, nichts dergleichen. Ist ja auch absolut nichts Besonderes. Einfach ein ATTiny45 mit Uhrenquarz, der eine orangene LED per PWM wie eine Kerze flackern läßt. Das Ganze steckt in einer bzw. beleuchtet eine Schneemannfigur von innen. Dazu ist dann noch ein Lichtsensor integriert (LDR + Spannungsteiler an ADC). Der tägliche Ablauf sieht dann folgendermaßen aus:

> 16:30 Uhr: Der Tiny beginnt mit der Messung der Umgebungshelligkeit im 15 Sekundentakt. Ist der eingestellte Wert erreicht (aktuell so gegen 18:00 Uhr, im Dezember z. B. natürlich schon früher), wird die LED eingeschaltet.
> 22:00 Uhr: LED wird ausgeschaltet.

Viel mehr ist es nicht. Die 3,3 V sind also auch kein Muß, da diese weder vom µC, noch von der LED zwingend benötigt werden. Der Tiny funktioniert sogar noch bei 2 V, und die LED hat einen entsprechenden Vorwiderstand. An diesem wird wohl in der Tat "Energie verbraten", allerdings bestimmt nicht so viel, daß es ins Gewicht fällt. Und wenn, dann passiert das ja sowohl bei der Reihen-, als auch Parallelschaltung.

Was die gewisse Brisanz von parallel geschalteten Akkus oder auch Batterien angeht, so habe ich darüber natürlich auch schon einiges gelesen. Aber "Versuch macht klug" , und dementsprechend habe ich's einfach mal probiert. Und bis jetzt funktioniert's auch einwandfrei, ohne das mir die Akkus um die Ohren geflogen sind .

Grüße,
The SphereX

 

[gp177]

Hallo,

auch hier zeigt sich mal wieder, je mehr Infos man hat, umso zielgerichteter können die Antworten sein.

Bei dieser Anwendung würde ich die Akkus in Reihe schalten und auf den Step-Up-Regler verzichten.
Wenn du noch einen ADC-Eingang frei hast, kann der Attiny die Spannung überwachen und bei zu geringer Spannung die LED nicht mehr ansteuern, der Attiny wird nich unbedingt zur Tiefentladung der Akkus führen.
Als Optimierung würden mir spontan 2 Dinge einfallen:
1. bei fast leerem Akku könnte der Attiny die LED blnken lassen um auf sein Problem aufmerksam zu machen
2. um Energie zu sparen könnte man anstelle des Vorwiderstandes der LED eine LC-Kombination verwenden (so wie es bei Step-Down-Reglern gemacht wird), der Takt wird ja schon von der PWM erzeugt, jetzt könnte man eine Art Ladungspumpe zwischen Attiny und LED schalten - aber Achtung! max. Strombelastung des Attiny-Ausgangs beachten. - Nur so als theoretische Überlegung - Aufwand / Nutzen
Ist sicher nicht ganz trivial, (Dimensionierung Speicherdrossel, Kondensator, schnelle Dioden etc.) für jemanden, der sich mit Schaltreglern auskennt sicher kein Problem, ansonsten ein tolles Übungsbeispiel.

- gp177 -

 

[The SphereX]

Hi Leute !!!

" ... auch hier zeigt sich mal wieder, je mehr Infos man hat, umso zielgerichteter können die Antworten sein. ... "

Naja, das ist irgendwie immer so eine Art Gradwanderung zwischen "Euch mit zu viel unnötigen Infos zu bombardieren" auf der einen Seite, und evtl. doch wichtige Details zu "unterschlagen" auf der anderen. Bei meinem eigentlichen Thema "SHDN-Funktion von Step-Up Regler als Tiefentladungsschutz nutzen" dachte ich, daß die genaueren Infos zu meiner Anwendung nicht notwendig sind. Da wußte ich natürlich noch nicht, daß sich die Unterhaltung mal wieder in eine ganz andere Richtung entwickeln würde, nämlich dahingehend, daß ich mit dem Erwerb der Step-Up Regler (ja, ich habe mehrere bestellt ) wahrscheinlich doch eher eine Fehlinvestiton getätigt habe!?

" ... Wenn du noch einen ADC-Eingang frei hast, kann der Attiny die Spannung überwachen ... "

Das hatte ich ja bereits erwähnt: Leider nichts mehr frei, außer dem Reset-Pin. Den könnte ich zwar "freischalten", aber dann funktioniert die herkömmliche ISP ja nicht mehr. Ich müßte mir also folglich einen Bootloader mit Unterstützung für One-Wire-Programming installieren, den Programmer zusammenbasteln ... Und wer weiß, was dabei wieder noch alles schief geht. Deshalb wollte ich mir den Reset-Pin eigentlich frei halten.

" ... für jemanden, der sich mit Schaltreglern auskennt sicher kein Problem, ansonsten ein tolles Übungsbeispiel. ... "

Für mich würde dann wohl eher Letzteres zutreffen . Deshalb muß ich noch mal zur eigentlichen Frage zurückkommen. Dino meinte ja " ... du kannst eine Kapazitätserhöhung aber auch mit einer Reihenschaltung machen. ... ". Das hatte ich eigentlich so verstanden, daß ich die Laufzeit von 70 Stunden genauso mit einer Akku-Reihenschaltung erreichen könnte. Allerdings erschließt sich mir nach wie vor nicht, wie das gehen soll ??? Habe ich da was verpaßt in Physik?

Grüße,
The SphereX

 

[gp177]

Hallo,

mal ganz kurz zum Thema Kapazität (Ladungsmenge):

also du hast 3 Akkus mit z.B. je 2Ah und 1,2V,

ergibt pro Akku 2Ah x 1,2V = 2,4 Wh (Wattstunden)

3 Akkus parallel 3 x 2Ah x 1,2V = 7,2 Wh
3 x 2Ah = 6Ah
6 Ah x 1,2V = 7,2Wh

3 Akkus in Reihe 3 x 1,2V x 2Ah = 7,2 WH
3 x 1,2V = 3,6V
3,6V x 2Ah = 7,2 Wh


Gruß
- gp177 -