SHDN-Funktion von Step-Up Regler als Tiefentladungsschutz nutzen

[TommyB]

Das geht, aber nur mit Schaltwandlern.

Beispiel du hast 3 Akkus a 1,5V mit je 1000mAh.
Parallel geschaltet wären es also 1,5V, 3000mAh.
In Reihe geschaltet 4,5V, 1000mAh.

Was du jetzt machst ist Step-Up, also eine höhere Spannung generieren.
Du brauchst 3,3V, 100mA. Du hast 1,5V. Das ergibt eine Belastung für die Akkus von (3,3 * 0,1 / 1,5) = 220mA. Der Strom ist auf der Eingangsseite also größer als auf der Ausgangsseite.

Anders herum wäre es bei Step-Down. Du hast 4,5V, also (3,3 * 0,1 / 4,5) = 73mA.

Die Leistung die abgenommen wird ist also immer die selbe. Anders wäre es bei Linearreglern (wie die 7805 etc). Die "verbrennen" die Spannung die zu viel ist, der Strom ist Eingangs- und Ausgangsseitig der Selbe.

Step-Down ist einfach zu realisieren, wie Dino auch schon beschrieben hatte. Du "befeuerst" durch eine Spule einen Kondensator via PWM. Sprich der Akku wird (sagen wir mal) nur zu 20% der Zeit belastet. Durch die Spule schnellt die Ausgangsspannung nicht sofort auf die Batteriespannung an und der Kondensator glättet das Ganze wieder auf die erwünschte Spannung die du via PWM einstellen kannst.

Für dich irrelevant, aber Step-Down ist auch manchmal sogar besser wenn es um höhere Ströme geht, denn man hat da nicht so mit Übergangswiderständen der Batteriekontakte und Innenwiderständen der anderen Komponenten zu kämpfen. War hier glaub ich aber auch schon gefallen.


(in die Rechnungen spielt natürlich auch noch der Wirkungsgrad mit rein, den hab ich der Verständlichkeit halber weg gelassen)

 

[Hubert.G]

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 -

Dann muss man abwägen, Mehraufwand und Verluste des StepUp, dafür im weiten Bereich konstante Spannung.
Oder Spannung schwankt, je nach Entladung zwischen 4,2V und 3V, und damit schwankt auch die Helligkeit der Leds etwas.
Kommt darauf an was wichtiger ist.

 

[dino03]

Hallo,

also ich tippe mal das die kürzere Laufzeit bei SphereX wegen dem einfachen Widerstand vor der LED zustande kommt.

Wenn die Spannung etwas höher ist (3,6V oder bei vollen Akkus noch ein wenig mehr) dann verbrät der Widerstand natürlich die überschüssige Spannung.

Wenn nun der vorgeschaltete Spannungswandler nur 3,3V zur Verfügung stellt, dann muß der Widerstand natürlich weniger Spannung verbrennen und damit verbraucht die Schaltung weniger Leistung da der Schaltwandler (trotz zusätzlicher Bauteile) im gesamten einen besseren Wirkungsgrad erzeugt.

Das ist die Wurzel allen Übels warum die Schaltung bei einer Parallelschaltung mit Schaltwandler länger läuft als bei der Reihenschaltung. Und bei der Wurzel muß man nun anfassen um das Problem zu beheben.

Entweder man macht (wie der Vorschlag von gp177) mit PWM, Spule und evtl noch dem Komparator aus dem Atmel einen Schaltwandler was einiges an Bauteilen einspart und wohl das beste Ergebnis liefert (aber komplizierter bei der Software). Als Alternative kann man auch einen StepDown-Regler benutzen der aus den 3,6V des Akkus zB nur 2,8V macht (laut SphereX läuft das ja mit der Spannung auch noch). Damit würde der Vorwiderstand der LED noch weniger verbrennen. Außerdem wird man beim StepDown weniger Strom aus den Akkus ziehen was die Entladekurve evtl noch verbessern könnte. Fehlt nur noch die Abschaltung bei zu niedriger Akkuspannung.

Also ein kleiner Tiny hat 8 Pins. 2 für Vcc/GND, einer für Reset. Bleiben also 5 übrig. Hmmm ... was ist denn da alles dran? Eventuell kann man da ja noch optimieren ... Erzähl doch mal etwas mehr. Kann ja sein das man noch nen Pin freischaufeln kann.

Ist das die Tiny-Schaltung mit den 32kHz Uhrenquarz? (USBASP-Programmierfrequenz im Low-Speed-Modus?) Dann wären wegen dem Quarz noch 3 Pins frei. Was wäre dann da dran? Eine oder 2 LEDs? (gelb/rot)

Gruß
Dino

 

[The SphereX]

Hi Leute !!!

" ... Ist das die Tiny-Schaltung mit den 32kHz Uhrenquarz? ... "

Ahhh, da erinnert sich ja sogar jemand :hello:. Mittlerweile habe ich es tatsächlich hinbekommen, meinen 3-Euro-USBASP-Programmer aus Fernost mit der aktuellsten Firmware zu bestücken. Und damit kann ich jetzt endlich auch meinen 32 kHz getakteten Tiny programmieren. Also diesbezüglich läuft nun alles wie geplant .

" ... da der Schaltwandler (trotz zusätzlicher Bauteile) im gesamten einen besseren Wirkungsgrad erzeugt. ... Das ist die Wurzel allen Übels warum die Schaltung bei einer Parallelschaltung mit Schaltwandler länger läuft als bei der Reihenschaltung. ... "

Das sehe ich mittlerweile auch so. Denn wie mir gp177 ja nochmal so schön vorgerechnet hat , ist der Energiegehalt ja in jedem Fall gleich. Der Step-Up bestimmt demnach wesentlich den Wirkungsgrad. Wobei ich das gar nicht mal so übel finde, denn dafür ist er ja schließlich da, oder zumindest habe ich ihn zu diesem Zweck installiert. Dazu fiel mir dann auch noch ein, daß ich den Vergleich "Reihenschaltung vs. Parallelschaltung" nicht wirklich unter den selben Voraussetzungen durchgeführt habe. Nachdem ich mit der Laufzeit der Akkus in Reihe nicht zufrieden war, habe ich den Regler eingebaut und dann aber auch sofort auf Parallelschaltung umgestellt. Die Kombination "Schaltung + Step-Up + Akku-Reihenschaltung" hatte ich zu dem Zeitpunkt also noch gar nicht probiert. Der Test läuft aber gerade. Mal sehen, auf wieviel Stunden ich damit komme. Im Bereich von 3,3 V <= VIN <= 5,5 V fungiert der Regler nämlich sogar als Step-Down Wandler. Ich kann ihn also prinzipiell mit Spannungen zwischen 0,5 V und 5,5 V befeuern, und er macht mir immer konstante 3,3 V daraus .

" ... Dann wären wegen dem Quarz noch 3 Pins frei. Was wäre dann da dran? Eine oder 2 LEDs? (gelb/rot) ... "

Zur Beschaltung des ATTiny45:

> PIN #1 (PB5): RESET
> PIN #2 (PB3) + PIN #3 (PB4): Uhrenquarz
> PIN #4: GND
> PIN #5 (PB0): LED, orange, 2,2 V, 20 mA
> PIN #6 (PB1): Taster zur Einstellung der Uhrzeit sowie des Wochentags, Programm-Reset während des Betriebs (falls mal benötigt)
> PIN #7 (PB2): LDR zur Messung der Umgebungshelligkeit, Einschalten der LED erst ab bestimmten Helligkeitswert
> PIN #8: VCC

Wie man sieht, wäre hier nur noch PIN #1 "frei". Wenn ich den aber als I/O schalte, kann ich den Tiny ja bekanntlich nicht mehr per ISP programmieren, wo ich mir doch so viel Mühe gegeben habe, daß genau dieses auch mit meinem Programmer funktioniert . Und das Ganze auf One-Wire-Programming mit angepaßtem Bootloader umzustellen ... Naja, da steht mir momentan nicht so wirklich der Sinn danach.

Kurzum: Nix mehr frei am Tiny!

Und ganz grundsätzlich würde ich natürlich die einmal bestellten Step-Ups auch gerne nutzen. Prinzipiell machen die ja auch, wozu sie gedacht waren, nämlich die Laufzeit meiner Anwendung bei gleichbleibender LED-Leuchstärke deutlich zu erhöhen. Ich hatte im Vorfeld natürlich auch darüber nachgedacht, mir einen entsprechenden Regler selbst zu bauen. Aber abgesehen davon, daß mir dafür wohl eindeutig die nötige Erfahrung fehlt, war es mal wieder auch eine Preisfrage. Das einbaufertige SMD-Modul ist für mich in der Beschaffung einfach kostengünstiger, als die Einzelteile für einen äquivalenten Regler im Selbstbau. Das ist übrigens ein grundsätzliches Problem, bei dem ich davon ausgehe, daß es wohl viele Hobby-Bastler haben, bei denen es kein Elektronik-Fachgeschäft in der Nähe gibt. Aber das nur am Rande.

Was ich damit sagen wollte: Ich möchte die Step-Ups auf jeden Fall nutzen! Es geht eigentlich nur noch um die Akku-Überwachung, die ich halt gern mittels der SHDN-Funktion der Regler realisieren wollte.

Grüße,
The SphereX

 

[dino03]

Hi,

Hi Leute !!!

" ... Ist das die Tiny-Schaltung mit den 32kHz Uhrenquarz? ... "

Ahhh, da erinnert sich ja sogar jemand :hello:.

mit dem Gefühl "da war doch mal was" bin ich eigentlich immer recht gut

" ... Dann wären wegen dem Quarz noch 3 Pins frei. Was wäre dann da dran? Eine oder 2 LEDs? (gelb/rot) ... "

Zur Beschaltung des ATTiny45:

> PIN #1 (PB5): RESET
> PIN #2 (PB3) + PIN #3 (PB4): Uhrenquarz
> PIN #4: GND
> PIN #5 (PB0): LED, orange, 2,2 V, 20 mA
> PIN #6 (PB1): Taster zur Einstellung der Uhrzeit sowie des Wochentags, Programm-Reset während des Betriebs (falls mal benötigt)
> PIN #7 (PB2): LDR zur Messung der Umgebungshelligkeit, Einschalten der LED erst ab bestimmten Helligkeitswert
> PIN #8: VCC
...
Kurzum: Nix mehr frei am Tiny!

würde ich nicht unbedingt unterschreiben
Kommt drauf an wie der LDR und der Taster angeschlossen sind. Eventuell kann man das geschickt auf einem Pin kombinieren Wenn der LDR nach Vcc geht liegt er parallel zum PullUp oder kann als solcher verwendet werden. Dann kann man den Taster auch nach GND legen. Dafür müßte man sich die Schaltung und den Quellcode genauer ansehen. Seh ich aber so erstmal kein Hinderniss.

Und ganz grundsätzlich würde ich natürlich die einmal bestellten Step-Ups auch gerne nutzen. Prinzipiell machen die ja auch, wozu sie gedacht waren, nämlich die Laufzeit meiner Anwendung bei gleichbleibender LED-Leuchstärke deutlich zu erhöhen.
...
Was ich damit sagen wollte: Ich möchte die Step-Ups auf jeden Fall nutzen! Es geht eigentlich nur noch um die Akku-Überwachung, die ich halt gern mittels der SHDN-Funktion der Regler realisieren wollte.

Wenn das bei deinem Test mit der Reihenschaltung klappt, dann muß man nur noch nen Komparator/OPAmp mit wenig Stromverbrauch finden. Am besten mit eingebauter Referenzquelle.

Gruß
Dino

 

[The SphereX]

" ... Wenn das bei deinem Test mit der Reihenschaltung klappt, dann muß man nur noch nen Komparator/OPAmp mit wenig Stromverbrauch finden. Am besten mit eingebauter Referenzquelle. ... "

Genau so würde ich das dann machen wollen . Vorausgesetzt natürlich, der Laufzeittest mit der Reihenschaltung verläuft positiv. Aber davon gehe ich mal aus, d. h. letztlich wird's wohl kaum einen Unterschied zur Parallelschaltung geben. Der Entladestrom ist bei der Reihenschaltung zudem ja auch noch deutlich geringer. Vielleicht werden's dann ja sogar noch ein bißchen mehr als 70 Stunden. Mal schauen .... 7 Stunden sind schon mal rum .

Grüße,
The SphereX

 

[The SphereX]

Betriebsspannung als Trigger

Mein Test läuft zwar immer noch, aber ich habe mich schon mal nach Low-Current Komparatoren (mit Spannungsreferenz) umgeschaut. Da gibt's ja durchaus so einige (TLV3011, LT6703-2, MAX965/70), nur das es mit der Beschaffung leider ziemlich finster aussieht. Der TLV3011 z. B. klingt ja recht gut, würde mich aber knapp 7 € kosten (voelkner: 1,79 € + 4,95 € Versand) . Das bringt's irgendwie nicht, zumal mir noch eine andere Lösung eingefallen ist.

Ich habe festgestellt, daß in dem Moment, wo sich die Akkus im Endbereich der Entladekurve befinden, die ja dann recht zügig und steil abfällt, auch die 3,3 V VOUT des Step-Up Reglers logischerweise nicht mehr lange stabil sind. Jetzt habe ich mir folgendes gedacht und auch bereits erfolgreich getestet. Ich erweitere das Programm des Tinys dahingehend, daß dieser so ab der 68sten Betriebsstunde in regelmäßigen Abständen (z. B. einmal pro Minute) seine Betriebsspannung mißt. Also nicht die Akkuspannung, die ich ja an einen Pin, der mir leider nicht mehr zur Verfügung steht, anlegen müßte, sondern VCC, gemessen über die interne Bandgap Referenz. Sobald die Betriebsspannung nun die 3,3 V unterschreitet, schalte ich kurz PIN #6 (PB1), an dem der Taster angeschlossen ist und der jetzt zusätzlich auch mit SHDN des Reglers verbunden ist, auf Output um, und erzeuge per PWM die nötige SHDN-Spannung, damit der Regler abschaltet.

Das ist zwar sicherlich nicht die eleganteste Lösung, aber funktioniert und ich komme komplett ohne zusätzlich Beschaltung und Stromverbrauch aus.

Grüße,
The SphereX