Ich möchte meinem nächsten Customboard einen Lipo verpassen, den man per USB laden kann, während aber gleichzeitig das Gerät in Betrieb bleibt.
Ich tue mich immer noch etwas schwer mit dem Gebrauch von P-Chanel Mosfets und eine LiPo Ladeschaltung habe ich auch noch nie gemacht. Deshalb die Frage an euch, ob das so funktionieren könnte.
Die Idee ist, dass bei eingestecktem USB der Fet den Weg vom Pluspol der Batterie zum Rest der Schaltung sperrt und diese dann über den USB versorgt wird, während die Batterie sich gemütlich über den MCP wieder vollsaugt. Wird der USB Stecker abgezogen, schaltet der MCP automatisch auf Ruhemodus, der Fet entspannt sich dank Pulldown wieder und der LiPo entleert sich in die Schaltung.
Oder abgucken indem du dir die Schaltung vom Arduino Board selbst anschaust.
Hier wird auch zwischen USB und Netzteil unterschieden und umgeschalten.
Kann als Grundlage für was eigenes dienen.
Danke für den Hinweis!
Deren IC hat separate Ausgänge, um das System zu versorgen und die Batterie getrennt davon zu laden. Sieht auch sehr interessant aus! Auch der andere IC, der den Ladestand ermittelt klingt interessant!
Die Platine sollte möglichst kompakt werden, deshalb möchte ich keine Breakoutboards draufpacken. Sollte ja nicht so ein Problem sein, das selbst zu machen. Ladestrom muss nicht maximal sein und der Rest mit preconditioning, tickle charge und diesen Tricks regelt so ein IC ja von allein
Hmm, der IC des Sparkfun Boards gibts nur in diesen doofen QFN Gehäusen. Die kann ich nicht löten (Deadbug will ich bei diesem Projekt nicht, Serenifly ). Was Vergleichbares in schlauem Gehäuse finde ich nicht. Vielleicht kann ja doch jemand die Funktionsfähigkeit meiner Mosfetschaltung bestätigen oder Änderungsvorschläge anbringen
Mit vergleichbar meinte ich einen, der zwei Ausgänge hat. Einen Ausgang für die Versorgung der Schaltung und einen separaten Ausgang für das Laden des LiPo, was meine Konstruktion mit dem Fet erübrigen würde.
Den in meiner Skizze verwendete (MCP73833) kann ich ohne Probleme löten und der gefällt mir ansonsten auch ganz gut. Der von dir verlinkte scheint auf den ersten Blick ungefähr gleich zu funktionieren.
Was LiPo garnicht vertragen: mehr als 4,2V bzw die für den jeweiligen typ zulässige Höchstspannung. Gibt ja einige Lithium-Typen, der handelsübliche LiPo hat aber die 4,2V Schlussspannung.
Laden MUSS man mit Konstantstrom bis die 4,1V erreicht werden und dann auf maximal 4,2V hoch.
NiMH verbraten beim Überladen einfach die Power in Wärme. Lipo fangen an zu brennen. Und Wasser löscht nicht, es sorgt für bessere Verbrennung. Löschen geht nur mit Sand oder nicht brennbarem das Wärme wegnimmt.
Aus 5V einfach mittels FET drauf halten wird ziemlich sicher schief gehen. Bastel dir einfach eine Konstantstromquelle und nimm dir aus USB 100mA Ladestrom. Überwache die Spannung per Controller mit und sobald eine Obergrenze erreicht wird, sagen wir 4V, schaltest du ab. Hysterese würde ich bei einem 3,7V Lipo bei 3,7V setzen. Randvoll und Bodenleer ist der Verschleiss beim LiPo am größten. Dazwischen immer mal nachladen ist hingegen besonders gut für seine Lebensdauer.
Die Schaltung wird mit einem weiteren FET zur Spannungsquelle, wenn USB wegfällt. Benötigt also einen 2. FET der vom der USB-spannung versorgt wird und abgeschaltet wird. Reverse Funktioniert. Es muss sicher gestellt sein, das + Akku und + USB nie gleichzeitig am Controller anliegen.
Ich denke die dazugehörige Schaltung kannst dir selbst basteln. LiPo nur bis 90% laden und nachladen erst bei 70%. Das schont den Akku ungemein. Hier unterscheidet er sich grundlegend von NiMH oder NC Akkus. 5x 20% enladen und nachladen = 1 Zyklus des Akkus. Wenn er 1000 Zyklen hält hält er 5000x dieses 20% Laden durch. Aber einmal über 4,2V und du hast Lithium innen so umgewandelt das es nicht mehr zur Verfügung steht.
Vielen Dank für deine ausführliche Antwort. Ich verstehe jedoch nicht alles.
chefin:
Lipo Laden ist nicht ganz ohne.
Was LiPo garnicht vertragen: mehr als 4,2V bzw die für den jeweiligen typ zulässige Höchstspannung. Gibt ja einige Lithium-Typen, der handelsübliche LiPo hat aber die 4,2V Schlussspannung.
Laden MUSS man mit Konstantstrom bis die 4,1V erreicht werden und dann auf maximal 4,2V hoch.
Deswegen habe ich ja den MCP eingebaut. Der regelt das alles von selbst, inklusive preconditioning, tickle charge, constant current, constant voltage und termination.
Aus 5V einfach mittels FET drauf halten wird ziemlich sicher schief gehen.
Das war auch nie mein Plan und findet auf meinem Schaltplan doch auch gar nicht statt?
Randvoll und Bodenleer ist der Verschleiss beim LiPo am größten. Dazwischen immer mal nachladen ist hingegen besonders gut für seine Lebensdauer.
Hierbei sehe ich noch ein Problem an meiner Schaltung. Wenn man nach einem Spannungswert googlet, bei dem man aufhören sollte, den LiPo zu entladen findet man sehr unterschiedliche Werte und dann noch mehrheitlich aus dem Modellflugbereich, wo die Akkus in der Regel mit mehreren Ampere belastet werden. Ich hingegen will ja maximal 500mA saugen. Sparkfun stoppt bei diesem Board bei 2.6V. Ich frage mich also, ob das Problem gelöst ist, wenn man einen Regulator sucht, der bei einer Inputspannung von weniger als 2.6V abschaltet. Dieses Problem würde der IC mit zwei getrennten Ausgängen eben von selbst lösen. (Ich probiere jetzt einfach mal QFN zu löten )
Die Schaltung wird mit einem weiteren FET zur Spannungsquelle, wenn USB wegfällt. Benötigt also einen 2. FET der vom der USB-spannung versorgt wird und abgeschaltet wird. Reverse Funktioniert. Es muss sicher gestellt sein, das + Akku und + USB nie gleichzeitig am Controller anliegen.
Diesen Teil verstehe ich nicht. In meiner Schaltung ist doch USB und Lipo auch nie gleichzeitig an der gleichen Leitung dank FET und Diode. Wenn USB wegfällt, wird T3 dank R10 leitend und schaltet den Lipo durch. Wenn USB dran, sperrt T3 und die Versorgung läuft über die Diode. Wo dann den zweiten FET hin?
Ok, war mein Fehler, den Schaltplan nur grob zu überfliegen und dabei Dinge zu erwähnen die du schon gelöst hast.
Untergrenzspannung solltest die Herstellerinfo ran ziehen. Ist die nicht greifbar, nimm 3,4V Untergrenze. Das ist weit von einer Verschleissgrenze entfernt, hat aber schon ca 90% der möglichen Leistung rausgezogen. Wieviel genau ist nur im Datenblatt des Herstellers gut rauszulesen.
Hier spielt der Aufbau der Kontaktierung, der Elektroden usw eine Rolle. Es gibt Akkus die Extrem Hochstromfähig sind, verschleissen dann schneller, aber haben auch höhere Spannungungen am Ende der Kapazität.
Willst du das letzte rauskitzeln, musst du natürlich das Herstellerdatenblatt nutzen. Gehts drum, grob zu entladen und mehr auf Haltbarkeit als auf auspressen zu setzen, mach früher schluss. 2,6V ist die Grenze an der irreparable Schäden auftreten. Ich würde jedenfalls nicht unter 3,4V gehen, solange es nicht unbedingt muss.
Hey! Vielen Dank! Nach einer solchen Entladekurve habe ich schon länger gesucht, aber nur solche mit viel grösseren Belastungen gefunden, da war die Spannung auch sofort deutlich unter 3.3V
Mir gehts eher ums grobe Entladen und Haltbarkeit, also werde ich mich wohl an den von dir vorgeschlagenen 3.4V orientieren. Nun stellt sich die Frage, wie ich das Entladen unterbrechen kann, wenn diese Spannung erreicht ist.
Ich habe diesen LDO Spannungsregler gefunden, der mir fixe 3.3V ausgibt und zwischen 50mV und 75mV Dropoutspannung abzieht. Dem einen Diagramm entnehme ich aber, dass bei Unterspannung am Eingang der IC nicht sauber abschaltet sondern die Spannung einfach auf irgendwas über 2V abfällt. Ich denke daher, dass dies noch nicht reicht.
Würde es aber allenfalls schon reichen eine Zener-Diode vom Batterie Pluspol an den Enable (active high mit Pulldown) anzuschliessen? Somit würde doch die Diode bei Unterschreiten der 3.4V sperren und der Pulldown schaltet den Spannungsregler ab.
Oder müsste ich eine Komparatorschaltung mit einem Operationsverstärker aufbauen, die Reglerausgang mit der Batteriespannung vergleicht? Oder gibts noch eine andere Lösung? Obwohl, die Zenerdiode schon angenehm simpel wäre
Zehnerdioden verbrauchen relativ viel Strom. Die Messschaltung versorgt sich ja aus dem Akku.
Würde hier persönlich eher ein Relais benutzen zum Abschalten. Reed-relais in DIL-Bauform als Öffner, sprich wenn Spannung abgeschaltet, kein Verbrauch. Und dann eine Schaltung aufbauen, die einen transistor triggert, der an einem möglichst hochohmigen Spannungsteiler sitzt. Etwas in der Art 100-500KOhm Durchlasswiderstand gesamt, entsprechend aufteilen, so das bei 3,4V der FET zumacht und das Reedrelais abschaltet.
Wobei ein FET ja auch sehr Hoch und Niederohmig wird und Hochohmig kaum noch etwas verbraucht. In jedemfalls musst du den Stromverbrauch klein halten, weil der Akku wird mit diesem Stromverbrauch belastet auch nach dem abschalten.
Hab nun auch Feierabend, ich lass mir das heute abend nochmal durch den Kopf gehen. Fällt dir selbst nichts passendes dazu ein, können wir morgen nochmal drüber Hirnen.
Okay, hier noch die Schaltpläne zu meinen Vorschlägen:
#1 - Zenerdiode: Solange die Spannung am in-Pin 3.4 oder mehr ist, leitet sie, wodurch CE auf HIGH ist und der LDO eingeschaltet. Sobald die Spannung unter 3.4 sinkt, sperrt sie und der Pulldown zieht CE auf 0 und der LDO schaltet ab. Über einen Stromverbrauch der Diode habe ich nichts finden können, aber über den Widerstand können bei 3.3V/10k = 0.33mA fliessen (?) In den Pin sollte ja eigentlich nichts fliessen oder?
#2 - OpAmp Komparator: Der OP Amp vergleicht Batteriespannung mit der Ausgangsspannung am Regler. Sobald die Batteriespannung unter die 3.3V fällt, schaltet der Ausgang des OpAmp auf 0V, was den Regler abschaltet. Der OpAmp ist dann zwar auch vom Strom, aber der Pulldown hält CE auf 0, bis wieder der USB angeschlossen wird, der CE wieder auf 1 zieht, den LDO einschaltet, welcher wiederum den OpAmp versorgt, der seinerseits sofort wieder seinen Ausgang auf 1 schaltet, da die Spannung am Batterie+Pol durch den LadeIC auf 4.2V steht. R16 habe ich eingebaut, weil ich irgendwie Angst vor einem Kurzschluss hatte, falls der OpAmp etwas länger braucht, um seinen Ausgang wieder auf die 3.3V zu ziehen. Könnte allenfalls auch durch eine Diode ersetzt werden, CE erkennt alles über 1.3V als High Pegel.
Ich bevorzuge nach wie vor #1, da weniger abgefreakt und wohl auch platzsparender auf dem Board. So oder so ist noch ein manueller Schiebeschalter geplant, der eh alles vom Strom nimmt.
Deinen Vorschlag mit Relais muss ich mir erst nochmals richtig durch den Kopf gehen lassen. Schnalle das nicht gerade auf Anhieb
Für deine hilfreichen Kommentare bisher und deine angekündigte weitere Hilfsbereitschaft (während der Arbeitszeit ) lasse ich trotzdem schonmal einen Karmapunkt srpingen
Relays sind gegenüber Transistoren einfacher zu handhaben. Ein relais hat ein Sprung verhalten. An oder aus, dazwischen gibt es nichts. Transistoren haben am Umschaltpunkt eher ein langsames abschalten. Ein Sprungverhalten muss man durch äussere Beschaltung hinzufügen (Pulldown-Widerstand zb.).
Der Diodenstrom entspricht dem Widerstandsstrom, weil Diode wird zum quasi-Kurzschluss ab ihrer Durchbruchsspannung. also Null Ohm Widerstand. 0,33mA sind aber viel. Je nach Größe des Akkus und der zeit bis man zum Nachladen kommt.
Nehme ich mal als Beispiel: 1Ah Akku. Abschalten bei 100mAh Restkapazität. 0,33mA Strom bedeutet das 8mAh am Tag verloren gehen. Der Akku wird nach 14 Tagen in der Tiefentladung stecken. Wie schaut es dann aus?
Proffessionelle Chips fürs Controlling verbrauchen im Bereich einstelligem µA. Mit sagen wir 9µA habe ich über 1 Jahr (460 Tage) um 100mAh leer zu saugen. Du musst dir also diese Detailfragen selbst beantworten um daraus deine Schaltung abzuleiten. Etwas hinzubasteln das funktioniert ist eine Sache. Es so zu bauen, das es den Anforderungen entspricht, eine ganz andere.
Hier würde ich mal einen alten Telefonwechselakku aufmachen. Dort drin ist normalerweise auf dem Akku eine Plastikleiste mit 1-2 Bausteinen, die Tiefentladeschutz realisieren. Damit solltest mal rumtesten. Ich weis, das die nur wenige µA verbauchen.
chefin:
Relays sind gegenüber Transistoren einfacher zu handhaben. Ein relais hat ein Sprung verhalten. An oder aus, dazwischen gibt es nichts. Transistoren haben am Umschaltpunkt eher ein langsames abschalten. Ein Sprungverhalten muss man durch äussere Beschaltung hinzufügen (Pulldown-Widerstand zb.).
Hallo,
also entschuldige, dass ist kompletter Unsinn. Schneller umschalten wie ein Transistor bzw. generell Halbleiter kann kein Relais der Welt. Egal ob biploar oder Mosfet. Zudem prellen Relaiskontakte. Ein Pulldown oder Pullup kann man dem Mosfet locker spendieren. Das Problem mit der Induktionsspannung der Relaisspule unterschlägst du. Muß auch mindestens eine Diode herhalten. Der einzigste Vorteil eines Relais ist die komplette galvanische Trennung der Stromkreise. Mehr aber auch nicht. Nur deshalb existieren die noch. Von Kontaktabnutzung reden wir dabei noch nicht.
ja wie ich mitbekommen habe kennt sich unsere neue Chefin hervorragend bei Motoren und Spulen etc. aus. Da können wir bestimmt nochwas lernen. Keine Frage.
Noch eine Anmerkung zum Ideal 0 Ohm und unendlich (wo hast du das Zeichen her ?)
Ich wette, dass ein üblicher Mosfet (TO220) mit seinen mOhm Duchgangswiderstand besser da steht als ein Relaiskontakt. Nach paar Schaltgängen sowieso. Bei offenen Kontakt ist erstmal der Relaiskontakt vermeintlich im Vorteil. Luft als Isolator. Mehr geht halt nicht. Nur was passiert im Halbleiter? Wenn die Ladungsträger abgezogen sind, sperrt das Ding auch komplett. Zudem ohne jede Mechanik.
Ich bin eben "Halbleiter" geprägt. Habe aber nichts gegen Relais wenn es Sinn macht. Im Thread hier könnte es Sinn machen, nur die Begründung ist leider falsch. Nur deswegen habe ich meinen Kommentar abgegeben. Zudem das Relais wenn angezogen mehr Strom aus dem Akku zieht wie ein Mosfet. Auch das sollte man im Auge behalten. Wenn es um jedes mA und weniger ankommt, kommt man um Halbleiter nicht drumherum.
also entschuldige, dass ist kompletter Unsinn. Schneller umschalten wie ein Transistor bzw. generell Halbleiter kann kein Relais der Welt. Egal ob biploar oder Mosfet. Zudem prellen Relaiskontakte. Ein Pulldown oder Pullup kann man dem Mosfet locker spendieren. Das Problem mit der Induktionsspannung der Relaisspule unterschlägst du. Muß auch mindestens eine Diode herhalten. Der einzigste Vorteil eines Relais ist die komplette galvanische Trennung der Stromkreise. Mehr aber auch nicht. Nur deshalb existieren die noch. Von Kontaktabnutzung reden wir dabei noch nicht.
Du hast recht, allerdings schaltet man nicht 20mal die Sekunde um bei diesem Beispiel. Und dann ist jeder Übergangswiderstand verlustenergy aus dem Akku. Und auch der Durchgangswiderstand von MOS-FET kann kleiner sein als der eines Relais. Der Aufbau ist aber viel komplexer und störanfälliger. Solche Relais kauf ich in passender Spannung und schliesse direkt an. 12V Relais arbeiten problemlos zwischen 8 und 15V genau Binär. Auch Spannungsschwankungen muss ich nicht ausgleichen.
Ob dann das relais wirklich zum Projekt muss man sich überlegen. Aber es ist nicht einfach nur wegen einer Eigenschaft die ich nicht brauche wegzuwischen.
Ich hänge mal ein Bild eines SSR an, das mit 1A belastet wurde, ein 2,5A Typ ist aber falsch eingebaut (Wärmestau). Danach wurde Schaltverhalten geändert, Hysterese vergrößert und Relais benutzt. Relais war ausgeflogen wegen hoher Schalthäufigkeit. Ein Bauteil muss sich an allen Parametern orientieren. Immerhin hat es auch 3 Jahre gebraucht bis das SSR sich so verheizt hat, das hat gebrannt. Zum Glück sind die Kunststoffe selbstverlöschend, nach Ausschalten war die Gefahr vorbei. Die dazugehörige Heizung hat den Dauerlauf auch überstanden.
Relais sind also nicht per default untauglich. Speziell die reed-Relais in DIL-Bauform sind mit 100Hz Schaltfrequenz, 10 Millionen Schaltvorgängen definiert. Damit kannst 1000x am Tag schalten und brauchst 10.000 Tage bis es kaputt ist. Das sind 30 Jahre Dauerlauf. Natürlich nichts gegen einen Transistor, aber dafür hoch EMV-Stabil.
tut mir leid, da muß ich nochmal drauf eingehen. Der Vergleich hinkt etwas.
Das SSR wurde überlastet. Elektrisch oder thermisch, erstmal egal. Das hätte auch ein Relais nicht dauerhaft mitgemacht. Oder das SSR war der falsche Typ.
EMV oder nicht. Die Frage stellt sich gar nicht. Wenn ich Gleichspannung mit einem Mosfet niedrig getaktet schalte, wo ist dann das EMV Problem? Wenn ein Relais niedrig taktet, erzeuge ich allein durch das schalten der Spule ein getaktetes Magnetfeld. Die Induktionsspannung vernachlässigst du weiterhin. Erst wenn man höher taktet bekommt man irgendwann EMV Probleme, kommt auf die Frequenz drauf an. Nur dann kann man eh kein Relais mehr verwenden. Deshalb stellt sich in meinen Augen die Frage erst gar nicht.
Für den Thread, hatte es schon erwähnt, muß die Induktionsspannung der Relaisspule noch durch eine Diode abgebaut werden und es muß der Spulenstrom berücksichtigt werden für den Akkuverbrauch. Wenn das alles okay ist könnt ihr meinetwegen gern ein Relais verwenden.
Also so ein richtiges mechanisches Relais ist mir viel zu gross und klobig. Hatte beim begriff SSR im Kopf, dass es sowas auch im DIL Gehäuse gäbe, was schon gross ist, aber da hab ichs wohl mit Photorelays verwechselt. Und das sind im Grunde ja auch wieder nur FETs neben einer LED.
Vielleicht muss ich erklären, dass das ganze zur Versorgung eines handlichen Apparates dienen soll, quasi einer Art Universalfernbedienung. Ich nenne es salopp InputDings 2.0 und es soll das Teil auf den Bildern im Anhang ersetzen. Daher handlich, klein, wenig Leistung zu schalten.
Das Problem mit der Z-Diode hab ich noch nicht ganz gerafft. Der Strom fliesst ja dort nur, solange sowieso alles läuft, da sind mir 0.3mA mehr oder weniger egal (allenfalls könnte man gar den Pulldown auf 100k vergrössern). Wenn die Akkuspannung absackt, sperrt ja die Diode und es sollte dann ja eben kein Strom mehr fliessen. Oder nicht? Höchstens aus dem CE Pin durch den Pulldown, jedoch wird dieser Strom im Datenblatt mit maximall 0.1uA beziffert. Dann dauert das auch schon 3'000 mal länger, bis das Ding im roten Bereich dreht. Und wenn ichs bis dahin nicht geschafft habe, den Schiebeschalter zu betätigen oder es wieder aufzuladen, habe ich es nicht anders verdient!
ps:
hmmm... kann den Artikel nicht mehr finden, den ich einst gelesen hatte. Da war sehr ausführlich über mehrere Seiten alles mögliche über Lipos beschrieben. Unter anderem erinnere ich mich, dass erwähnt wurde, dass es "nackte" Zellen gäbe, mit denen nicht zu spassen ist, und solche, die bereits eine kleine Platine enthalten, die eine gewisse Grundschutzfunktion erfüllt (markiert durch gelbe Streifen?). Mein anvisierter Akku hat sicher eine solche Platine drin, aber ich würde gerne nochmals nachlesen, was die Platine nun genau macht. Im Datenblatt ist leider auch nicht viel zu finden. Ausser die Angabe über eine "discharge cut-off voltage" von 2.75V, aber ob der nun von selbst off-cutted oder ob das ein "du sollst dann off-cutten-Wert" ist, weiss ich nicht.
). Was Vergleichbares in schlauem Gehäuse finde ich nicht. Vielleicht kann ja doch jemand die Funktionsfähigkeit meiner Mosfetschaltung bestätigen oder Änderungsvorschläge anbringen 
