Hallo zusammen, ich würde gerne einen mobilen Aufbau mit +-5V versorgen und überlege gerade, was dazu am sinnvollsten ist: 2x 4 AA Batterien mit 2 5V DCDC Wandlern oder LiPo/LiIonen Technik. Damit habe ich allerdings noch keine Erfahrung, insbesondere was die Ladetechnik angeht. Vorteil hier wäre das geringere Gewicht, die 8AA Batterien sind mir eigentlich zu schwer für eine Handheld-Geschichte. Könnt ihr da etwas empfehlen? Gibt es z.B: LiPo Packs die die Akkus und einen Ladechip beinhalten - sodass man prinzipiell nur noch das modul einbauen braucht? Grüße
5V ist halt etwas ungeschickt für LiIon/LiPo (die sind in 1. Näherung identisch). Spannungsbereich der LiXX-Zellen ist 3.5-4.2 V, wenn Du von einer Zelle ausgehst, damit brauchst Du für 5V einen Aufwärts-Regler. Kein Hexenwerk, wenn Du Schaltregler im Griff hast, aber Aufwand. Ansonsten 2xLi gibt 7-8.4 V, mit einem Linearregler machbar, wenn der Verlust nicht zu hoch ist, sonst auch wieder Schaltregler. LiPos gibt es zu tausenden im Modellbaubereich, schau mal bei hobbycity.com. Dort gibt es auch zig billige Ladegeräte. Im Prinzip ist selber laden auch kein Problem (und sehr viel einfacher als zuverlässig NiMH laden zu wollen), Du legst strombegrenzte 4.2 V pro Zelle an und wartest, bis der Strom auf < x mA (unkritisch, steht im Datenblatt, für kleinere Zellen z.B. 50 mA) gefallen ist. Wenn mehrere Zellen in Serie geschaltet sind, brauchst Du aber einen Balancer, der die durch unterschiedliche Zellcharakteristika verursachten Spannungsunterschiede wieder ausgleicht. Die Modellbaulader haben das aber idR, dazu der entsprechend vielpolige (z.B. 5-poligen für einenen 4s1p) Stecker, von dem Du auch gleich die Spannungen für Deine Schaltung abgreifen kannst. LiXX brauchen UNBEDINGT einen Tiefentladungsschutz. Im Modellbau ist das unüblich, hin und wieder fackelt halt mal ein Akku ab, bei LiIon verwendet man Schutzschaltungen (protection PCB), die die Zellspannungen überwachen und dann per FET (2x in Serie für beide Richtungen) abschalten. LiIon gibt es in meist leider nur mässiger Qualität als Modul z.B. für Camcorder, tonnenweise billig auch mit Ladegerät z.B. auf ebay. Akku-King hat gute Ersatzakkus ihrer Eigenmarke, evtl. auch mit Ladegerät. ... Wenn AA, würde ich überlegen ob AAA auch geht und die eneloop AAA einsetzen. Aber das gibt halt 8 Stück (falls Linearregler), und ein gutes Ladegerät brauchst Du dazu! Alles ist möglich. Aber schreib doch mal - Stromaufnahme Deiner Schaltung - besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher Messtechnik?) - Geforderte Akkulaufzeit - Sollen die Akkus wechselbar sein? - Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können? - Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus 2AA) - Budget Gruss Martin
Lieber Martin, vielen Dank schonmal für deine Antwort, dann gebe ich mal mehr infos: Martin schrieb: > Alles ist möglich. Aber schreib doch mal > - Stromaufnahme Deiner Schaltung Die schaltung soll modular sein, wird aber denke ich nie unter 100mA und nie über 500mA brauchen. Im Schnitt denke ich ca 250mA. > - besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher > Messtechnik?) empfindliche Messtechnik, du sagst es. ADC Allerdings im niederfrequenten (Hz) Bereich. > - Geforderte Akkulaufzeit alles <1h ist ok (wenn es leicht zu laden geht). <3h wünschenswert. > - Sollen die Akkus wechselbar sein? Wechselbar nur, wenn sie extern geladen werden müssen. > - Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können? Wäre schön, ist aber nur im Tradeoff zum Aufwand gewünscht. Ich will ungern viel zeit/energie ins batterymanagement stecken, schwerpunkt liegt auf der messtechnik. > - Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus > 2AA) Momentan habe ich mir DCDC Step-Down Schaltregler von Traco Power rausgesucht (TMR 0511). Irgendwie bin ich aber noch nicht ganz happy - 80% efficiency und immerhin fast 13€ schwer/stück. > - Budget <30€ wäre gut.
Alex schrieb: >> - Stromaufnahme Deiner Schaltung > Die schaltung soll modular sein, wird aber denke ich nie unter 100mA und > nie über 500mA brauchen. Im Schnitt denke ich ca 250mA. Mit 10V sind das 1-5W, im Schnitt 2.5W. Das ist schon eine ordentliche Heizung. Wärmeabfuhr hast Du im Griff? >> - besondere Anforderungen (linear geregelt wegen empfindlicher >> Messtechnik?) > > empfindliche Messtechnik, du sagst es. ADC Allerdings im > niederfrequenten (Hz) Bereich. Da könnte man noch Filtern. Schaltfrequenzen der DC/DC-Wandler dürften wohl >> 100 kHz liegen. Aber besser wäre linear geregelt. >> - Geforderte Akkulaufzeit > alles <1h ist ok (wenn es leicht zu laden geht). <3h wünschenswert. Du meinst >1h... 2.5W * 1 h sind 2.5 Wh. 3h gibt 7.5 Wh. Eine LiIonen-Zelle 18650 hat locker 10 Wh. Das ist also von der Grössenordnung her kein Problem. Eine AA hat ca. 2.4 Wh. Mit 8 Stück auch im grünen Bereich, 8 AAA gingen wohl auch noch knapp. >> - Sollen die Akkus wechselbar sein? > Wechselbar nur, wenn sie extern geladen werden müssen. >> - Sollen die Akkus im Gerät geladen werden können? > Wäre schön, ist aber nur im Tradeoff zum Aufwand gewünscht. Ich will > ungern viel zeit/energie ins batterymanagement stecken, schwerpunkt > liegt auf der messtechnik. > >> - Dein Kenntnisstand zum Thema Schaltregler (+-5V gingen auch locker aus >> 2AA) > > Momentan habe ich mir DCDC Step-Down Schaltregler von Traco Power > rausgesucht (TMR 0511). Irgendwie bin ich aber noch nicht ganz happy - > 80% efficiency und immerhin fast 13€ schwer/stück. Die Frage war eher so gemeint, ob Du selber welche designen kannst. Ich fasse das mal als Nein auf. > >> - Budget > > <30€ wäre gut. Die erste Frage wäre, wie Du zu den +-5V kommst. Direkt linear geregelt reichen 4 AAs nicht. Nennspannung für NiMH ist 1.2V und dann fehlen schon mal 0.2V. Es müssten also mindestens 5 sein, das wird langsam viel (10 Akkus insgesamt!) Bei Li-Zellen brauchst Du zwei in Serie, macht 8.4V, runter auf 5 linear ist fast 1 W Verlust, auch nicht elegant. Wenn Du schon auf der Traco-Schiene bist, nimm doch einen Wandler mit +-5V-Ausgang! ImE seuchen die Dinger aber schon etwas, nicht ideal für ADCs. Auf jeden Fall ordentlich filtern und evtl. Linearregler nachschalten (z.B. auf 4.5V, wenn das geht). Dann brauchst Du aber nur eine Batterie. Eine naheliegende Möglichkeit wäre ein 2s1p-Modellflugakku. Mit 8.4 V und 7.5 Wh kämen wir auf knapp 1 Ah, die gibt es problemlos und Du kannst sie extern mit einem RC-Lader laden. Beispiel http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9170__Turnigy_1000mAh_2S_20C_Lipo_Pack.html und http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__7637__Turnigy_balancer_Charger_2S_3S.html Allerdings hat der Akku keine Schutzelektronik. Alternativ ein Li-Ionen-Modul aus einer Kamera, sagen wir Canon. Beispiel http://www.akku-king.net/akku-kompatibel-zu-canon-bp-522-li-ion-schwarz/kamerazubehoer/akku/canon/a-5357022/ oder unzählige andere... Ladegeräte gibt es auch dort. Oder schau Deinen Schrank durch, was Du für Kameras o.ä. mit evtl. passendem Akku hast (und das Ladegerät schon rumliegt). Vorteil: Schutzelektronik ist eingebaut.
Alex schrieb: > 2x 4 AA Batterien mit 2 5V DCDC Wandlern Fällt mir grade erst auf: Warum 2x4AA an 2 DC/DC-Wandlern? Die Wandler sind galvanisch getrennt, die könntest Du primärseitig parallel schalten und mit nur einem Akku betreiben. Oder gleich einen Wandler mit +-5V, wie ich oben schon schrieb.
Hallo Martin! Martin schrieb: > Die Wandler > sind galvanisch getrennt, die könntest Du primärseitig parallel schalten > und mit nur einem Akku betreiben Da muss ich ehrlich gestehen bin ich nicht drauf gekommen - klasse! 4xAA wäre da wohl das einfachste! Wiegt akzeptabel und lässt sich einfach austauschen/laden. Martin schrieb: > Oder gleich einen Wandler mit +-5V, > wie ich oben schon schrieb da hab ich nur noch keinen schönen gefunden, der bei akzeptablem wirkungsgrad ~400mA kann. kannst du da was empfehlen? Danke für deine Hilfe! :)
Martin schrieb: > Nennspannung für NiMH ist 1.2V und dann fehlen > schon mal 0.2V noch eine Nachfrage: Soweit ich weiss haben die AA schon 1.5V - nur die AAA liegen bei 1.2V! Liege ich da falsch?
Alex schrieb: > noch eine Nachfrage: Soweit ich weiss haben die AA schon 1.5V - nur die > AAA liegen bei 1.2V! Liege ich da falsch? Die Baugrösse (AA, AAA, C, D, ...) hat keinen Einfluss auf die Zellspannung, die bestimmt alleine die Zellchemie. Übrigens ist AA wegen der hohen Verbreitung die am besten optimierte Zellgrösse. Alkali-Mangan-Zellen (egal ob AA, AAA oder AAAAA) haben einen nutzbaren Spannungsbereich von 1.5 (neu, unbelastet) bis ca. 0.9 V. Das Gute daran ist, dass man anhand der Spannung halbwegs zuverlässig auf den Füllstand schliessen kann (1.5 = neu 0.9 = Tonne). Wenn man die angegebene Kapazität (2 Ah für AA) nutzen will, muss man den gesamten Spannungsbereich nutzen. Allerdings haben diese Zellen einen nennenswerten Innenwiderstand, der die Spannung bei Belastung deutlich absinken lässt. Es gibt optimierte Zellen ("Ultra" oder so) für z.B. Digitalkameras mit niedrigem Widerstand. -> Datenblatt lesen http://ww2.duracell.com/en-US/Global-Technical-Content-Library/Product-Data-Sheets.jspx Zink-Kohle ist hoffentlich ausgestorben. NiMH-Akkus haben im Extremfall 1.5 V kurz nach der Ladung, fällt aber schnell auf 1.2V, wo die Spannung lange bleibt, daher erlaubt die Spannung allein keinen Rückschluss auf den Ladezustand. LiXX (wenn wir schon dabei sind) haben ca. 4.2 V (voll) bis um 3 V, auch recht flache Kennlinie um 3.7 V.
Ergo 5 AA (NiMH zB) Zellen um auf nummer sicher zu gehen mit zwei parallelen DCDC. Das wäre glaube ich rundum das günstigste. Nur die +-5V Teile (um sich noch einen DCDC einzusparen) finde ich nicht! Du scheinst ja sehr viel Erfahrung auf dem Gebiet zu haben - mal vorausgesetzt hinter den DCDC Ausgängen hänge ich eine paar ordentliche kapazitäten (x µF?) - ist die Restwelligkeit dann überhaupt akzeptabel für präzise Messaufbauten (mit eben niedriger Zeitauflösung)? Die linearen Spannungsregler hatte ich erstmal ausgeklammert - aber nur weil ich der Meinung war dass da der Wirkungsgrad in der Regel noch schlechter ist (?)...
Alex schrieb: > Ergo 5 AA (NiMH zB) Zellen um auf nummer sicher zu gehen mit zwei Dein DC/DC-Wandler muss halt 0.9 V x n bis 1.5 V x n (n=Zellenzahl) als Spannungsbereich abdecken können. Ich empfehle Dir die eneloop AAs. > parallelen DCDC. Das wäre glaube ich rundum das günstigste. > Nur die +-5V Teile (um sich noch einen DCDC einzusparen) finde ich > nicht! Ich kann Dir mit den Bezugsquellen nicht helfen. Ich würde bei Farnell bestellen, aber da ist schon mit den Versandkosten Dein halbes Budget weg und ob die überhaupt an Privatleute liefern, weiss ich gar nicht. > > Du scheinst ja sehr viel Erfahrung auf dem Gebiet zu haben - mal > vorausgesetzt hinter den DCDC Ausgängen hänge ich eine paar ordentliche > kapazitäten (x µF?) - ist die Restwelligkeit dann überhaupt akzeptabel > für präzise Messaufbauten (mit eben niedriger Zeitauflösung)? Du baust R/C-Filter am Ausgang, der bringt Dir 20 dB/Dekade Amplitudenabsenkung über der Eckfrequenz. Nur ein fettes C alleine bringt nichts, erstens haben die Elkos selber einen hohen Innenwiderstand (ESR) und zweitens ist das R dann nur der Innenwiderstand des DC/DC. Einen Widerstand in Serie bringt auch nichts, da der einen Spannungsabfall bei DC erzeugt. Du brauchst eine Spule, die bei den relevanten Frequenzen schon einen ordentlichen Innenwiderstand hat ( Impedanz, Z=... ). Du willst keine Schaltreglerspule, denn die bildet mit dem C zusammen einen Schwingkreis, der von den Nadelstörimpulsen des DC/DC-Wandlers zum Schwingen angeregt wird. Du brauchst eine Spule (Stichwort EMV-Drossel), die speziell dazu da ist, Störungen zu vernichten (also einen Kern mit möglichst hohen Verlusten, im Gegensatz zu einer Schaltreglerspule, wo man das Gegenteil will). Spule aussuchen nach Strombelastbarkeit, Impedanz (Kurve im Datenblatt!) im relevanten Frequenzbereich. Grenzfrequenz R/C abschätzen und schauen, wo man liegt. Danach ausprobieren (Oszilloskop, Tastkopf (vor allem Masse) direkt einlöten). Sorry, das ist einfach Arbeit, rechnen und Bauteile suchen musst Du schon selber. Nicht optimal aber besser als nichts wäre die altebekannte "UKW-Drossel" mit ein paar Keramik-Cs dahinter (1n || 100n z.B.). Ob die Störungen überhaupt Messfehler erzeugen, kann man natürlich nicht beurteilen, wenn man die Schaltung nicht kennt. Vermutlich aber schon. > > Die linearen Spannungsregler hatte ich erstmal ausgeklammert - aber nur > weil ich der Meinung war dass da der Wirkungsgrad in der Regel noch > schlechter ist (?)... Naja, der Wirkungsgrad eines Linearreglers ist (wie die eines Tauchsieders, in 1. Näherung) fix (im Gegensatz zum Schaltregler) und bekannt, das kannst Du ja selber ausrechnen. Die Akkuspannung muss halt immer höher sein als 5V + dropout, 5-6 Zellen braucht es da.
Angehängte Dateien:
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Capture.PNG
6,8 KB
Also jetzt bin ich bei 6AAA mit +-5V DCDC angekommen, was nach einem guten tradeoff aussieht. Als +-5V DCDC habe ich den TEL 2-0521 gefunden. Der hat aber (natürlich) kein GND (0V) out - in meiner Schaltung gibt es aber ja SingleSupply Chips (zB den ADC). Ist ein virtual GND erzeugt mit OpAmp wie ichs mal im angehängten Bild skizziert habe an dieser Stelle praktikabel? Ich hatte schon einmal viel "freude" mit so einer Symmetrischen Versorgung und GND (und auch hier im Forum schieden sich dann bei der Frage der prinzipiellen Realisierbarkeit mit Linearreglern die Geister)... Ehrlich gesagt überschaue ich nicht, was bei einer unsymmetrischen Belastung der +5V Rail des DCDC Wandlers passiert - ob das problematisch ist, oder nicht. Andernfalls würde ich sonst nämlich schlicht 2 9V-Blocks verwenden und lediglich µC und ADC mit lineargeregelten 5V versorgen. In diesem Fall würde natürlich die Betriebsdauer enorm abnehmen (Kapazität der 9V Blöcke).
Gerade was die Umsetzung mit Linearreglern angeht bin ich gerade (nach meiner Erinnerung an Beitrag "Symmetrische Spannungsversorgung +/-5V aus +24V" - ähnliches Problem aber damals dann mit Z-Dioden lösbar) verunsichert: So eine Schaltung wie man sie im netz findet (s. Bild) - d.h. die Verwendung zweier Linearer Spannungsregler - funktioniert die (gerade bei höheren Lasten die aber von den LDOs abgedeckt werden) zuverlässig?!
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