Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step down Laderegler für 2xNiMH Akkus bauen?


von M. G. (ixil96)


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Hallo,

ich möchte mit einem 5V/1A Steckernetzteil zwei in Serie geschaltene 
NiMH-Akkus (AAA 700mAh) laden.

Der Ladestrom soll ca. 700mA betragen.

Ich habe mir die beiliegende Schaltung ausgedacht. Mit einer PWM (von 
einem Mikrocontroller) schalte ich den MOSFET. Den Strom messe ich 
indirekt über R6 mit dem ADC.

Die Akkuspannung soll auch per ADC gemessen und bei -deltaV Erkennung 
schalte ich die PWM ab.

Was meint ihr dazu? Kann ich das so in einem diskreten Aufbau machen 
oder gibt es bessere Alternativen?

von MaWin (Gast)


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M. G. schrieb:
> Kann ich das so in einem diskreten Aufbau machen

2.2uH ? Nein. Dein uC regelt dafür nicht schnell genug, das 1kHz reicht 
vorne und hinten nicht eher MHz oder mH. Lerne Grundlagen zu step down. 
D2 ist nicht unbedingt nötig, der M2 wird über 2k2 zu langsam 
geschaltet, die 100n/10k dämpfen 1kHz nicht stark genug, die Auslegung 
ist also völlig schräg, obwohl dss Prinzipschaltbild schon passt, siehe 
MAX713.

von Stephan (Gast)


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Mit 1,4V Reserve.... etwas wenig für eine StepDown.

von batman (Gast)


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Tjoa, da kann man auch gleich nen Widerstand nehmen.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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M. G. schrieb:

> ich möchte mit einem 5V/1A Steckernetzteil zwei in Serie geschaltene
> NiMH-Akkus (AAA 700mAh) laden.
>
> Der Ladestrom soll ca. 700mA betragen.
>
> Ich habe mir die beiliegende Schaltung ausgedacht. Mit einer PWM (von
> einem Mikrocontroller) schalte ich den MOSFET.

Warum überhaupt einen Schaltregler? Dein Netzteil kann die 700mA direkt 
liefern. Und bei angenommenen 1.2V pro Zelle liegt der Wirkungsgrad 
einer linearen Konstantstromquelle (z.B. mit LED als "Z-Diode" und 
Transistor) auch schon bei knapp 50%. Bei 1.5V pro Zelle schon bei 60%. 
So wahnsinnig viel besser wird dein Schaltregler auch nicht werden.

von M. G. (ixil96)


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Das Problem ist, dass ich hier keinen Platz für eine größere Spule habe. 
PWM Frequenz kann ich aber erhöhen. R5 und C1 habe ich noch nicht 
dimensioniert!

@MaWin: Wie meist du das "M2 wird über 2k2 zu langsam geschaltet"?

von Stefan F. (Gast)


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Lade die beiden Zellen lieber einzeln, wenn du kannst

von Stephan (Gast)


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Nochmal Ladeschlussspannung liegt je nach Hersteller bei bis zu 1,65V 
/Zelle.
Das sind 3,3V. Du hast nur 5V. Was soll der Schaltregler da noch steppen 
?

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

sind die 700mA nicht etwas viel für die kleinen Akkus?

MfG

von Stephan (Gast)


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evtl. hat ja die "A" Taste geklemmt :-))

von Stephan (Gast)


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Panasonic und Sanyo machen das nur wenige Male mit. Zumindes die ich 
bisher hatte. Aber vielleicht hat er ja aus China VIEL bessere.

von Stefan F. (Gast)


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Stephan schrieb:
> Nochmal Ladeschlussspannung liegt je nach Hersteller bei bis
> zu 1,65V / Zelle.

Zuzüglich Spannungsabfall am Innenwiderstand und Batteriehalter. Ich 
habe zwei Ladegerät für NiMH Rundzellen. Das eine zeigt bei 1,9V ERROR 
an. Leider passiert das oft. Die betroffenen Akkus lade ich in dem 
anderen Gerät weil sie meistens noch gut zu gebrauchen sind, das bricht 
erst bei 2,2V ab. Erst wenn das Gerät auch abbricht, schmeiße ich sie 
weg.

Daraus leite ich ab, dass ein für mich zufriedenstellendes Ladegerät 
etwas mehr als 2V können muss.

Anm.: Beide Ladegeräte laden die AA Zellen mit 2A starken Impulsen. Dass 
man den Innenwiderstand durch vollständige lade/entlade-Zyklen wieder 
etwas reduzieren kann, ist mir bewusst und das mache ich auch, wenn es 
nötig ist.

von Harald W. (wilhelms)


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Christian S. schrieb:

> sind die 700mA nicht etwas viel für die kleinen Akkus?

Bei guter Ladeenderkennung und Einzelzellenüberwachung
durchaus möglich. Ein µC ohne Zusatzelektronik wird das
aber wohl nicht schaffen.

von MaWin (Gast)


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M. G. schrieb:
> Das Problem ist, dass ich hier keinen Platz für eine größere Spule habe.

Tja, keine Arme, keine Kekse.

> PWM Frequenz kann ich aber erhöhen

Auf 1Mhz (wären bei 8 bit Zähler 256 MHz CPU Frequenz) ?

M. G. schrieb:
> ie meist du das "M2 wird über 2k2 zu langsam geschaltet

Na, dass das Entladen des Gates und damit Abschalten des MOSFETs langsam 
erfolgt.

Stefanus F. schrieb:
> Das eine zeigt bei 1,9V ERROR an. Leider passiert das oft. Die
> betroffenen Akkus lade ich in dem anderen Gerät weil sie meistens noch
> gut zu gebrauchen sind, das bricht erst bei 2,2V ab

Na ja, 1C ist zwar viel, aber 2.2V pro Zelle würde den Ladewirkungsgrad 
auf 55% drücken, da muss man schon sagen die Zdlle ist kaputt.

von excurso (Gast)


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@N.G.
Mit deinem Netzteil brauchst du keinen Buck Converter zum Laden. Kannst 
direkt mit PWM laden.
Passenden Elko am Ausgang und Duty Cycle auf max. 700mA einstellen.

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Nimm' statt der selbstgebastelten Step-Down-Schaltung am besten einen 
fertigen LED-Treiber, so was wie den da.
https://www.diodes.com/assets/Datasheets/AL8860.pdf

Kostet weniger als 1€.

Natürlich hängt die Batterie spannungsmäßig "in der Luft", aber bei 
NiMh-Akkus kannst Du ja z.B. 1x je Minute an beiden Stellen stromlos 
messen.


Wenn Du Deinen Spieltrieb aber beibehalten und Deine Schaltung 
realisieren willst, dann gibt es einige Dinge zu beachten (tw schon von 
anderen angesprochen). Grundsätzlich gilt dafür: Größere Induktivität 
bzw. viiiiiiel höhere Schaltfrequenz: Deine jetzige Auswahl hat bei 
völlig entladenen Batterien eine Stromsteilheit von (5V-2*650mV)/2.2uH = 
1,68A/us - das muß um den Faktor 10-50 runter.

Daher:
1. Einen anderen MOSFET. Deine Auswahl hat eine viel zu hohe Gate-Ladung 
und benötigt mit den 2k2-Widerstand >60us zu Ausschalten.
Vorschlag http://www.vishay.com/docs/72066/si2301bds.pdf oder was 
ähnliches. Außerdem statt 2k2 max. 470R. Dann sinkt die Entladezeit auf 
max. 2us.
2. Wenn (1) ausgeführt, dann die Schaltfrequenz auf ca. 50kHz erhöhen. 
Das geht sich mit den Schaltzeiten gerade noch vernünftig aus.
3. Bei fast vollen Akkus (also 2*1,5V) ist der Duty Cycle bei 2*1,5V/5V 
= 60%. Für 700mA bei angenommenen 40% ripple (d.h. 280mA) muß die 
Induktivität etwa so groß sein: delta_U/L <= 400mA*50kHz/60% => L >= 
(5V-2*1,5V)/(400mA*50kHz)*60% = 48uH.

Da ich die Verluste in der Freilaufdiode und Spule vernachlässigt habe, 
ist man mit diesen Werten auf der sicheren Seite.

von Dieter (Gast)


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Ganz so einfach ist das kein geeignetes Ladeverfahren.

von batman (Gast)


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Nein, es geht um die Stromversorgung. Ladeprogramm spielt dann der MC 
ab.

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Nachtrag meinerseits:

Sofern Du natürlich deinen uC mit 5V betreibst, kannst Du den 
Leistungs-FET direkt vom UC-Pin aus antreiben. Dann erledigt sich die 
lange Entladezeit und Du solltest problemlos mit 200-500kHz arbeiten 
können. Dann wird die Induktivität wieder etwas kleiner.

Als Induktivität bei z.B. 200kHz bietet sich an:
7443642200 von Würth: ca. 3x3x2mm³, 22uH, ganze 6mW Verlustleistung.

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