AtTiny/AtMega mit Akku versorgen (Akku + Ladegerät + Spannungsregler)

[Cysign]

Hallo zusammen,

ich würde gerne nen Arduino mit nem kleinen Akku versorgen. In der Bucht gibts jede Menge 3,7V LiIon-Akkus mit um die 200mAh.
Meine Erfahrungen beschränken sich bisher eher auf Bleigel-Akkus.
Da LiIon-Akkus wohl etwas empfindlicher sind, würde ich mich gerne ein bisschen einlesen, bevor ich nun ne Hand voll Akkus (ich dachte an 3-5 Akkus) und ein (nicht zu minderwertiges!) Ladegerät bestelle.
Hat jemand nen guten link parrat, um sich da zu informieren?
Oder gibts vielleicht irgendwelche Ladegerät + Akku-Kits, die empfehlenswert sind?

Hinter dem Akku möchte ich nen Atmel-µC mit nem 3.3V Spannungsregler versorgen. Hier hab ich mir bereits mehrere Datenblätter angeschaut, aber konnte mich noch nicht für einen entscheiden.
Ich denke, dass die nötige Differenzspannung (3,7V zu 3,3V) ein Problem darstellen könnte.
Hat jemand vielleicht diesbezüglich einen Geheimtip?

Ich habe mir bereits die Datenblätter von KY5033 (LP2950 in der 3,3V-Variante, siehe: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lp2950-33.pdf ) und ts78l03cx angesehen. Bei letzterem ist im Datenblatt von einem 2V Voltage-Drop die Rede, daher denke ich, dass er für diesen Zweck ungeeignet zu sein scheint. Beim KY5033 ist eine "Dropout Voltage" von 450mV bei 25°C angegeben. Also scheint er auch nicht geeignet zu sein.

[PICture]

Hallo!

Ich habe bisher nix mit Atmel µC gemacht, aber bei mir läuft schon über ein Jahr fehlerfrei ein LPC800 (laut Datenblatt max. 3,6 V) aus 3,7 V Li-Po Akku mit seriell geschalteter Diode 1N4148. Das ist nur eine Info und kein Thema zur Diskussion über Zehntel Volts von Versorgungsspannung.

VCC 1N4148
+ D S
| _/
+----+-<--|<-o/ o-+------< +
| | +|
\-/ |2-3mA Li-Po - USB
10µ === | Akku --- (laden)
+| | 3,7V -|
=== | mit +------< -
GND | Schutz |
| ===
|| | VCC GND
+-||-+µ1 +
| || |SMD |
=== | .-.
GND .---. | |
-| |- | |10k
-|LPC| '-'
-|800| |
-| |-+---+--+
'---' | | |
| | |+ o |
| --- === |=| T5
|µ1--- /-\ o | Reset
|SMD| | |
+---+---+--+
| 10µ
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Cysign]

Ich möchte neben dem µC noch 2-3 andere ICs auf mein Platinchen setzen, die sich den 3,3V Regler teilen sollen. Bisher haben alle auf ihrem eigenen Platinchen nen eigenen Spannungsregler, dadurch, dass ich sie auf eine gemeinsame Platine setzen werde, möchte ich mir die mehrfache Verlustleistung von mehreren Spannungsreglern sparen. Momentan läuft alles noch mit 5V, aber das schaff ich nicht ohne noch mehr Verlustleistung mit nem möglichst kleinen LiIon-Akku.

Aber die Idee, mit ner Diode die Spannung zu senken, find ich prinzpiell gut - da hab ich gar nicht dran gedacht ;)
Ist es nicht so, dass die LiIon-Akkus geladen bis zu 4,2V liefern? Nehmen wie einen Drop von 0,2-0,3V durch die Diode an, muss ich von 3,9Vmax ausgehen.

Was für Akkus nutzt du denn und mit was für einem Ladegerät päppelst du die leeren Akkus wieder auf?

//Edit: Ah, okay, deinen Schaltplan hatte ich grade noch nicht gesehen. Du schreibst LiPo mit Schutz. Ist der im Akku integriert oder extern beschaltet?

[PICture]

Auf der Diode (D) fällt um 0,7 V und Die Schutzschaltung ist im Akku integriert. Als Spannungsregler würde ich "low drop" Spannungsregler z.B. TK11532 bis gesamt 130 mA verwenden. ;)

[Cysign]

Der TK11532 sieht interessant aus. Ist aber (zumindest in der Bucht, die einzige Bezugsquelle, die ich auf die Schnelle finden konnte) für 2,2V. Und mit 100 Stück für 19$ auch nicht recht günstig, wenn ich einen zum Testen haben möchte ;)
Danke für den Vorschlag. Das sagt mir zumindest, dass es möglich ist, denn er hat einen Voltage Drop von 0,13-0,35V. Das wäre zumindest von dem Aspekr her genau das, was ich suche ;)


Ist die Schutzschaltung in deinem Akku auch als Laderegler tätig?
Ich habe bereits öfters gelesen, dass es LiIon-Akkus mit und ohne Schutz gibt. Da ich da noch ein absolutes Greenhorn bin, will ich auf den Schutz nicht verzichten ;)

[PICture]

Ist die Schutzschaltung in deinem Akku auch als Laderegler tätig?

Das bin ich jetzt nicht mehr sicher, aber höchstens ist nur ein Ladestrombegrenzender Widerstand seriell mit USB nötig: https://www.roboternetz.de/community/threads/67860-Lader-f%C3%BCr-gesch%C3%BCtzte-Akkus . Ich habe den Akku bei eBay gekauft: http://www.ebay.de/sch/i.html?_from=R40&_trksid=p2050601.m570.l1313.TR0.TRC0.H0.Xschutzsch altung+lipo.TRS0&_nkw=schutzschaltung+lipo&_sacat=0 (Suchbegriff: "schutzschaltung lipo"). ;)

[Geistesblitz]

Lithiumakkus werden mit dem CC-CV-Verfahren geladen, also erst mit konstantem Strom (constant current) und zum Schluss mit konstanter Spannung (constant voltage). Die Ladeschlussspannung liegt bei LiPos und Li-Ion-Akkus bei ca. 4,2V, die auch möglichst nicht überschritten werden sollten, da es sonst zur Schädigung der Zelle kommen kann. Für sowas gibt es auch spezielle Battery-Management-ICs. Ich kann da dieses Video empfehlen, da steckt ziemlich viel drin, was man zu diesen Akkus wissen sollte:
https://www.youtube.com/watch?v=A6mKd5_-abk
Ansonsten wäre es erstmal sinnvoll herauszufinden, bei welcher minimalen und maximalen Spannung deine ICs noch richtig funktionieren. Der Akku sollte zwischen 4,2V und 3V betrieben werden, je nachdem könnte das mit der Diode schon gehen. Falls du aus irgendwelchem Grund auch immer eine konstante Versorgungsspannung brauchst, ist ein Reger mit niedriger Dropout-Spannung angeraten.

Ansonsten, schonmal über LiFePo-Akkus nachgedacht? Durch die andere Zellchemie liefern die ca. 3,3V Nennspannung und maximal 3,6V und haben eine sehr flache Entladekurve, wären eigentlich ideal für 3,3V-Anwendungen. Sind auch sicherer als LiPo/LiIon, da die nicht so leicht in Flammen aufgehen (wobei das bei denen auch nur passiert, wenn mans herausfordert), sind aber eben auch ein bisschen teurer. Geladen werden die genauso wie die anderen, nur dass die Schlussspannung bei 3,6V liegt.

[Holomino]

Schade, dass Du nicht schreibst, was Dein Gesamtsystem überhaupt machen soll.

Wenn Du allerdings alle Bausteine zur Zeit auf 5V betreibst und jetzt auf eine Lipo-Zelle umsteigst, brauchst Du theoretisch gar keinen Regler.

Referenzen z.B. für AD-Wandlung lassen sich auch einzeln einbauen und stromsparend über einen PORT aktivieren, wenn sie wirklich benötigt werden.

[Cysign]

Letztendlich möchte ich einen Sensor per Atmel-Chip auslesen und den Wert per Bluetooth übertragen, also nichts besonders aufwändiges. Soweit funktioniert das auch, momentan lass ich es mit nem Nano und nem HC-06 Bluetoothmodul laufen. Mit Energie versorge ich es per Powerbank.
Aber jetzt möchte ich das ganze System verkleinern und den Energiebedarf runterschrauben, quasi die Kür ;)
Hab mich grade frisch mit SMD-Widerständen eingedeckt und SMD-Kerkos folgen in den nächsten Tagen. Ich will endlich von Lochrasterplatinen weg zu selbst geätzten Platinen und da kommt mir das Projekt wie gerufen, da es nicht so komplex ist (es sei denn, das mit dem Spannungsregler stellt sich als besonders kompliziert raus).

Und um das Ganze dann auch betreiben zu können, brauch ich halt ne Lösung, wie ich die Spannung auf 3,3V runter bekomme (der verwendete Sensor verträgt wohl nur 3,3V, der hat momentan nen eigenen Spannungsregler, den ich wegrationalisieren möchte indem ich alles mit einem 3,3V-Regler versorge und dazu hab ich jetzt nen Maxim-Chip im Auge), wie ich den LiIon- oder LiPo- oder LiFePo-Akku vor Tiefentladung schütze und wie ich ihn sicher wieder aufladen kann.
Grade das Akku-Thema ist für mich ziemlich interessant. Bisher hab ich halt alles über ne Powerbank oder Bleigel-Akkus gemacht, aus Respekt vor Fehlbedienung eines LiIon-Akkus, der sich dann in Wärme und magischen Rauch umwandelt.

@Holomino: Die Idee, die Referenzspannung nur bei Bedarf zu nutzen ist gut. Könnte mir vielleicht bei der Umsetzung einer anderen Idee etwas Strom sparen ;)

//Edit: LiFePo hab ich nicht in der von mir angedachten, wirklich kleinen Bauform gefunden. Ich hab jetzt mal aus Asien 6 Stück 200mAh LiPos mit nem passenden Ladegerät bestellt. Ich denke, für meine ersten Versuche sollte das genügen ;)
Ich werde beim Laden mal den Spannungsverlauf und den Strom mitloggen, damit ich mir ein Bild davon machen kann. Wenn es ne Konstantspannungsladung ist, brauch ich zum Aufladen des Akkus in meiner Schaltung im einfachsten Fall ja nur nen entsprechenden, zweiten Spannungswandler.

//Edit2: Des Weiteren habe ich grade den TP4056 gefunden. Ein kleiner IC, der wohl das Laden eines LiIon-Akkus inkl. Temperatur überwacht.

[Holomino]

Was mir an dem ganzen nicht so gut gefällt: Mit nur einer Li-Zelle wirst Du recht schnell die für den Regler erforderliche Eingangsspannung (3,7..3,8V) unterschreiten, ohne die Kapazität des Akkus voll auszuschöpfen. Lithium-Zellen altern mit der Zeit und werden vom Spannungsverlauf während der Entladung dann doch "weicher". Vielleicht wäre es besser, zwei Zellen halber Kapazität in Reihe zu schalten und einen Step-Down-Regler (z.B. hier (http://www.exp-tech.de/pololu-3-3v-300ma-step-down-spannungsregler-d24v3f3)) zu verwenden. Mit dem AD-Wandler des Controllers kannst Du ja die Zellspannungen dann einzeln überwachen.

Kurze Anmerkung noch dazu: Handies und Tablets haben auch nur eine Zelle, allerdings laufen die intern alle nicht auf 3,3V.

Und noch ein Nachtrag: Zumindest theoretisch müsste auch sowas (http://www.exp-tech.de/pololu-3-3v-step-up-step-down-spannungsregler-s7v8f3) mit nur einer Zelle funktionieren. Ich hab aber keine Ahnung, ob das in der Praxis die angegebenen Wirkungsgrade erzielt.

[Cysign]

Hmmm....bis wie tief sollte ich die LiPos denn entladen? Mit einem MAX1927/MAX1928 800mA step-down hätte ich ein Dropout von 340mV, käme also auf 3,3V + 0,34V= 3,64V runter.

[seite5]

Hi,
Pololu hat recht preiswerte StepUp/StepDown-Regler-Module im Angebot die bei Eingangsspannungenn von 2.7...7V am Ausgang
3.3V produzieren.
mfg
Achim

[Cysign]

Das klingt auch spannend. Aber sind die effizient? Ich mein....erst hoch, dann runterspannen birgt bestimmt einiges mehr an Verlusten. Oder spannen die nur passend in eine Richtung? Hast du zufällig die Modellbezeichnung parrat?

[seite5]

Wird nicht erst hoch und dann runter, sind DCDC-Wandler-Structuren (z.B. SEPIC) die beide "Richtungen" können.
mfg
Achim

[Holomino]

Hmmm....bis wie tief sollte ich die LiPos denn entladen? Mit einem MAX1927/MAX1928 800mA step-down hätte ich ein Dropout von 340mV, käme also auf 3,3V + 0,34V= 3,64V runter.
Das ist abhängig von der Last und dem Temperaturbereich.
Faustregel: Bei Leerlauf 3V Klemmenspannung heißt "so ziemlich leer".
Je höher die Last, desto größer die Wirkung des Innenwiderstandes, Also bei großen Strömen kannst Du auch kurzzeitig bis 2,8V entladen (da etwa ist so üblicherweise die Abschaltspannung von Modellbaureglern).

Was allerdings ganz unschön ist: Niedrige Temperaturen lassen die Spannung unter Last rasant fallen. Es kann also sein, dass Du im Winter bei -5° gar nicht mehr auf die geforderten 3,64 V kommst.

So'n StepUp/Down Wandler scheint also nicht die schlechteste Lösung zu sein, oder - wie gesagt- zwei Zellen in Reihe schalten und auf der sicheren Seite sein (was allerdings wieder das Problem des Balancing mit sich bringt).

[Cysign]

Ich hab mal ein bisschen bei Pololu rumgesehen und bin dann über den "Pololu 3.3V Step-Up/Step-Down Voltage Regulator S7V8F3" auf den TI TPS63001 gestoßen. Der scheint ziemlich genau der Buck-Boost meiner schlaflosen Nächte zu sein ;)