Stromweiche

[Ryoken]

Moin!

Ich will mir nach dieser Anleitung einen LED-Cube basteln.
Eigentlich ist ein 9V-Block als Stromversorgung vorgesehen, ich würde aber gerne noch die Möglichkeit einbauen, ihn per USB zu betreiben.
Wie stellt man es am geschicktesten an, dass dann nicht 14V anliegen, wenn die Batterie nicht abgeklemmt wird. Sinnvollerweise sollte natürlich auch möglichst nicht die Batterie sondern USB angezapft werden, wenn beides angeschlossen ist.
Gibt es da vielleicht sogar schon fertige Bauteile für? Wenn ja, wonach muss ich suchen - ich fürchte ja der im Titel gewählte Begriff trifft es noch nicht gut genug (zumindest nicht für google).


Gruß Ryoken

[RoboHolIC]

dass dann nicht 14V anliegen, wenn die Batterie nicht abgeklemmt wird

Ich kann mir zwar keine sinnvolle Verschaltung vorstellen, bei der beide beide alternativen Spannungsquellen in Reihe geschaltet wären, aber wer weiß ...
Es gibt z.B. Kleinspannungbuchsen für Hohlstecker. Die verfügen i.d.R. über eine selbsttätige Überbrückung des Innenkontakts zur Fallbackversorgung wenn kein Stecker eingesteckt ist. Die klassische Anwendung ist das Transistorradio (Offtopic: Wer von den Jüngeren hier weiss noch, warum das nicht nur einfach "Radio" heißt ), das auf diese Weise von Batterieversorgung auf Netzteilbetrieb umschaltet.

Wenn dieser Buchsentyp nicht in Frage kommt, kann man sich auch eine Umschaltung per Relais ausdenken, die sinnvollerweise von der USB-Spannung aktiviert wird, sofern vorhanden. Mit Halbleitern geht auch was, aber da wird es -soweit ich mich erinnere- immer etwas tricky. Am einfachsten ist ein manueller Schalter 1x UM. Das wäre die buchstäbliche Erfüllung des Wunsches nach einer "Stromweiche".

[White_Fox]

Du könntest es mal mit einem Hochsetzsteller probieren. Ob da der Saft dann aber aus dem USB-Port reicht...musst du ausprobieren. Die Batterie kannst du dann (mit einer Diode zur Trennung) vor den HSS schalten.

[PsiQ]

Wenn der AT-Tiny mit 4,9V läuft (sollte er) und du die Widerstände entsprechend anpasst (oder auch nicht),
kannst du die 5,2V laut Norm die vom (guten) USB-Port kommen mit einer Diode entkoppeln/schützen. 5,2V - 0,3V (mit Glück/guter Diode nur -0,2V)

Dann brauchst du nur noch eine Rückstromdiode vom Ausgangspin zum Eingangspin des Reglers am 9V Block,
damit der Output nie relevant höher als der Input vom Regler wird...


Oder alternativ am Regler eine Diode am Output = 5V -0,3V
und am sense Pin nach gnd => 5V + 0,3V
Ergebnis: 5V -0,3V + 0,3V = 5V
Dann sind beide Spannungsquellen durch Dioden voneinander getrennt.

Schaltplan folgt auf Wunsch wenn so nicht nachvollziehbar...


für mehr als 100mA vom USB Port brauchst du aber einen Treiber der erkannt wird und den Strom von 500mA oder mehr freigibt,
ein Handyladegerät mit 5(,2)V/1A braucht keinen Treiber.


PS.: Woher sollen da 14V kommen wenns falsch ist? Da die quellen doch parallel sind und mindestens die gemeinsame Masse haben ??
Worst Case hast du 9V - 5V = 4V Spannung "überm" USB Port Pegel und somit einen Rückstrom da rein...

[Ryoken]

Ich kann mir zwar keine sinnvolle Verschaltung vorstellen, bei der beide beide alternativen Spannungsquellen in Reihe geschaltet wären, aber wer weiß ...

PS.: Woher sollen da 14V kommen wenns falsch ist? Da die quellen doch parallel sind und mindestens die gemeinsame Masse haben ??
Worst Case hast du 9V - 5V = 4V Spannung "überm" USB Port Pegel und somit einen Rückstrom da rein...

Äh ok, war vielleicht nen Denkfehler drin. Auf jeden Fall wäre so aber nicht sichergestellt, dass der Batterie kein Strom entnommen wird, obwohl der "Netzstecker" angeschlossen ist, oder?

Es gibt z.B. Kleinspannungbuchsen für Hohlstecker. Die verfügen i.d.R. über eine selbsttätige Überbrückung des Innenkontakts zur Fallbackversorgung [...]

Ich wollte denn auch Mini-USB Buchsen nehmen. Die können das per se wohl eher nicht schätz ich mal (wäre ein "mechanischer" Kontakt?)

Wenn dieser Buchsentyp nicht in Frage kommt, kann man sich auch eine Umschaltung per Relais ausdenken [...]Mit Halbleitern geht auch was[...]

Das klingt doch schon ganz gut...

Am einfachsten ist ein manueller Schalter 1x UM. Das wäre die buchstäbliche Erfüllung des Wunsches nach einer "Stromweiche".

Wollte das schon ganz gerne "Fail Safe" machen, für faule/schusselige Benutzer

Schaltplan folgt auf Wunsch wenn so nicht nachvollziehbar...

Das wär nicht doof - bin doch eigentlich Ölfinger...

für mehr als 100mA vom USB Port brauchst du aber einen Treiber der erkannt wird und den Strom von 500mA oder mehr freigibt,

Du meinst einen Software-Treiber, der bei Anschluss an PC die "Genehmigung" für die hohe Stromentnahme einholt?


Danke erstmal für Eure Antworten

Gruß Ryoken

- - - Aktualisiert - - -

Du könntest es mal mit einem Hochsetzsteller probieren. Ob da der Saft dann aber aus dem USB-Port reicht...musst du ausprobieren. Die Batterie kannst du dann (mit einer Diode zur Trennung) vor den HSS schalten.

Was bewirkt der denn für die Trennung der Stromquellen? Würde der nicht nur versuchen die Spannung nochmal hochzuregeln?

[PsiQ]

Buchse:
Wenn du schon in Richtung "mini" USB gehst, nimm direkt micro usb.
Auch die smd pins lassen sich mitm Lötkolben noch Löten.
Die Hauptverbesserung von mini nach Micro (handy etc) war die massiv erhöhte Anzahl an Steckzyklen = Haltbarkeit,
und eine Strombelastbarkeit bis 1A der Pins.

Einfacher:
Wenn du mitm Lötkolben nicht so versiert bist,
kannst du auch einfach n 50cent USB kabel abzwicken und den Stecker mit 3cm Kabel dran ans Board löten.
Dann muss du vom PC ein standard Verlängerungskabel (Stecker-Buchse) nehmen.

Ich mach heute mittag mal nen Schaltplan.
Wenn du am USB Port die Diode vorsiehst und mit den 4,9V klarkommst
(sollte kein Problem sein, viele 5V Regler haben eh um 4,9 oder auch mal 5,1V),
kann man von -vor- der Diode (Richtung USB 5,2V), einen FET ansteuern, der dir die 9V Batterie abschaltet.

Du solltest sowieso einen Schalter direkt hinter der 9V Batterie vorsehen, vor dem Regler,
da die Regler auch im Standby ohne Last Strom ziehen, und die meisten einfachen (ohne shutdown/standby pin)
nicht wenige mA selbst verbrauchen.

Ein 9V Block ist von der Effizienz+Preis etwas mau... Die Dinger haben zwar viel Spannung aber kaum mAh, da gestapelte Knopfzellen.
Von JA kostet der 9V-Block 89cent (REWE), das 4er Mignon (oder Micro) Set 99 cent, beide mit deutlich mehr mAh.

Wenn du eh eine Sockelplatte für den LED Cube baust damit der nicht umkippt,
bau doch dort einen 4 fach microzellen oder mignonzellen halter ein, am besten mit Schalter.

Das gibt dir 6V bei "neuen" Batterien. Dann nimmst du einen Low Drop Spannungsregler (reichelt: LM2940 oder LF 50 CV)
und hast bis 5,1V von den "leeren" Batterien stabil deine 5V.

Frage => Wieviel Strom soll denn der Cube maximal / im Schnitt ziehen ?
Beim USB Port kannst du mit einem Y-Adapter arbeiten, wie ihn viele externe Festplatten (entgegen der Norm) verwenden,
damit kommst du dann auf 200-300mA, je nachdem wieviel 2 Ports ohne System-Treiber hergeben.

edit:
Mit dem FET nach dem 9V Block kann man den (Leistungs) Hauptschalter gleich mitmachen,
du brauchst dann nur noch einen kaum strombelasteten microschalter irgendwo.

[Ryoken]

Ui sehr ausführlich. Danke erstmal

Buchse:
Wenn du schon in Richtung "mini" USB gehst, nimm direkt micro usb.
Auch die smd pins lassen sich mitm Lötkolben noch Löten.

Ok, schau ich mal.

Du solltest sowieso einen Schalter direkt hinter der 9V Batterie vorsehen, vor dem Regler,
da die Regler auch im Standby ohne Last Strom ziehen, und die meisten einfachen (ohne shutdown/standby pin)
nicht wenige mA selbst verbrauchen.

Wie ist das wenn der Eingang eh schon 5V hat und der Regler faulenzen könnte - produziert der dann trotzdem Verlustleistung oder bleibt das dann aus?
Wäre es im ersteren Fall vielleicht dann geschickt den USB-Anschluss gleich erst hinterm Regler einzubinden?

Ein 9V Block ist von der Effizienz+Preis etwas mau... Die Dinger haben zwar viel Spannung aber kaum mAh, da gestapelte Knopfzellen.
Von JA kostet der 9V-Block 89cent (REWE), das 4er Mignon (oder Micro) Set 99 cent, beide mit deutlich mehr mAh.

Wenn du eh eine Sockelplatte für den LED Cube baust damit der nicht umkippt, bau doch dort einen 4 fach microzellen oder mignonzellen halter ein, am besten mit Schalter.

Hmm, ok.
Hatte mich da halt an die Vorlage gehalten. Würde wohl wenns klappt eh USB bevorzugen. Wollte aber wenn der Aufbau ganz gut hinhaut auch nicht nur für mich selbst einen Cube bauen.

Das gibt dir 6V bei "neuen" Batterien. Dann nimmst du einen Low Drop Spannungsregler (reichelt: LM2940 oder LF 50 CV)
und hast bis 5,1V von den "leeren" Batterien stabil deine 5V.

Müsste der 7805 aber auch können, oder? Habe jetzt halt schon ein paar Teile da liegen, und wollte auch nicht zu sehr von der Vorlage abweichen, weil wie gesagt Ölfinger
Will zwar auch dazulernen, aber noch ist das alles schon eher #Neuland und die Platinenvorlagen sind halt wie sie sind. Wenn ich die von der Grundlage her erstmal weiter verwenden könnte wär das wohl nicht verkehrt.

Frage => Wieviel Strom soll denn der Cube maximal / im Schnitt ziehen ?

Also mit den Widerständen soll der Strom pro LED wohl bei 5mA liegen. Mal max. 9LED bei ebenenweise Multiplexing = 45mA plus was der µC braucht (=?) und vielleicht einen kleinen Sicherheitsfaktor (SF).
Kann man das so rechnen (wurde im Cube-Fred so gemacht), oder steckt da auch noch wieder nen Denkfehler?

Wenn man ohne Multiplex wirklich alle LEDs gleichzeitig anmacht sollten es also im Extremfall 135mA + µC + SF sein.


Gruß Ryoken

[PsiQ]

Also Schaltplan bin ich heute nicht dazu gekommen, aber mir ist ne einfachere Lösung eingefallen:
Da du den 9V eh dauernd dran hast, brauchst du nen Ein-Aus Schalter.

Der Muss hinter die 9V, vor den Regler, damit der nicht Eigenverbrauch verbrät in nichts.

Da kaufst du dir einen 2 poligen Kippschalter, entweder 1/1 , oder 1/0/1.
der hat dann zwei Pinreihen mit insgesamt 6 Kontakten.
An der einen Seite/Reihe schließt du (+) von den 9V an.
Aussenpin (+)9V, am mittleren Pin zum Regler-IN (78L05 Pin1), der 3. Pin bleibt frei.

An der 2. Reihe schließt du Spiegelverkehrt die 5,2V vom USB an.
Vom mittleren Pin gehst du dort zum Regler-OUT (Pin3 vom 78L05).

Anschließend machst du noch eine 1N4148 von Pin3 zu Pin1 am 78L05,
damit der Strom vom Ausgangskondensator zum Eingangskondensator
fließen kann wenn die USB Versorgung dran ist und der 9V Block nicht.
- Die 1N4148 ist beim Betrieb über 9V-Block in Sperrichtung geschaltet

         Diode
[9V/IN]---|<|---[5V/OUT]
[Pin1]           [Pin3]

Der Grund ist, dass die Regler einen Rückstrom von Out nach In nicht gut abkönnen.
Die Diode ist sonst nur bei höheren Kapazitäten vom Ausgangskondensator nötig,
aber dein USB Port hat ja unbegrenzt Strom...

Der Regler macht dann zwar nix sinnvolles, aber zieht auch nicht an der Batterie.

Bis unter 150mA solltest du auch ohne Treiber am USB Port zurecht kommen, notfalls ein Y-Kabel nehmen.


Schalter Pins:

1 O|O 4
2 O|O 5
3 O|O 6

1 - Von +9V Block
2 - an Input 78L05
3 - frei

4 - frei
5 - an Output 78L05
6 - Von USB Port +5,2V

Gemeinsame Masse vom 9V Block und USB permanent verbunden, sonst kein Stromkreis!

!! 2 auf 5 nicht brücken sonst 9V an Schaltung + USB Port !!
!! Die Gegenüberliegenden Pins 1 - 4 und 3 - 6 darf jeweils nur einer belegt sein, sonst hast du nur Ein+bruzzel / Aus ,
anstelle dem Umschalten !!

http://www.conrad.de/ce/de/product/701159/


EDIT: Bei so geringem Strom hat auch der 78L05 nur einen geringen V-drop von In nach Out,
da brauchst du also nicht austauschen und der geht auch länger an 6V mit 4xMicro, als mit 1x9V Block.
Bei 9V verbrätst du ja 4V in sinnlose Hitze, bei 6V nur 1V.

[Ryoken]

Moin!

Also die Schalterbelegung durchblicke ich noch nicht so ganz. Wie sind denn die Pins miteinander verschaltet bei den Verschiedenen Schalterstellungen?

Bei der Diode bin ich mir nicht ganz sicher. Die soll also verhindern, dass wenn hinter dem Regler die Spannung höher ist (z.B. durch den dahinter angeschlossenen USB), diese über den Regler zurückfließt?
Und durch Sperrung in "Vorwärtsrichtung" des Reglers zwingt sie was vom Anschluss davor kommt aber durch den Regler?

Zum Stromverbrauch mal noch: womit muss man denn da ca. rechnen, was der µC so braucht?
Und der USB-Treiber zur Stromfreigabe, wäre das dann Software, also ein Stück Code, was auf dem Gerät (hier also der Cube), oder dem PC mit drauf sein müsste, oder gibts da quasi hardwareseitig einen Freigabepin am Port oder sowas?


Gruß Ryoken

[PsiQ]

Moin!

Also die Schalterbelegung durchblicke ich noch nicht so ganz. Wie sind denn die Pins miteinander verschaltet bei den Verschiedenen Schalterstellungen?

1 O|O 4
2 O|O 5
3 O|O 6

Wenn man Die Stellungen 1 / 0 / 1 nimmt, als A / B / C:

Die Schalter sind ja mechanisch, und kippen unten drin die Kontakte entgegen dem Hebel oben.
Wenn der Schalter also "nach oben" gekippt wird , werden die Kontakte im SChalter auf der diagonal entgegengesetzen Seite geschlossen..
Äh, ja...
Zum Bleistift:
Stellung A:
Hebel nach oben gekippt
brückt 2 auf 3
und
brückt 5 auf 6

Stellung B:
Hebel in Mitte:
Nichts gebrückt

Stellung C:
Hebel nach unten
brückt 1 auf 2
und
brückt 4 auf 5.

Das mit dem "Diagonal gegenüber" ist erstmal egal, das verstehst du spätestens, wenn du den Schalter in der Hand hast
Gebrückt wird je nach Schalterstellung immer der mittlere Pin nach einer Seite.
Die beiden Reihen sind voneinander unabhängig und haben keinen Kontakt zueinander,
was du ja auch brauchst, da du einmal vor (9V) und einmal nach dem Regler (5,2V) Spannung einspeißt.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bei der Diode bin ich mir nicht ganz sicher. Die soll also verhindern, dass wenn hinter dem Regler die Spannung höher ist (z.B. durch den dahinter angeschlossenen USB), diese über den Regler zurückfließt?
Und durch Sperrung in "Vorwärtsrichtung" des Reglers zwingt sie was vom Anschluss davor kommt aber durch den Regler?

Richtig, beides
Wenn der Spannungsregler nicht am 9V Block sondern am USB Port hängt, wird ja der Ausgang auf 5,2V gelegt.
Der Eingang hat aber theoretisch 0V.
Das würde bedeuten, dass durch den Regler entgegen der "richtigen" Richtung Strom fließt. Dieser Strom kann den Regler zerstören.
Die Diode leitet nun den Strom um den Regler herum, von Out nach IN, und begrenzt dabei den Spannungsunterschied auf 0,3V (oder weniger).
Der Eingangskondensator hat dann 4,9V und der Ausgangkondensator 5,2V. Diese 0,3V schaden keinem Regler.
=> Die Diode ist in diesem Fall leitend geschaltet.

Andersrum, wenn der 9V Block dran ist, hast du IN = 9V, OUT = 5V.
=> Die Diode ist in Sperrichtung geschaltet, der Strom muss durch den Regler fließen.

Und praktischerweise macht das "einmal leitend", "einmal sperrend" die Diode ganz automatisch

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zum Stromverbrauch mal noch: womit muss man denn da ca. rechnen, was der µC so braucht?
Und der USB-Treiber zur Stromfreigabe, wäre das dann Software, also ein Stück Code, was auf dem Gerät (hier also der Cube), oder dem PC mit drauf sein müsste, oder gibts da quasi hardwareseitig einen Freigabepin am Port oder sowas?

Stromverbauch:
Du müsstest einen USB Controller programmieren der einen entsprechenden Windows Treiber hat.
Oder ein AVR/PIC nehmen, der ein USB integriert hat, und einen passenden Treiber zum Bootloader...
Das bedeutet IM Computer den passenden Treiber,
IM µC den passenden USB Anschluss mit Bootloader und ID die zum Treiber passt... Sehr viel Aufwand für bissl Strom
=> ABER das kannst du getrost alles weglassen/vergessen.
Soviel Strom brauchst du nicht und deine I-max Rechnung mit den LED Strömen ist schon OK,
der µC sollte nicht über 10mA selbst verbrauchen, ist abhängig von MHZ und Betriebsmodus etc pp (Schaumal ins Datenblatt!).
Der Hauptstrom ist der, der durch die LEDs geht.

Ich habe von Conrad hier mehrere so "gratis" USB Anstecklampen aus der Restelagerkiste.
Da sind 20 SMD Leds (kalt weiß) drauf, es gibt keinen PC-Treiber sondern nurn USB => Hohlbuchse Stecker, also nur +5V, GND. (kein D+ D-)
Darauf ist angegeben: 150mA / 5V. Dein Cube braucht weniger Strom, somit auch keinen Treiber.

- - - Aktualisiert - - -

Bild hier