Frage zu Zellenspannung AA Batterie

Hallo,

ich bin gerade dabei ein Projekt zu entwickeln, welches am Ende im Batteriebetrieb laufen soll.
In diesem Projekt wird ein ATMega88 verwendet werden, der ja bis 10MHz mit 2,7-5,5V betrieben werden kann.
Ich Plane den Betrieb mit 3 Zellen (NiXx Akku oder Batterie)

Nun ist es ja bei NiXx Akkus so das bei einer Voll geladenen Zelle eine Spannung von 1,35V zu erwarten ist was bei 3 Zellen dann 4,05V entsprechen würde. Das läge ja voll im sicheren Bereich, mit reichlich Luft nach oben.
Wenn nun aber der Benutzer nicht Akkus sondern Batterien einsetzen möchte ist ja schon die Nennspannung mit 1,5V pro Zelle angegeben (also 4,5V bei 3 Zellen). Wie hoch ist denn die maximale zu erwartende Spannung bei einer neuen Batterie (pro Zelle)?
Kann ich da auch davon ausgehen das ich so 0,1-0,2V über der Nennspannung liege?

Danke schon einmal für die Hilfe

Hallo,
ich würde meiner Meinung nach die Schaltung nicht direkt an den Batterien betreiben. Eine Batterie / Akku ist ja nicht sofort leer, sondern die Spannung sinkt langsam. Auch mit Spannungseinbrüchen wirst du dann rechnen müssen, der Microcontroller und andere Peripherie zieht ja im Peak auch einiges. (Wobei das durch nen Kondensator zu beheben sein müsste).

Empfehlenswert wäre hier die Verwendung von einem Schaltregler (Step-Up-Wandler/Aufwärtswandler).

Im Batteriebetrieb ist aber kein Linearregler wie z.b. der 7805 zu empfehlen - die haben einen zu geringen Wirkungsgrad.

Ein Step-Up-Wandler wäre dann schon ideal. Dort kannst du per Widerstand einstellen wie hoch die Ausgangsspannung sein soll. Hast du als beispielswiese 3V im Eingang dann wandelt er dir das hoch auf 5V. Sollte es dann auf 2,8V sinken hast du immernoch 5V.

Grüße

Edit (ein bisschen was im Post angepasst und noch ein zusätzlicher Link:)
http://www.rn-wissen.de/index.php/Spannungsregler

Hallo Spessi,

danke erst einmal für den Hinweis.
Die Idee finde ich nicht schlecht, kannst Du mir einen StepUp Wandler nennen? Damit habe ich noch nicht gearbeitet.

Wieviel mA bzw. A wird deine Schaltung denn ziehen?

Wenn ich mal die Hintergrundbeleuchtung des LCD mit einbeziehe, denke ich das ich so max. 300-500mA sein könnten.

Wow, das werden aber dann Brummer an Akkus, oder die Laufzeit wird kurz. Da würde ich eher zu mehr Zellen raten und anstatt eines Step-Up einen Step-Down Wandler benutzen. Kommt aber darauf an, wie lange die Schaltung ohne Netz laufen soll.

Hallo,
also dann wäre z. B. der LT1072 ganz brauchbar (Braucht nur wegen der geringen Frequenz eine recht hohe Induktivität).

Ansonsten kannst dir auch den MC34063 anschauen (den hat mir gerade ein Kollege empfohlen). Der soll wohl sehr günstig sein, braucht aber dafür recht viel externe Beschaltung.


Solltest du allerdings keinen Wert auf lange Lebensdauer der Batterien legen kannst du natürlich auch einen Linearregler, z. B. nen simplen 7805 hernehmen. Dann bräuchtest du aber eine höhere Spannung als 5V, damit er sie runterregeln kann.


[Da du auf deiner Homepage recht viel mit Modellautos hast frag ich jetzt einfach mal: steuert der ATMega auch einen Motor an? Wenn ja dann die Motoren _nicht_ mit den 5V vom Regler versorgen sondern direkt von den Batterien.]

Zitat:

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Zitat von Bumbum

Wow, das werden aber dann Brummer an Akkus, oder die Laufzeit wird kurz. Da würde ich eher zu mehr Zellen raten und anstatt eines Step-Up einen Step-Down Wandler benutzen. Kommt aber darauf an, wie lange die Schaltung ohne Netz laufen soll.

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Imho ist Step-Up-Wandler da die beste Methode. Die Schaltung direkt von Akkus / Batterien zu betreiben halte ich persönlich nicht für ideal.
Gute Step-Up / Step-Down Wandler haben nen Wirkungsgrad von 70-90%. Als Beispiel wären da z. B. die Wandler von Texas Instruments zu nennen, an die man aber leider nur als Sample kommt (und das als Otto-Normal-Verbraucher im normalfall auch nicht). Dort muss man nur die Eingangsspannung anlegen, mit einem Widerstand die Ausgangsspannung festlegen und schon läuft's. (Sind allerdings auch komplette Module).


Edit: Sorry, falsch gelesen! Habe gelesen "Da würde ich eher zu mehr Zellen raten anstatt eines Step-Up-Wandlers".
Frage: Wieso denn einen Step-Down-Wandler und mehr Zellen?

Mit diesem Projekt ist jemand an mich herangetreten und ich plante es mit Netzteil, da der Einsatz dieses Gerätes in vermutlich 99% der Fälle in der nähe eines Netzanschlusses stattfinden wird.
Aus irgend einem Grund wollte er es mit Batteriebetrieb haben und nun versuche ich einen möglichst eleganten Weg zu finden, da ich der selben Meinung bin wie Du mit der Laufzeit.

Eine Überlegung meinerseits war schon einen Festspannungsregler mit 3V zu verwenden um Schaltung und Display zu versorgen, die Beleuchtung direkt aus dem Akku und dann mit 4 Zellen.
Aber der Aufwand wird auf jeden Fall deutlich Umfangreicher als ich mir das eigentlich dachte.
Mein Favorit ist allerdings immer noch das Netzteil

Zitat:

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Zitat von Spessi

...
[Da du auf deiner Homepage recht viel mit Modellautos hast frag ich jetzt einfach mal: steuert der ATMega auch einen Motor an? Wenn ja dann die Motoren _nicht_ mit den 5V vom Regler versorgen sondern direkt von den Batterien.]

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Die Schaltung hat mit meinem Modellbau in diesem Fall nichts zu tun. Der Hohe Strom kommt nur durch die Hintergrundbeleuchtung des Displays zustande.
Der µC verarbeitet lediglich die Signale von max. 2 Hallsnsoren (die auch noch von der Schaltung gepeist werden), rechnet ein wenig und gibt die Daten auf dem Display aus. Die Beleuchtung ist mit 200mA angegeben, die restliche schaltung wir vermutlich auch mit unter 100mA auskommen. Der rest den ich angeben habe ist ein wenig resrve gewesen.

Hallo,

@Spessi: Mehr Zellen = Mehr Kapazität = längere Betriebsdauer. Ob up oder down gewandelt wird ist dann im Endeffekt egal und hängt nur davon ab wie lange das Ding laufen soll.

@Henry: Wenn die Beleuchtung nicht so hell leuchten muss, kannst du auch einfach einen Vorwiderstand rein machen. Vielleicht leuchtet die auch noch mit 50mA ausreichend hell, musst du mal probieren. Ich finde die LCD-Displays auch ohne Beleuchtung recht gut ablesbar.

Der Aufwand eines Schaltreglers ist gar nicht mal so aufwendig. Richtig aufwendig wird es erst,wenn die Ladeschaltung für die Akkus auch noch integriert werden soll.

Wenn du dich für eine Lösung (Step-Up oder Step-Down) entschieden hast, kannst du ja den Akku-Pack steckbar machen und bei Bedarf an die Steckverbindung ein Steckernetzteil anschließen.

Viele Grüße
Andreas

@Bumbum: Ah ok, das ist schon klar, ja. Hat mich nur gewundert weshalb du so plötzlich den Step-Down-Wandler vorgeschlagen hattest.

Aber im Grunde hast du recht: 6 Batterien in Reihe schalten und dann mit eine Step Down Wandler runter auf 5V bringen ist einfacher als 2x 3 Akkus parallel und die 2 Packs dann in Reihe (um auf die Mindestspannung von 3V für z. B. den LT1072) zu kommen.

Grüße

Hallo,

@Bumbum: Das mit der Beleuchtung muss ich mal versuchen evt. hast Du da ja Recht.
Ladeschaltung wird auf jeden Fall nicht integriert.

Ich habe selbst Erfahrung mit mobilen Geräten. Sobald der Stromverbrauch über 100mA steigt wirds kritisch mit Step-Up-Wandlern, weil dann die Akkus Ruck Zuck schlapp machen, da durch die Wandler der entnommene Strom noch mal höher ist.

Je höher der Laststrom eines Akkus, desto weniger der angegebenen Kapazität kann man nutzen. Das habe ich alles selbst durch leidiges Probieren erfahren müssen.

Aus diesem Grund habe ich bei 300mA aus einem Akku sofort Step-Down geschriehen! ;-)

Viele Grüße
Andreas

Edit, Nachtrag: Das gilt alles natürlich nur für Schaltungen mit µC, die auch ein paar Stunden laufen sollen. Mir ist schon klar, das z.B. im Modellbau so ein Akkupack in 10 Minuten leer gesaugt sein kann.

Bei dieser Schaltung sollte der Akku bzw. die Batterien durchaus etwas länger halten.
Ich werde es wohl erst einmal mit einem LowDrop Spannungsregler (TS2940 3,3V) versuchen. Damit habe ich dann die benötigte Zellenzahl auf erträgliche 4 Zellen reduziert und erhöhe mir den Strom nicht unnötig durch das hochwandeln.
Dann werde ich für den Akkubetrieb noch eine Spannungsüberwachung mit Warnung integrieren und die Displaybeleuchtung abschaltbar gestallten (ggf. auch über PWM dimmbar).

Ich bedanke mich für alle erue Hinweise und versuche nun die Erkenntnisse in einen Schaltplan und dann auch in einen Prototypen umzusetzen.

Äääähm, ein Schaltregler benötigt ca. 3 bis 5 Bauteile mehr, hat aber bei Akkubetrieb den deutlich höhren Wirkungsgrad.

Beim Low Drop verheizt du bei 4 Zellen ja trotzdem eine Menge Energie, mal ganz davon abgesehen das du dann auch die Akkus nie komplett leer machen kannst, oder rechen ich gerade falsch?

Wäre denn da der LM2575T-3.3 eine geeignete Wahl für mich?

Der LM2575T-3.3 sollte gehen, wenn die Schaltung nicht besonders klein der leicht sein muss. Die Frequenz ist relativ niedrig und die Induktivität daher relativ groß. Dafür ist das Layout nicht so krietisch. Für den Empfindlicheren Teil (Sensoren, AD) lieber einen LC Filter vorsehen. Die Induktivität lieber etwas größer als sonst beim Mega8 von VCC nach AVCC.

Hallo,

danke für die Info. Das wird ja dann doch wesendlich aufwendiger als gedacht.
In welchem Ramen muss denn die Induktivität des Mega größer werden?
Wie kann ich erkennen ob die Induktivität, die ich mir aus dem Katalog herassuche, für meinen Step-Down Regler geeignet sind? Da muss ja schließlich der ganze Strom durch wie ich das im Datenblatt gesehen habe.

Ich würde als induktivität für AVCC etwa 100 µH nehmen, die typischen 10 µH würden aber wohl auch schon reichen. Ob man dann noch einen Elko dahinter braucht muß man sehen. Der Strom ist da ja normalerweise ohnehin eher gering und eine größere Drossel kein Problem.

Die Induktivität für den Schaltregler sollte einen kleinen Widerstand und eine genügend hohe Sättigungsstromstärke haben. Die Sättigung sollte frühestens beim 1,5 fachen des benutzten Stromes beginnen. Für die genannten 300-500 mA also frühestens bei 750 mA. Wenn man mit 300 mA auskommt, dann halt sollte auch eine 450 mA Induktivität reichen. Nach der Grafik im Datenblatt wird man wohl 220-330 µH brauchen (für 5-6 V am Eingang und 300 mA).
Bei Reichelt wären das z.B. L-11P 330µ (bis 700 mA angegeben) oder als SMD L-PIS4720 330µ oder L-PIS4728 270µ.

Danke für die Ausführungen. Ich werde mal noch einmal in den Reicheltkatalog schauen und nach den Angaben schauen. Ich bin nämlich damit nicht ganz so zurecht gekommen. Aber jetzt wo ich einen Typ zum vergleichen habe, wird es wohl ;-)