Verpolschutz ohne Diode/uC im Akkubetrieb

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hi Leute,

ich möchte einen uController mit Akkus (ab und zu auch mit Netzteil) betreiben. Nun möchte ich aber ungern 0,6V meiner Akkuspannung verschwenden. Abgesehen von einer Diode mit in Reihe geschalteter Sicherung, welche durchbrennt wenn die Akkus verkehrtrum eingelegt werden, was gibts noch für Möglichkeiten?

Für meinen uController brauch ich 3,3 V.

Gibts vielleicht schon AllInOne Lösungen für solche Zwecke? Ich stelle mir sowas vor wie, wenn kein Netzgerät angeschlossen ist -> Akkubetrieb, wenn Netzgerät drann ist -> Netzbetrieb. Cool wäre noch, wenn im Netzbetrieb gleich der/die Akkus wieder aufgeladen werden würden. Toll wäre auch noch eine Meldung, wenn die Akkus zur Neige gehen.

Danke im Voraus für Hinweise!

Gruss
P.

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Hallo P.,

ich möchte einen uController mit Akkus (ab und zu auch mit
Netzteil) betreiben. Nun möchte ich aber ungern 0,6V meiner
Akkuspannung verschwenden. Abgesehen von einer Diode mit in
Reihe geschalteter Sicherung, welche durchbrennt wenn die
Akkus verkehrtrum eingelegt werden, was gibts noch für
Möglichkeiten?

Eigentlich nicht, ausser dass man ein Z-Diode dazu nimmt, dann ist auch gegen Überspannung abgesichert.

MfG Peter(TOO)

3

Hallo,

ich möchte einen uController mit Akkus (ab und zu auch mit
Netzteil) betreiben. Nun möchte ich aber ungern 0,6V meiner
Akkuspannung verschwenden.

Eine Schottkydiode hat nur ca. 0,3…0,4V Flussspannung
z.B. SS36

Abgesehen von einer Diode mit in
Reihe geschalteter Sicherung, welche durchbrennt wenn die
Akkus verkehrtrum eingelegt werden, was gibts noch für
Möglichkeiten?

Viel schöner als Sicherungen sind Polyswitche (Kaltleiter),
die stellen sich selbst zurück.

Wenn man hinter einen Polyswitch eine Schottkydiode in Sperr-
richtung schaltet, macht die bei Falschpolung einen Kurzschluß,
der dann rel. schnell zum Ansprechen des Polyswitch führt.

Man kann natürlich auch noch ganz andere Lösungen machen.
Z.B. mit Transistor -> Uce Akkubetrieb, wenn Netzgerät drann ist

-> Netzbetrieb. Cool wäre noch, wenn im Netzbetrieb gleich
der/die Akkus wieder aufgeladen werden würden. Toll wäre auch
noch eine Meldung, wenn die Akkus zur Neige gehen.

Geht alles. Gibt zB. auch IC mit Ladeschaltung und Überwachung.

Gruß Uwi

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Hi,

Für meinen uController brauch ich 3,3 V.

Bischen mehr Info zu techn. Randbedingungen wäre hilfreich.
Was für Stromverbreich, welche Akkus, welche Budget,
Wieviel Anhung von Elektronik usw.

bischen schwierig das ganze, da wir uns noch in einer recht frühen Phase befinden. Das ganze soll eine Kamera werden. Mikrocontroller mit angeschl. CCD-Chip.

Zum Stromverbrauch:

  1. Mikrocontroller 3,3V bei rund 100mA
  2. CCD Chip 381mW Vcc 1,8V
    zusammen also rund 320mA falls ich mir die 1,8V einfach mal so von den 3,3V abknappse. Mit einem DC/DC-Wandler vielleicht auch ein bischen weniger.
    Plus ein wenig Kleinkram, der aber nicht weiter ins Gewicht fallen sollte.

Akkus:
Als Akkus hatte ich NiMH in Standardgröße im Blick. Wenns aber einen Fertiglösung gibt, würde ich auch zu LiIo oä greifen.

Die Kamera soll über längere Zeiträume Bilder machen. In den Ruhephasen wird der CCD zwecks Stromsparen abgeschaltet und der Mikrocontroller soweit möglich im Stromsparmodus betrieben.

Die Kamera soll im Netz und im Akkubetrieb funktionieren. Das mit dem Akku aufladen während des Netzbetriebs ist eigtl. nur eine Schnappsidee von mir falls es eine Fertiglösung dafür geben sollte.

Toll wäre nun eine Fertiglösung, welche Verpolungs- und Überspannungssicher (falls irgendwer ein falsches Netzteil anschließt) die Spannungsversorgung (3,3V; die 1,8V kann ich mir dann auch noch selber erzeugen) übernimmt, und dabei möglichst „viel aus den Akkus rausholt“. Das ganze nat. mit automatischer Akkuabschaltung im Netzbetrieb.

Meine Kentnisse:
Habe vor Ewigkeiten mal eine Ausbildung zum Industrieelektroniker gemacht.

Budget:
Kommt darauf an wie komfortabel die Lösung ist. Wenn es anwendersicher , komfortabel, einfach und effizient ist, darfs auch ruhig etwas mehr kosten. :wink:

Gruss
P.

5

Hallo P.,

Ein Verpolungsschutz in Form eines IC ist grundsätzlich gar nicht so einfach.

Abgesehen von speziellen Herstellungstechniken, sind die einzelnen Schaltungsteile durch Diodenstrecken voneinander getrennt. Bei den IO-Pads ergeben sich dadurch immer parasitäre Dioden gegen Vo und V+ und welche zwischen Vo und V+.

Grundsätzlich hast du immer das Problem, dass du die Spannungsquelle von deiner Schaltung trennen musst, wen sie verpolt ist. Somit kommst du Schaltungstechnisch nicht um einen Schalter herum, welcher natürlich immer einen Spannungsabfall erzeugt (auch eine Schmelzsicherung hat einen Widerstand).

Für dein externes Netzteil, würde ich in jedem Fall eine höhere Spannung als die 3.3V vorsehen und mit einem Spannungsregler die Spannung in der Kamera erzeugen.
Dadurch hast du weniger Probleme mit Störsignalen, welche auf die Zuleitung eingestreut werden und der Spannungsabfall auf der Zuleitung spielt auch eine wesentlich kleinere Rolle (Oft ist da wo die Kamera ist, keine Steckdose vorhanden). Zudem kann man dann auch die freien Adern des Netzwerkkabels verwenden, einige 100mV Spannungsabfall spielen dann keine Rolle.
Wenn das Netzteil nicht geerdet ist, kannst du auch gleich eine Gl.-Brücke einbauen.

Wenn der Akku fest eingebaut wird, ist das mit dem Verpolungsschutz für den Akku eigentlich kein Problem. Wenn die Fabrikation das mit dem Akku nicht in den Griff bekommt, werden auch Dioden und Elkos falsch bestückt werden.
Bei auswechselbaren Akkus benötigst du nur einen passenden Batteriehalter. Diese Akkus sind alle so konstruiert, dass der Verpolungsschutz rein mechanisch gewährleistet werden kann.

Hier solltest du dich mal umsehen:
http://para.maxim-ic.com/index.mvp?tree=powersupplies
http://www.national.com/appinfo/power/
http://www.linear.com/pc/viewCategory.jsp?navId=H0,C…

MfG Peter(TOO)

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Hallo,

Zum Stromverbrauch:

  1. Mikrocontroller 3,3V bei rund 100mA
  2. CCD Chip 381mW Vcc 1,8V
    zusammen also rund 320mA falls ich mir die 1,8V einfach mal so
    von den 3,3V abknappse. Mit einem DC/DC-Wandler vielleicht
    auch ein bischen weniger.

Da würde ich schon zu Schaltreglern rate. Step-Down-Regler
lassen sich heutzutage recht leicht applizieren.

Dann macht es auch Sinn, die Akkuspannung deutlich höher zu
setzen, also mind. 4 oder mehr Zellen zu benutzen.
Ihr habt doch sicher nicht den Ehrgeiz den Akku minimalistisch
auszulegen, oder?

Plus ein wenig Kleinkram, der aber nicht weiter ins Gewicht
fallen sollte.

Akkus:
Als Akkus hatte ich NiMH in Standardgröße im Blick. Wenns aber
einen Fertiglösung gibt, würde ich auch zu LiIo oä greifen.

NiMH hat natürlich den Charme, daß man solche Zellen billig sind
und man mit preiswert käuflichen Ladegeräten laden kann.
Ist natürlich nicht so komfortabel, wie Incircuit-Laden.

Einen integrierte Ladeschaltung verlangt doch nach einem
Ladecontroller. Da gibt’s aber einiges von verschiedenen
Herstellern (z.B. Maxim, Phillips).
Man kann natürlich mit dem uC selbst auch überwachen und Laden,
sofern da ein paar Resourcen frei sind.

Die Kamera soll über längere Zeiträume Bilder machen. In den
Ruhephasen wird der CCD zwecks Stromsparen abgeschaltet und
der Mikrocontroller soweit möglich im Stromsparmodus
betrieben.

Die Kamera soll im Netz und im Akkubetrieb funktionieren. Das
mit dem Akku aufladen während des Netzbetriebs ist eigtl. nur
eine Schnappsidee von mir falls es eine Fertiglösung dafür
geben sollte.

Würde ich als reine Fleißarbeit sehen.
Ansonsten sind eben Standardzellen das Mittel der Wahl.

Toll wäre nun eine Fertiglösung, welche Verpolungs- und
Überspannungssicher (falls irgendwer ein falsches Netzteil
anschließt) die Spannungsversorgung (3,3V; die 1,8V kann ich
mir dann auch noch selber erzeugen) übernimmt,

Ich würde das Konzept auch so wie Peter machen.
Netzspannung eher höher. Mit Step-down-reglern kann man einem
weiten Bereich von 5…6V bis ca. 25…30V Eingangspannung
mit einem Wirkunggrad von mind. 80% realisieren.
Da spielt eine Verpolschutzdiode eh keine Rolle mehr.
Eine vernüftige Schutzbeschaltung macht das Ding quasi
unkaputtbar :smile:

Was den Akku betrifft, denke ich auch eher an eine konstruktive
Lösung. Bei höherer Akkuspannung geht aber auch da noch was
mit Verpolschutz.

und dabei
möglichst „viel aus den Akkus rausholt“. Das ganze nat. mit
automatischer Akkuabschaltung im Netzbetrieb.

Umschaltung auf Netzbetrieb ist dann eher trivial.

Abschaltung bei Erreichen der min. Entladespannung ist aber
zwingend nötig. Da gibt’s auch spezielle IC für.
Ich habe sowas auch mal eingesetzt, der IC fällt mir aber
jetzt nicht ein.

Überwachung mittels ADC (im uC ?) wäre auch eine Lösung.

Gruß Uwi

Meine Kentnisse:
Habe vor Ewigkeiten mal eine Ausbildung zum
Industrieelektroniker gemacht.

Budget:
Kommt darauf an wie komfortabel die Lösung ist. Wenn es
anwendersicher , komfortabel, einfach und effizient ist,
darfs auch ruhig etwas mehr kosten. :wink:

Gruss
P.

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Hi,

Dann macht es auch Sinn, die Akkuspannung deutlich höher zu
setzen, also mind. 4 oder mehr Zellen zu benutzen.
Ihr habt doch sicher nicht den Ehrgeiz den Akku minimalistisch
auszulegen, oder?

eigtl. hatte ich vor einen StepUp Regler zu verwenden und dann einfach soviele Zellen wie wir letzendlich benötigen parallel zu schalten. Zwecks maximaler Flexibilität, da wir noch nicht wissen wieviele Akkus in unser Gehäuse passen.
Hat diese Lösung irgendwelche Nachteile? Warum sollte die Akkuspannung höher liegen? Kann man NiMH Zellen „ungestraft“ parallel schalten oder sollte man das lieber lassen?

Ich würde das Konzept auch so wie Peter machen.
Netzspannung eher höher. Mit Step-down-reglern kann man einem
weiten Bereich von 5…6V bis ca. 25…30V Eingangspannung
mit einem Wirkunggrad von mind. 80% realisieren.
Da spielt eine Verpolschutzdiode eh keine Rolle mehr.
Eine vernüftige Schutzbeschaltung macht das Ding quasi
unkaputtbar :smile:

Also, das hatte ich sowieso vor, wobei wir jetzt darüber nachdenken, uns die Betriebsspannung vom USB-Port zu nehmen. Dahinter würde ich dann einfach einen 3,3 V Spannungsregler setzen.
Dann könnten wir sowohl ein 5V-Netzteil mit USB Stecker nehmen oder aber einfach an den Rechner stecken.

Gruss
P.

8

Hallo,

Dann macht es auch Sinn, die Akkuspannung deutlich höher zu
setzen, also mind. 4 oder mehr Zellen zu benutzen.
Ihr habt doch sicher nicht den Ehrgeiz den Akku minimalistisch
auszulegen, oder?

eigtl. hatte ich vor einen StepUp Regler zu verwenden und dann
einfach so viele Zellen wie wir letzendlich benötigen parallel
zu schalten.

Oh weh, Akkus parallel schalten, das ist gar nicht gut :frowning:
Da kann es leicht zu heftigen Ausgleichsströmen kommen,
wenn die Zellenspannung nicht exakt gleich ist.

StepDownregler sind auch viel einfacher als StepUp.
Bei kleiner Zellenspannung bekommt man entsprechend große Ströme.
Die Verluste sind dann auch äquivalent höher.
So ein Kozept macht überall Mühe und Ärger.

Zwecks maximaler Flexibilität, da wir noch nicht
wissen wieviele Akkus in unser Gehäuse passen.

Chemische Zellen zuerst mal nur in Reihe schalten !!!
Die Größe und Anzahl der Zellen sollte sich aber nach dem
Bedarf richten und nicht danach, wieviel Platz man gerade
noch drüber hat.

Hat diese Lösung irgendwelche Nachteile? Warum sollte die
Akkuspannung höher liegen? Kann man NiMH Zellen „ungestraft“
parallel schalten oder sollte man das lieber lassen?

siehe oben.
Man kann parallel schalten, wenn man die Zellen entkoppelt,
aber das willst du nicht wirklich.

Ich würde das Konzept auch so wie Peter machen.
Netzspannung eher höher. Mit Step-down-reglern kann man einem
weiten Bereich von 5…6V bis ca. 25…30V Eingangspannung
mit einem Wirkunggrad von mind. 80% realisieren.
Da spielt eine Verpolschutzdiode eh keine Rolle mehr.
Eine vernüftige Schutzbeschaltung macht das Ding quasi
unkaputtbar :smile:

Also, das hatte ich sowieso vor, wobei wir jetzt darüber
nachdenken, uns die Betriebsspannung vom USB-Port zu nehmen.
Dahinter würde ich dann einfach einen 3,3 V Spannungsregler
setzen.

Vorsicht,
USB hat bei Laptops oft weniger Leistung und du willst da um
300mA ziehen und dann noch Akkus laden ?
Außderdem weiss ich nicht genau, welche Spannung USB sicher
liefert. Ich denke, das läuft gerade an Laptops auch evtl.
auch nur mit 3,3V .

Dann könnten wir sowohl ein 5V-Netzteil mit USB Stecker nehmen
oder aber einfach an den Rechner stecken.

Warum wollt ihr es euch so schwer machen? Gibt es eine Grund dafür?

Mit einem 12V-Netzteil für paar Euro hat man reichlich Reserven
und kann sich einiges an Beschaltungen leisten, ohne immer
gleich an Grenzen zu stoßen. .

Gruß Uwi

9

Hi,

Zwecks maximaler Flexibilität, da wir noch nicht
wissen wieviele Akkus in unser Gehäuse passen.

Chemische Zellen zuerst mal nur in Reihe schalten !!!
Die Größe und Anzahl der Zellen sollte sich aber nach dem
Bedarf richten und nicht danach, wieviel Platz man gerade
noch drüber hat.

Bedarf hätten wir unendlich. :wink: Die Größe des Gehäuses ist in diesem Falle leider die Beschränkung. Wenn das aber wirklich so kritisch ist mitdem parallel schalten von Akkus, nehme ich halt einen StepDown Regler und schalte sie doch in Reihe. Bei den großen Eingangsspannungsbereichen, sollte ich da auch ein paar Reserven haben.

USB hat bei Laptops oft weniger Leistung und du willst da um
300mA ziehen und dann noch Akkus laden ?
Außderdem weiss ich nicht genau, welche Spannung USB sicher
liefert. Ich denke, das läuft gerade an Laptops auch evtl.
auch nur mit 3,3V .

Das mit den Akkus laden, werde ich voraussichtlich erst mal lassen. Das ein Laptop USB Port nur 3,3 V liefert wäre mir neu. In den USB-Spezifikationen habe ich auf die schnelle auch nichts gefunden, was das erlauben würde.

Warum wollt ihr es euch so schwer machen? Gibt es eine Grund
dafür?

Nun ja, diese Geräte werden unbeaufsichtigt in Büros stehen und ich möchte vermeiden, dass irgendwer ausversehen ein XX V Netzteil oder ähnliches anschließt. (In Büros gehts ja oft drunter und drüber was Netzteile betrifft) Mit einem USB Anschluss, könnte man das schonmal vermeiden und USB-Anschlüsse sind trotzdem fast überall verfügbar. Die Schutzbeschaltung könnte also wesentlich sparsamer ausfallen. Außer, dass jem. Akkus verkehrt herum einsetzt, könnte kaum noch was passieren.

Mit einem 12V-Netzteil für paar Euro hat man reichlich
Reserven
und kann sich einiges an Beschaltungen leisten, ohne immer
gleich an Grenzen zu stoßen. .

Stimmt natürlich auch. Abgesehen davon, muss sich soweit ich weiß, dass Gerät auch ordnungsgemäß per USB anmelden um die max. möglichen 500mA bekommen zu können. (sofern überhaupt verfügbar)

Da muss ich wohl nochmal drüber schlafen. :wink:

Gruss
P.

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Hallo,

Bedarf hätten wir unendlich. :wink: Die Größe des Gehäuses ist in
diesem Falle leider die Beschränkung. Wenn das aber wirklich
so kritisch ist mitdem parallel schalten von Akkus, nehme ich
halt einen StepDown Regler und schalte sie doch in Reihe. Bei
den großen Eingangsspannungsbereichen, sollte ich da auch ein
paar Reserven haben.

Ja, da macht man wenig falsch :smile:

Das mit den Akkus laden, werde ich voraussichtlich erst mal
lassen. Das ein Laptop USB Port nur 3,3 V liefert wäre mir
neu. In den USB-Spezifikationen habe ich auf die schnelle auch
nichts gefunden, was das erlauben würde.

Ja, die 5V sollten normal anliegen.
Aber in der sparversion bringt ein USB-Port nur ca. 100mA.

Warum wollt ihr es euch so schwer machen? Gibt es eine Grund
dafür?

Nun ja, diese Geräte werden unbeaufsichtigt in Büros stehen
und ich möchte vermeiden, dass irgendwer ausversehen ein XX V
Netzteil oder ähnliches anschließt. (In Büros gehts ja oft
drunter und drüber was Netzteile betrifft) Mit einem USB
Anschluss, könnte man das schonmal vermeiden und
USB-Anschlüsse sind trotzdem fast überall verfügbar.

Das Risiko damit andere USB-Geräte zu stören oder USB-Ports
zu zerschießen würde ich nicht eingehen.
Beachte auch, daß evtl. schon einige Geräte mit Strombedarf
am USB hängen.

Die Schutzbeschaltung könnte also wesentlich sparsamer ausfallen.

Mehr als 24V hat kaum ein Steckernetzteil. Bis 30V kann man mit
normalen Step-Down-Reglern locker realisieren.
Ich nehme prinzipiell in den Eingang eine Verpolschutzdiode,
einen Polyswitch und eine Transzorbdiode (z.B. SMCJ28)
um gegen alle Störungen vom Netzeingang (Verpolung, Falschspannung
sowie ESD/EMP) gewappnet zu sein.

Außer, dass jem. Akkus verkehrt herum einsetzt, könnte kaum
noch was passieren.

Auch da würde eine Verpolschutzdiode alles Idiotensicher machen.

Oder man schaltet eine Diode in Sperrichtung hinter einen
Polyswitch. Da wird die neg. Spannung auf ca. -1V begrenzt
und der Polyswitch verhindert das die Diode verbrennt.
Mit einer fetten Schottkydiode kann man auch -0,5V erreichen.
Bis dahin sollte kein normaler Digital-IC Schaden nehmen.

Das muß man aber in Verbindung mit dem max. Akkustrom richtig
dimensionieren. Schottkydioden sind weniger Hochstromfest.

Mit einem 12V-Netzteil für paar Euro hat man reichlich
Reserven und kann sich einiges an Beschaltungen leisten,
ohne immer gleich an Grenzen zu stoßen. .

Stimmt natürlich auch. Abgesehen davon, muss sich soweit ich
weiß, dass Gerät auch ordnungsgemäß per USB anmelden um die
max. möglichen 500mA bekommen zu können. (sofern überhaupt
verfügbar)

Ja genau, die High-Power-Version des USB macht auch noch Probleme

Gruß Uwi