MODDING-FAQ FORUM

Hi.

Ich hab mir, um meine Schaltung mit Spannung zu versorgen, bei Reichelt ein paar AAA NiMh akkus besorgt. Da ich von 1,2V ausging habe ich meine Schaltung natürlich schonmal auf den Betrieb mit 3,6V ausgelegt (3 Akkus hintereinander). Jetzt kamen sie hier an und ich habe schonmal 1,3V gemessen.. Ok, aber nanu? 1,3V? Bissel viel, und man muss sie ja erst noch aufladen. Erstmal habe ich die Widerstände in meiner Schaltung nun total falsch dimensioniert aber okay. Zweitens, wie lade ich die dinger richtig auf bzw woher weiß ich welche Spannung sie im vollgeladenen Zustand haben? Das muss ich wissen da meine kleine Ladeschaltung später eine feste Spannung auf die Akkus gibt woraufhin sie sich so lange aufladen bis deren Spannung soweit angestiegen ist dass keine Potentialdifferenz mehr vorliegt.

Was soll ich tun?

mfg PoWl

Nur weil auf den Akkus 1,2V draufsteht heist das nicht, dass die Zellenspannung konstant ist. Voll geladen bzw. die Leerlaufspannung ist normalerweise so zwischen 1,3-1,4V, im mittleren Ladebereich beträgt die Spannung dann den angegebenen 1,2V, und zum Ende hin sinkt die Spannung dann weiter ab.

Wenn deine Schaltung so empfindlich ist und keine 10% Überspannung aushält, dann musst du die Eingangsspannung eben regeln.

Außerdem lädt man Akkus mit einen konstanten Strom, laden mittels konstanter Spnnung ist vollkommen ungeeignet, da dadurch der Strom eben nicht kontrolliert wird und dadurch die Akkus relativ schnell das Zeitliche segnen, oder dir im schlimmsten Fall um die Ohren fliegt.

Dazu kommt noch, dass ein Messgerät einen Akku nicht belastet, also die Leerlaufspannung misst. Wird ein Akku aber belastet, sinkt die Spannung linear zum Stromverbrauch.

Hm.. ist es wirklich so schlimm wenn ich den akku lade in dem ich ihn mit einer konstanten Spannung versorge? Ansonsten bräuchte ich eine aufwändige ladeschaltung. Bei Wiki stand das kann man so machen :-(

Wie soll ich diese akkus nun aufladen? Ich nehme an an einem Konstanten strom aber wie lange? 10 stunden an 85mA? (die akkus haben 850mAh kapazität)

Theoretisch könnte ich meine Schaltung unabhängig von der Eingangsspannung machen. Allerdings bräuchte ich dann 3 Konstantstromquellen, und zwar möglichsts einfache. Weiß jemand wie man sich ne möglichst reinfache Konstantstromquelle aufbaut und ausrechnet? Ich dimme die LEDs die damit versorgt werden müssen per PWM mit einer Frequenz von schätzungsweise 300Hz.

mfg PoWl

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21 lesen, besser als Wiki was Elektronik angeht.
Eine akkubetriebene Schaltung, die stark von der Spannung abhängt, ist ein Fehlentwurf. Akkus ändern ihre Spannung beim Entladen relativ konstant von ca. 1,25V auf 0,9V runter.
Schreib doch mal komplett auf was du machen willst, vielleicht fällt uns was ohne 3 Stromquellen ein.

Ich hab mir mit einem mikrocontroller einen kleinen RGB fader gebastelt. Dabei werden eben 3 LED per PWM gedimmt. Entweder ich halte also die Spannung konstant so dass meine LEDs immer den gleichen strom ziehen, oder ich halte den Strom konstant so dass die Spannung variiern kann. Das wären bis zu 50mA bei der Roten LED und um die 10-20 mA bei Grün und Blau.

Das ganze soll eine LED-Base werden. Deshalb betrieb per Akku damit das ding auch mal ne Weile ohne Netzteil auskommt.

Wie soll ich die akkus denn nun aufladen? Sind 850 mAh AAA NiMh akkus.

mfg PoWl

LEDs steuert man bei veränderlicher Spannung am besten mit einer Konstantstromquelle an, allerdings muss dafür genügens Spannung vorhanden sein, denn: Ein Regler, der für diese Schaltung benötigt wird, hat 2-3V Eigenverbrauch. Somit benötigst du 4 oder 5 Zellen.

Die Akkus würde ich mit einer weiteren Konstantstromquelle mit 85mA 10 Stunden lang aufladen.

Hm.. ich kann doch nicht 5 Akkus da rein packen, da bleibt nichts mehr vom Gerät übrig ;-) *seufz*.. ok dann lege ich das ding eben auf 3,9V oder 4,2V anstatt auf 3,6V aus.

So, nun nochmal. Was Spricht dagegen einen Akku mit einer konstanten Spannung zu laden? Sobald die Akkus voll sind gibt es keine Potentialdifferenz mehr zwischen Spannungsquelle und Akkus, somit werden sie nicht überladen.

Die Frage ist hier nur, wie hoch soll die Spannung der Spannungsquelle sein? Kann ich die, nachdem ich die Akkus voll aufgeladen hab, mit einem Multimeter messen?

mfg PoWl

andere idee - selber effekt

wie wäre es mit goldcaps?

laut wiki:

Wie man Akkus lädt steht in dem Link den ich genannt habe, lesen muss das schon jeder selber.
Konstantstromquelle gibts z. B. im Datenblatt des LM317, man braucht dazu natürlich eine etwas höhere Spannung, aber beim Laden hat man ja genug Strom. Ansonsten gibts auch Akkuladegeräte zu kaufen, sofern du normale Akkus hast und keine die du fest einlöten willst.
Die bekommen LEDs wie auch sonst einen Vorwiderstand, die Helligkeit ist dann halt ein wenig vom Ladezustand der Akkus abhängig (bei den blauen ist das bisschen ungünstig, da die Vorwärtsspannung von denen recht nahe an der Ladeschlussspannung von 4 Akkus liegt).
Wenn dein µC noch einen ADC-Eingang freihat und eine interne Spannungsreferenz, kannst du auch die Akkuspannung messen und entsprechend den Duty Cycle der PWM vergößern, sodass die Helligkeit konstant bleibt (also die Widerstände auf Dauerleuchten bei 3,6V auslegen und bei den anfänglichen 4,8V per PWM die Helligkeit reduzieren).

Goldcaps sind dafür quatsch, die sich viel viel viel zu klein und vertragen außerdem keine hohen Ströme (Innenwiderstand im 100 Ohm-Bereich).

Nette Idee aber für mein Vorhaben reicht die Kapazität eines solchen Kondensators höchstens aus um das ding 2 Minuten am Laufen zu halten. Es sollte aber auch mal so ein paar Stunden durchlaufen können.

Auf diversen Seiten steht geschrieben dass sich das Konstantspannungsladeverfahren für NiCd und NiMh Akkus also nicht eignet da die dinger keine feste Ladeschlussspannung haben. Was heißt das denn? In wie fern schwankt die denn so stark dass das Verfahren völlig unbrauchbar ist? Mir ist mir das Delta-U verfahren aufgefallen was mich allerdings dazu zwingt einen größeren mikrocontroller mit ladeprogramm einzusetzen, ausserdem noch einige Forschungen in dem Bereich bis ich mal einen Lader zusammengebastelt habe der mir die Akkus auch schonend läd und nicht kaputt macht.

Mehr als 3 AAA Zellen in mein Gerätchen einzubauen wollte ich der Größe und des Preises wegen vermeiden.

//Edit: Konstantstromquelle mit dem LM317 ist ja schön und gut aber leider brauch ich dazu viel zu viel Spannung. Mir bleibt nix anderes übrig als in Kauf zu nehmen dass die Helligkeit mit der Zeit absinkt. Oder gibt es eine Konstantstromquelle an der nicht viel Spannung selbst abfällt?

mfg PoWl

Kleiner Hinweis: Macht man das Akku-Laden falsch, geben die Akkus im günstigen Fall einfach auf und sterben ab. NiMH-Akkus und LiPo's haben dagegen die Eigenschaft, auf falsche Ladung mit Explosionsgefahr zu reagieren.

Also unbedingt gewissenhaft vorgehen :bestens:

Im Zweifelsfall würde ich für das Konstantspannungsladeverfahren eine Spannung wählen die noch unterhalb des Tolleranzbereichs liegt ;-)

Allerdings wäre es trotzdem schön wenn mir das noch jemand mal genauer erklärn könnte. Im Internet steht nur man es wäre wegen der Tolleranzen der Ladeschlussspannung ungeeignet für NiMh akkus.

Btw: eignet sich eine konstantspannungsquelle mit einem FET? Fällt hier auch soviel Spannung ab? http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Feldeffekttransistor

Mein LM hat selbst bei 5V nur 40mA rausgehauen, erst als ich die Spannung weiter erhöht habe hat sich die LED ihre 50mA geholt die sie braucht. Das wären dann ja über 3V Spannungsabfall, leider viel zu viel. Wenn es nicht möglich ist eine Konstantstromquelle so zu realisieren hab ich leider pech gehabt ;-)

Es gäbe schon alternativen zu einer LM317 Stromregelung. Man kann die auch einfach diskret aufbaun, allerdings hat man da trotzdem einen Spannungsabfall von ca. 1,5V. Für eine Low-Drop Stromregelung müsste man einen OpAmp einsetzten und den Strom über einen niederohmigen Shunt messen, oder gleich die Flussspannung der LED regeln (ist dann allerdings temperaturabhängig) Allerdings sind OpAmps, die bei solch niedrigen Spannungen noch einwandfrei arbeiten, nicht gerade die günstigsten, so dass cih das eigentlich nicht rentiert.

Also entweder du lebst damit, oder, wie TzA auch schon sagte, du kompensierst das über die Software.

Zur Ladesache: Es gibt da prinzipiell zwei Probleme, man kann ohne zusätzliche Beschaltung nicht feststellen wann die Akkus voll sind, d.h. ein überladen ist vorprogramiert. Das zweite Problem ist die fehlende Strombegrenzung, wenn die Akkus leer sind herscht ein großer Spannungsunterschied und dadurch fließt ein hoher Strom in die Akkus, das vertragen Akkus überhaupt nicht.

Naja, angenommen ich gehe mal davon aus dass sie bei 1,4V gschtopptevoll sind. Bei 1,3V meinetwegen nur so um die 80%. Dann siedel ich meine Ladespannung eben bei 1,3V an und finde mich damit ab den akku nie mehr als ca 80% voll zu kriegen. Aber es tut sich gerade ein weiterer abgrund auf. Der Fader selbst braucht im Betrieb noch bis zu ~70 mA. Wenn ich für die Akkuldeschaltung eine Strombegrenzung einbaue müsste ich diese auf 85mA (1/10 Kapazität des akkus) auslegen, aber in manchen Fadingphasen bleiben davon nur noch 15mA ladestrom übrig. Alternativ kann ich die Strombegrenzung nur für den akku nehmen, allerdings brauch ich dann trotzdem wieder einen größeren Controller womit ich auch gleich das -DeltaU ladeverfahren benutzen kann..

Ich hätte hier eine Schaltung, die deine LEDs etwa gleich hell hält und nur 0.7 V Drop hat.

An der Zenerdiode fällt immer eine konstante Spannung ab, die dann wie in der Transistor-Lüftersteuerung (http://www.modding-faq.de/index.php?artid=501) mit einem Drop von 0.7 Volt am Emitter des Transistors anliegt. Die Zenerdiodenspannung sollte so nahe wie möglich an der Leerspannung des Akkus sein, bei drei Zellen also 2.7 Volt (Conrad 18 00 25-55, 0.25 Euro). Diese Spannung - 0.7 Volt ist dann für die LEDs verfügbar, also 2 Volt. Für die roten LEDs reicht das, für die gelben wirds sehr knapp...

Die Spannung an der Zenerdiode ist keineswegs konstant. Dafür ist in diesem Fall der Strom einerseits viel zu gering und andererseits nicht mal halbwegs konstant.

Außerdem wäre bei einer LED eine Stromquelle besser geeignet.

Klar ändert sich die Zenerspannung abhängig vom Strom, aber dafür bleibt die Helligkeit länger gleich.
Hier die Kennlinie, 2.7 Volt ist auch dabei: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Kennlinie_Z-Diode.jpg

Eine andere Möglichkeit, welche aber einen Drop von 1.4 Volt hat:

Es wäre aber sinnvoller mit dieser Referenzspannung den Strom zu regeln, da eine LED auf Spannungsänderungen deutlich stärker reagiert als auf Stromänderungen.

Ich versteh nicht, wie du dir das vorstellst. Mach doch einen Schaltplan.

(http://img508.imageshack.us/img508/5493/image4au1.gif)
Eine ganz normale Stromregelung, nix besonderes, wenn man stat einer Z-Diode zwei Kleinsignaldioden in Reihe oder gleich eine 1,2V Bandgap Referenz nimmt kommt man damit auf einen Drop von unter 0,6-0,7V.

Danke für die Vorschläge. Ich werde jedoch das Spannungsproblem mit den LEDs per Software kompensieren. Mit einem PWM-ausgang des nun größeren mikrocontrollers und einem RC-glied oder LC-glied (muss ich mich noch drüber informiern) kann ich eine gleichmäßige spannung erzeugen. Sowas wie ein Schaltspannungsregler, ich glaube sogar ohne Spannungsdrop :-). Doch wie bekomme ich die Referenzspannung für den µC bei fallender Spannung? Ich weiß nicht ob er eine feste Spannungsreferenz eingebaut hat, wenn ja dann kann ich diese nutzen, ansonsten ein Spannungsregler an den Referenzspannungseingang. Per Spannungsteiler kann ich dann die Spannung der 3 hintereinandergeschalteten Zellen auf ein für den µC messbares maß verkleinern :-) Dann kann ich einfach die - Delta U Lademethode bzw die mit dessen Ableitung anwenden.

geht das so?

mfg PoWl

@Reisi: Dafür benötigst du aber auch eine stromunabhängige Spannungsreferenz, eine simple Diode (ob Zener oder nicht ist egal) reicht da nicht.

@PoWl: Die Referanzspannung würde ich von einem Spannungsregler abgreifen. Den LM317 kann man ja bis auf 1.25 Volt regeln. Allerdings steht da wieder der Drop im weg... Wie stellst du eigentlich die (hoffentlich stabile) Versorgungsspannung für den µC bereit?

Naja, solande die Schaltung nicht am Netz hängt wird der µC vom akku versorgt, durch die Spannungsreferenz vom Spannungsregler für den AD-Wandler bekomme ich aber immer aussagekräftige werte.

Die gute Frage ist nur, was passiert wenn ich nun den Stecker vom Netz dran hänge? Der µC muss fortan übers Netz versorgt werden und der Akku muss zunächst mal von allem getrennt werden damit der µC ihn geregelt aufladen kann.

Ich könnte natürlich versuchen einen I/O pin einfach mit dem Pluspol der Netzleitung zu verbinden und den µC dann entsprechende Transistoren schalten lassen um sich selbst von den akkus zu trennen und ans netz zu schalten. Wenn der akku allerdings total leer ist so dass er nicht mehr die Versorgungsspannung für den µC bereitstellen kann dann geht das ganze garnicht erst los... was ist wenn ich über eine kleine NOR-logikschaltung die akkus vom Transistor trenne? Ein relais wollte ich nicht benutzen da diese in dieder größe 2,50€ kosten und das rechnet sich nicht wirklich.. hat jemand ne idee?

mfg PoWl

max, du hast mich anscheinend falsch verstanden, natürlich ist der Strom dieser Schaltung auch von der Versorgungsspannung abhängig (mit einer BG-Referenz allerdings nicht), allerdings bei weitem nicht in dem Maße wie bei einer Spannungsregelung.

PoWl, verstehe ich das richtig, dass du dir für die LEDs über eine zusätzliche PWM eine konstante Spannung erzeugen willst, damit die Helligkeit konstant bleibt? Ist doch viel zu umständlich, mach das PWM Verhältniss der LEDs von der Versorgungsspannung abhängig. Also z.B bei leeren Akkus gibst die vollen 100% DC aus, und bei vollen Akkus eben nur max. 70% (wie weit der gesenkt werden muss musst vorher eben mal ausprobiern)
Die Akkuversorgung solltest auf jeden Fall vom µC aus kontrollieren können, schon allein um die Akkus vor Tiefenentladung zu schützen. Sobald das Netzteil eigesteckt ist natürlich umschalten, das geht eigentlich mit 1-2 Transistoren und geschickter Verschaltung.

Ja das hast du so richtig verstanden. Hm viel zu umständlich.. jein. Wenn ich das PWM-verhältnis von der Versorgungsspannung abhängig mache schränke ich natürlich die Abstufung ein. Ich müsst hier ausserdem im µC mit verschiedenen PWM-Tabellen arbeiten für unterschiedliche Spannungen arbeiten. Wenn ich es über eine zusätzliche (hardwaregesteuerte) PWM realisiere muss ich einfach nur die entsprechenden PWM-werte aus einer tabele der entsprechenden Spannung zuordnen. Auf den ersten Blick ein Umstand. Aber es bietet eben die Vorteile dass es die Auflösung der LED-PWM nicht einschränkt und viel mehr unterschiedliche Spannungen zulässt.

Das mit den Transistoren, da muss ich mir noch Gedanken machen ;-) Wenn ich zeit hab heut nacht..^^

mfg PoWl

@PoWl: Du hast mich falsch verstanden. Du hast ja einen µC in dem akkubetriebenen Gerät, und dieser benötigt doch eine konstante Spannung. Wie willst du diese bereitstellen? Direkt vom Akku geht ja nicht.

Du hast noch nicht so viel mit µCs gemacht, oder? Glaubs mir so einfach, wie du dir das anscheinend vorstellst, ist eine Spannungsregelung auch nicht. Eine PWM Anpassung ist deutlich einfacher. Die Auflösung reicht für eine 300HZ PWM auch locker aus. Hast du schon mal eine 7bit mit einer 8bit PWM verglichen?

Einerseits sind dir 2,50 für ein Relais zu viel, abewr andererseits stürtz du dich freiwillig in Unkosten und zusätzlichen Hardwareaufwand. Den schlechteren Wirkungsgrad deiner Lösung steht auch irgendwie im Widerspruch zu Batteriebetrieb.

mak, eine direkte Versorgung vom Akku ist kein Problem, ein Akku liefert eine stabile Spannung, diese sinkt zwar aber so langsam dass es keine Probleme darstellt. Solange der µC für den gesamten Spannungsbereich freigegeben ist ist das kein Problem

Un dich befürchte eben das Gegenteil... :-\ PoWl, kannst du mal die Spezifikationen deines µCs durchgeben?

Der läuft auch problemlos mit variabler Spannung. Ist ein ATtiny26. Hm, hat denn die PWM-methode so einen schlechten Wirkungsgrad? Bei 100% Duty Cycle hab ich doch keine Verluste? Naja, der zusätzliche Hardwareaufwand wäre ein Transistor, ein Widerstand und ein Kondensator. Da deine Version, die PWM-Werte der Spannung anzupassen jedoch genau meine Methode nur ohne das RC-glied entspricht, ist es ziemlich egal wie mans macht. Für deine Methode spricht der geringere Hardwareaufwand. Für meine Methode jedoch, dass ich keine Einbußen in der Auflösung habe und dass ich nicht mehrere Tabellen für die PWM-werte brauche. Die Auflösung ist mir so wichtig da ich ein exponentielles Fadingverhalten realisieren möchte wodurch versucht wird die logarithmische lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges etwas zu kompensieren. Hierfür soll die Auflösung sogar auf 10.. 11.. 12 bit erhöht werden, was eben der µC so mitmacht. Beispielsweise meinen 8-Bit Rot-Wert benutze ich um anhand einer Tabelle den exponentiellen PWM-wert auszulesen. Eine hohe Auflösung ist besonders im Bereich des Einfadens sehr wichtig.

Und ein Transistorchen ist mit 4cent deutlich günstiger als ein Relais :-) wobei das Relais sowieso nur für die umschaltung zwischen Mikrocontroller und akku in Frage käm. Da werd ich mir noch was ausdenken, das mit der Hardware PWM werde ich demnächst mal ausprobiern :-)

mfg PoWl

Eine PWM arbeitet bei nicht exorbitanten Frequenzen fast verlustfrei, ein RC- oder LC-Glied ist gar nicht vonnöten, sondern könnte dein Unterfangen zum scheitern bringen.

Die Idee mit dem RC oder LC-glied war nur dass ich durch absenken der Spannung verhindere dass durch die LEDs durch die ggf. fast 1V höhere Spannung ein zwar schnell gepulster aber übermäßig großer Strom fließt.

Und wirst du es nun einsetzten? Bei tiefem Duty-Cycle (Tastverhältnis) verhindert ein R/LC-Glied ein Aufleuchten der LED, da die Spannung zu tief ist.

Due willst die mit einem Transistor und einem LC Glied eine Spannung regeln? Das wird schon mal nicht funktionieren, da du min. noch eine Diode brauchst. Allerdings kannst da nicht einfach eine PWM anlegen und fertig, die Ausgangsspannung ist in dem Fall lastabhängig, d.h. gerade bei geringer Helligkeit kommts drauf an wie stark die anderen LEDs leuchten. Um das zu kompensieren musst einen PI- bzw. PID-Regler einbaun, und der ist auf jeden Fall komplizierter als eine zweite PWM.
Wenn du sowieso eine so hochauflösende PWM einsetzten willst ist eine Anpassung erst recht kein Problem. Aber bevor ich jier weiter gegen eine Wand rede, probiers doch bitte erst mal aus!

OK, die methode mit dem LC-glied hätte ich ohnehin erst angewendet  wenn der versuch mit der reinen PWM nicht geklappt hätte. Ich muss erstmal fit in sachen AnalogDigitalkonverter werden und damit was programmieren damit ich die Spannung überhaupt messen kann. Hab ich noch nie gemacht.

mfg PoWl