5-V-USV-Schaltung mit NiMH-Joule-Dieb-Backup

Ich versuche, eine USV-Schaltung für die Sicherung von Mikrocontrollern zu entwerfen. Erfordert 3,7-5 V und weniger als 50 mA für 10 Sekunden alle 15 Minuten. Stromausfälle in meiner Gegend dauern nie länger als 3 Stunden und kommen selten vor.

Ich frage mich, ob der Induktor des Oszillatorantriebsteils des Joule (!) -Diebes einfacher gemacht werden kann ... dh durch etwas anderes ersetzt werden kann, das ich nicht selbst wickeln muss, oder vielleicht einen Kondensator ...

Der simulierte Ausgang zeigt 4 V bei etwa 70 % Effizienz im Akkubetrieb. Erhaltungsladung ist kontinuierlich und auf etwa C/100 festgelegt. Das Aufladen der Zelle sollte 100 Stunden dauern, was Strom für eine Woche Ausfallzeit liefern kann. Ich vermute, dass das NiMH immer über 1,2 V liegt und bei 10 mA Ladestrom nicht beschädigt werden sollte. Das Joule-Diebteil zieht etwa 2 mA ohne Last oder bei Stromversorgung über das Stromnetz.

Ich habe diese Schaltung aus Dingen im Internet zusammengestellt, daher werden alle Vorschläge geschätzt.

LTSpice-Schema

Hinzugefügt: Ich habe mich für das einzelne NiMH entschieden, weil (wie von Jasen darauf hingewiesen wurde) es kein Problem der Polaritätsumkehr geben würde. Auch keine Brandgefahr, keine komplizierte Ladeschaltung (wie bei Lithium) und billig erhältlich (sogar ältere gebrauchte NiMH wären in Ordnung, da sie alle mindestens einen Tag lang aufgeladen würden).

Q3 gewährleistet einen ziemlich genauen Konstantstrom. Mit einem Widerstand konnte ich das nicht souverän beheben, da ich die Spannung und den Widerstand der NiMH-Zelle vorher nicht kenne. Dies gilt insbesondere, da die Eingangsspannung nach der Diode von 3,8 V (4,5 V USB - 1n4148-Abfall) bis 4,8 V (5 V USB - 1n5819-Abfall) variieren kann. Aber vielleicht ist ein Widerstand möglich, wie Sie sagen. Ich möchte den Erhaltungsladestrom nicht zu stark ansteigen lassen, da er immer eingeschaltet ist.

LT1073 kostet einen Dollar und ist nicht ohne weiteres erhältlich (ich bin in Indien). Teile in meiner Schaltung kosten 5-10 Cent und sind überall erhältlich. Der gekoppelte Induktor bedeutet jedoch, dass ich ihn jedes Mal von Hand wickeln muss.

Ich suchte natürlich nach einer Lösung mit einem Induktor mit einer Spule (für die Boost-Schaltung) und etwas anderem, um den Oszillator anzutreiben. Das würde es mir ermöglichen, eine billige Induktivität von der Stange zu verwenden (wie sie es im LT1073 und allen anderen Chips tun). Aber vielleicht ist es zu komplex, um es mit ein paar einfachen diskreten Teilen zu machen ...

Eine andere Option ist das spottbillige HH004F, aber ich konnte kein vollständiges Datenblatt (auf Englisch oder sogar Chinesisch) finden.

3,7 bis 5 V klingt nach einer Anwendung für eine Lithiumzelle (4,2 bis 3,3 V) oder 4 Nimh-Zellen in Reihe (5 V bis 4,7 V)
Wie auch immer, mit dem, was Sie entworfen haben, wird Nimh nicht durch Tiefentladung beschädigt, sondern nur durch Polaritätsumkehr, und eine einzelne Zelle wird darunter nicht leiden.
Zum Laden von 5 V ist eine einzelne Diode und ein Widerstand einfacher. Was bringt Ihnen Q3?
Ich glaube nicht, dass du einen Juwelendieb machen willst, das könnte dich in Schwierigkeiten bringen...
Müssen Sie wirklich nur diskrete Designs verwenden? Es gibt viele handelsübliche ICs, die das tun, was Sie wollen, und viel, viel einfacher zu implementieren sind. Der LT1073 ist einer von vielen einfachen "AA-Batterie bis 5V"-Boost-ICs. Auch wenn Sie kleine Lithium-Polymer-Zellen bekommen können, kann so etwas wie ein MCP73831 sie aufgeladen halten, und Sie könnten den Ausgang dieser Lipo-Zelle direkt für Ihre MCU verwenden. Die Featherwing-Boards bei Adafruit verwenden diese Architektur. Viel einfacher als das, was Sie zu tun versuchen.
Bei einer so geringen Leistung könnte es funktionieren, einen Aufwärtswandler zu verwenden, der direkt von einem der Mikrocontroller-Pins angesteuert wird. Das einzige Problem wäre das Starten - vielleicht könnte der Ein-Knopf eine Diodenpumpe ansteuern, die den Reservoirkondensator vorbereitet, oder Sie können einen verwenden der für Unterspannungsversorgung ausgelegten Mikrocontroller.

Antworten (2)

Einfach nicht.

Verwenden Sie stattdessen einen der Mikrocontroller-Pins, um einen einfachen Induktor im Boost-Modus anzusteuern, und haben Sie einen Kondensator, der groß genug ist, um den Prozessor während der Schlafphase am Leben zu erhalten.

Überprüfen Sie jedes Mal, wenn Sie aufwachen, die Kondensatorspannung und pumpen Sie ein paar Impulse hinein, bis sie hoch genug ist

Da Sie deutlich unter 1 mA benötigen, sollte jeder Micronctroller-Stift für die Aufgabe stark genug sein.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Oben liefert R3 einen C/20-Ladestrom, der für eine 800-mAh-NiMH-Zelle geeignet ist, D2 und R4 liefern Strom, wenn das USB-Ladegerät angeschlossen ist, sodass der Mikrocontroller ohne Verwendung des Aufwärtswandlers betrieben werden kann.

darunter ist links ein Boost-Wandler, der von Punkt PA1 angetrieben wird, setze PA! niedrig für ein paar Zyklen und dann hochohmig, damit die Energie von L1 C1 speisen kann

Auf der rechten Seite befindet sich eine Spannungsprüfschaltung. Stellen Sie bei Bedarf PB2 hoch und lesen Sie PB1, abhängig von der Spannung in C1. PB1 liest entweder hoch oder niedrig, wenn Sie genug wissen, setzen Sie PB2 niedrig, um Energie zu sparen. . Sie werden feststellen, dass diese Schaltung deutlich unter der markierten Zenerspannung schaltet, einige Experimente sind möglicherweise erforderlich.

Ups falsch gelesen - 50 mA erforderlich, möglicherweise ist ein Transistor erforderlich, um die Induktivität anzuziehen, anstatt GPIO direkt zu verwenden. auch entfernen. müssen auch andere Leistungsteile aufpeppen.
Interessante Lösung! Obwohl ich mich in diesem Fall über die Praktikabilität wundere. Die 1-mF-Kappe entlädt sich in ~1,1 Sek. von 4,7 auf 3 V bei 1-2 mA. Die Batterie entlädt sich also im Falle eines tatsächlichen Stromausfalls schnell, da U1 jede Sekunde aufwachen muss. Außerdem nehmen Large Caps Platz ein und fallen schließlich aus. Außerdem, warum ein Netzteil von einem anderen aufladen?
was braucht 1mA? Viele Mikrocontroller schlafen bei weniger als 1uA
OK, vielleicht kann es mit einer Stromaufnahme von 6 uA 5 Minuten lang schlafen. Ich werde Ihre Antwort akzeptieren, obwohl ich sie nie wirklich getestet habe. Vielen Dank Jasen.

Ihr Induktivitätsverhältnis von 47:10 ist schwierig, 7:15 Umdrehungen bringen Sie nah dran. (Induktivitätsverhältnis 46:10)

aber wenn 4:1 nah genug ist, gibt es vielleicht ein handelsübliches Teil, das Sie verwenden können.

Beispiel: Bourns PM610-10-RC hat 6 einzelne Wicklungen, sodass Sie ganz einfach ein Induktivitätsverhältnis von 4: 1 herstellen können.

MOQ 150 von Electro-Sonic, sonst 600, keine Ahnung, ob Bourns Proben geben wird.
Danke Jasen, aber wie du schon sagtest, ist es in kleinen Mengen schwer zu bekommen (und ich bin in Indien, also wirklich schwer billig zu bekommen). Außerdem ist es riesig.
Es gibt andere Induktivitäten mit mehreren Wicklungen ... Mouser hat mehrere unter der Kategorie "Impulstransformatoren" aufgelistet.
zB: Murata 78604-4C mouser.in/ProductDetail/Murata/78604-4C/… Es hat eine 67uH primär, also wird die sekundäre etwa 15,5uH betragen
Danke Jasen, aber bei 100 Dollar pro Stück ziehe ich einfach mein eigenes auf!
schau nochmal INR 100 ca. USD 1,6
Danke :) Du hast Recht, ich habe es übersehen. Aber immer noch teuer, im Vergleich zum Aufziehen von Hand. 5 mm winziger Ferritstab kostet 5 INR, Ringkern-Ferrit kostet 15 INR (oder kostenlos, wenn von alten CFL).
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