Analogschaltung zur Aufrechterhaltung eines Mindeststroms?

Ich bin auf der Suche nach einem USB-Akku für die Verwendung mit meinem Telefon und meinem Bluetooth-Headset, aber mein Bluetooth-Headset verbraucht beim Laden nur etwa 50 mA, und es scheint, dass die meisten Akkus eine Mindeststromaufnahme von 50 mA haben, unten die sie abschalten (vermutlich um zu verhindern, dass Vampirströme den Akkupack entleeren). Dies ist im Wesentlichen das gleiche Problem, das in dieser Frage gestellt wird, aber die Antwort dort beruht auf der Tatsache, dass die Person, die die Frage stellt, versucht, ein Arduino mit Strom zu versorgen (und die GPIO-Boards verwenden kann, um die aktuelle Auslosung zu ändern). Gibt es eine generischere, vorzugsweise analoge Schaltung, die eine minimale Stromaufnahme einer Batterie liefert?

Ich habe ein vorläufiges Design mit einem Operationsverstärker und einem Messwiderstand als Stromsensor und verwende dann die Spannungsdifferenz zwischen dem Stromsensor und einer festen Spannung, um einen NPN-Transistor anzusteuern, aber ich glaube, ich habe die Rückkopplung irgendwo durcheinander gebracht, weil Sobald der Laststrom unter den Schwellenwert fällt, geht der Fallback-Strom auf die Schienen. Siehe Schaltplan:

Fehlerhafter Schaltplan

Sie können die Qucs.sch-Datei von diesem Gist herunterladen . Meine Fragen sind: Gibt es einen besseren Ansatz für eine analoge Schaltung, die einen Mindeststrom liefert? Wenn ja, was ist es? Wenn nicht, wie behebe ich das Feedback darauf, damit es genau den gewünschten Strom liefert?

Hinweis: Der Einfachheit halber habe ich herkömmliche Operationsverstärker mit negativen und positiven Schienen verwendet, aber sobald ich den allgemeinen Ansatz festgelegt habe, muss ich dies so anpassen, dass es mit der Batterie selbst betrieben werden kann, also nur 0 V und 5V-Schienen. Ich denke nicht, dass es einen großen Unterschied machen sollte, aber es ist wichtig zu wissen, nehme ich an.

Bearbeiten: Aus praktischen Gründen halte ich diese Antwort auf eine ähnliche Frage (HT Ali Chen) für sehr sinnvoll - da die Akkus dazu neigen, eingeschaltet zu bleiben, wenn die momentane Stromaufnahme über dem angegebenen Wert liegt, scheint es mir dass eine Schaltung mit einem niedrigen Tastverhältnis wahrscheinlich die einfachste und energieeffizienteste wäre, die jedoch immer zusätzlich zu den folgenden Antworten implementiert werden kann, sodass sich diese Frage nicht ändert.

Welche Operationsverstärker (Datenblatt-Links bereitstellen) und wie werden sie im Schaltplan mit Strom versorgt?
Sie nähern sich dem Problem vom falschen Ende. Anstatt einen Weg zu finden, Ihre Bank zu laden und die Batterie zu verschwenden, sollten Sie nach einer Möglichkeit suchen, die Abschaltfunktion zu deaktivieren. Hier ist ein hitziger Austausch zu diesem Thema, electronic.stackexchange.com/q/286535/117785
@AliChen Das war offensichtlich mein erster Gedanke, aber es ist keine so tragbare Lösung wie ein USB-Kondom mit einem kleinen angeschlossenen Mindestlastschaltkreis
@Andyaka Wie ich in der Notiz erwähnt habe, verwende ich ideale Operationsverstärker für die allgemeine Designphase.

Antworten (4)

Hier ist die 2-BJT-Version eines armen Mannes. POT+Q1 stellt die Spannung an der Basis von Q2 ein.

(V(R2)-Vbe(Q2))/R1 stellt den Strom ein.

Diese Schaltung ist jedoch zu empfindlich gegenüber V1-Schwankungen. Außerdem kann es (abhängig von den Widerstandswerten) bei stärkeren Lasten (kleinere YOUR_LOAD-Werte in Ohm) zu einem Überstrom kommen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Eine bessere Lösung ist die 6-Komponenten-Lösung des "nicht so armen Mannes" (Kondensatoren ausgenommen). Einige Anmerkungen:

  • Sie müssen einen Operationsverstärker verwenden, der auf 0 V heruntergehen kann (sowohl Eingang als auch Ausgang).
  • Sie können es so ändern, dass es die positiven Schienen regelt (Sie müssen einen anderen Operationsverstärker verwenden und die Schaltung entsprechend ändern).
  • Sie benötigen einen Operationsverstärker, der 50 mA treiben kann. (LM358 kann dies nicht, daher funktioniert diese Schaltung nur, wenn die Last einen Mindestverbrauch hat). Sie können einen Ausgang npn BJT oder MOSFET (in Richtung Vdd) hinzufügen, anstatt den Operationsverstärker zu wechseln. Achten Sie auf die Verlustleistung des OP-Verstärkers (oder BJT/MOSFET)!
  • Ein Entkopplungskondensator wird empfohlen.
  • Zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse wird ein Filterkondensator empfohlen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Hmm, ich verstehe nicht ganz, wie der erste funktioniert, hat diese Art von Schaltung einen Namen?
Die Schaltung ist eine Kaskade von zwei Konstantspannungsgeneratoren. Die Spannung wird durch die Basisspannung am Transistor eingestellt. Am Emitter liegt die Spannung an der Basis + Veb an. Es gibt zwei Stufen, da Ib nicht vernachlässigbar ist und je nach Ie stark variieren wird. Da die Emitterspannung von Q2 eingestellt ist, wird auch der Strom an R1 eingestellt. Q2 liefert den überschüssigen Strom, sodass V(R1) (daher I(R1)) der gewünschte Wert ist.

Fügen Sie parallel einen Widerstand hinzu. Für 50 mA bei 5 V benötigen Sie einen Widerstand von 5/0,05 = 100 Ohm und er verbraucht 0,25 W.

Also ein Viertel Watt 100 Ohm Widerstand. Die parallele Verwendung von 2 200-Ohm-Widerständen reduziert jedoch die Verlustleistung pro Widerstand.

Während dies die offensichtliche Lösung ist, war ich speziell an etwas interessiert, das nicht mehr Strom als nötig verbraucht. Teilweise als Übung, zugegeben.
@Paul, und wie genau bestimmen Sie die "benötigte Leistung"? Jede elektronische Schaltung ist zum Beispiel temperaturabhängig. Und die Abschaltschwelle hängt wahrscheinlich vom Ladezustand der Powerbank-Batterie ab. Wie würden Sie die Schwelle bestimmen? Wie viel Sicherheitsmargen würden Sie anwenden?
@AliChen Die benötigte Leistung beträgt max (0, 0,06 A - I_Load). Grundsätzlich sollte der Gesamtstrom aus meiner Schaltung genau ausreichen, um die Gesamtstromaufnahme über 60 mA zu bringen, nicht mehr.

Wie wäre es mit einer 3-Transistor-Lösung?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nicht ganz sicher, wie das funktioniert. Ich werde mit der Simulation herumspielen, aber können Sie die Bedeutung der Farben erklären? Ist einer davon die Ladung?
Verlustleistung in Rot ist im Schema einstellbar, und Spuren Grün (V), Gelb (I)

Verwenden Sie einen High-Side-Strommesschip wie den LTC6101: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und verwenden Sie einen Komparator, einen Transistor und einen Widerstand, wie oben in Rot erwähnt.