Li-Ionen Akkulader

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Oft werden kleine leistungsfähige Stromversorgungen benötigt. Bei mir ist die Teleskop-Steuerung mit Mikrocontroller und Schrittmotoren ein Kandidat. Hier bieten sich Li-Ionen Akkus an, die dank der Verbreitung von Handys mittlerweile recht preiswert zu haben sind. Die Idee ist, einen Handy-Akku fest in ein (portables) Gerät einzubauen.

Li Ionen Akkus bestehen aus mehreren Zellen, die ja nach Material typische Spannungen von 3,3 V und 3,8 V liefern. Eine Zelle reicht damit aus um einen ATtiny oder ATmega zu betrieben. Die meisten Handyakkus sind hier einsetzbar, da sie 3,6 V haben, und die Kosten für einen solchen halten sich in Grenzen (z.B. knapp 4 Euro für einen 700mAh Li-Ion für NOKIA 8800/8801).

Die Auswahl der an z.B. 3, 6 V betreibbaren Dot Matrix Diplays ist allerdings beschränkt, denn die meisten verlangen eine Versorgungsspannung von 5 V. Die 5 V aus Li Ionen Akkus zu generieren ist glücklicherweise dank spezieller ICs auch kein Hexenwerk.

Li-Ion Laderegeler

Es gibt spezielle Laderegler für fest eingebaute Akkus. Diese Laderegler sind mittlerweile hochintegrierte Bausteine, die keine Funktionalität missen lassen. Ein interessanter Laderegler ist der MAX 1811 ESA (SO-8 Gehäuse), der dazu gedacht ist, den Li-Ion Akku über ein USB Kabel oder ein 5 V Netzteil zu laden.

Der MAX 1811 liefert 500 mA Ladestrom für einen Single-Cell Li+ Akku.

Pinout:

Pin 1 SELV Akku Regulation: Lo = 4,1 V Akku / Hi = 4,2 V Akku
Pin 2 SELI Ladestrom: Lo = 100 mA / Hi = 500 mA
Pin 3, 6 GND an große Kupferfläche
Pin 4 IN USB Spannung, 4.7μF Bypass an GND
Pin 5 BATT an Akku und Last
Pin 7 EN IC ein- und ausschalten (BATT hochohmig)
Pin 8 CHG Lo für Lademodus

Die externe Schaltung der MAX 1811 ist extrem einfach:

  • Der Eingang IN benötigt einen 4.7μF Bypass an GND
  • Der Ausgang BATT muss mit mind. 2.2μF Kondensator an GND geschaltet werden.
  • An den Ladekontrollausgang CHG kann ein Lade-LED, mit einem Widerstand an der Eingangsspannung IN, anzeigen, ob der Akku geladen wird.

± 5V mit Li-Ion Akku

Es gibt zwei Alternativen:

  1. Einsatz von 2-Zellen Akkus, die dann ca. 7 V haben und diese dann mit einem 5V Festspannungsregler wieder runterregeln.
  2. Einsatz von DC-DC Step-Up-Convertern, die aus 3,6 V die benötigten +5 V oder -5 V erzeugt.

Letzeres kann z.B. mit dem (recht teuren) MAX 631 (Low Power) oder MAX 641 (High Power) als +5 V Fixconverter umgesetzt werden, der ab 1,5 V eine feste Ausgangsspannung von +5 V erzeugt.

Flexibler ist der MC 34063 A. Dieser kann als Step-Up Regler, Step-Down Regler oder Voltage Inverter arbeiten. Somit wäre es auch möglich ± 5 V mit zwei Bausteinen zu erzeugen, wie sie für einen Op-Amp notwendig sind.

Step-Up-Converter: Voltage-Inverting-Converter:
MC34063 StepUpConverter.png MC34063 VoltageInvertingConverter.png

Beim MC 34063 wird die Ausgangsspannung durch zwei Widerstände R1 und R2 gegeben:

|Vout| = 1,25 ( 1 + R2/R1)

Die Ströme können bis zu 1,5 A betragen, erst danach muss man die Schaltung um einen Booster erweitern.

Sinnvoll ist in jedem Fall ein nachgeschalteter optionaler Filter, bestehend aus einer 1 µH Induktivität und danach einem Kondensator (100 µF) gegen Erde GND.

Step-Up-Converter mit Laderegler

Die Kombination eines Step-Up-Converters mit einem Laderegler ist durchaus möglich und sinnvoll, da so der Akku in der Schaltung oder sogar im Betrieb geladen werden kann (hängt etwas vom Verbrauch der Schaltung ab).