Spannungswandlung, Stepup oder Stepdown?

[Rainmaker No.1]

Hallo,

im Moment werden meine Kameras über einen 12V LiFePO4-Akku mit 38A versorgt. Die Spannung wird mittels einfacher Stepdownregler auf 8, irgendwas Volt eingeregelt, damit sie für die Kameras verdaulich ist. Dabei treten natürlich Verluste auf. Wäre es vielleicht sinnvoller den Akku umzubasteln um auf eine Ausgangsspannung von 6V zu kommen und diese mittels Stepupreglern auf 8,x Volt anzuheben um mehr Laufzeit für die Kameras zu bekommen? Falls es sinnvoll ist, welcher Typ Regler wäre empfehlenswert für eine KB-DSLR?

Ich habe leider wenig Ahnung von dem ganzen Elektro- und Elektronikgedöns und bin ahnungstechnisch eher auf dem Niveau des Nukulartechnikers Homer S. angesiedelt. Ihr kennt sicher die Szene wo er den AKW-Simulator ohne Brennstoff zur Kernschmelze bringt.


MfG

Rainmaker

 

[Animefan]

Hallo,
bleib bei deinem Step-Down. Der hat einen Wirkungsgrad von vermutlich über 80%. (Sprich etwa 80% der Reingesteckten Energie kommen wieder raus).

Beim Step-Up ist es ähnlich. Daher ist es in diesem Fall egal.
Anderes wäre es wenn deine 'Last' mehr Strom ziehen würde, aber das ist ein anderes Thema.

Weil du alles schon zu haben scheinst bleib bei dem Step-Down.

MfG
Rüdiger

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

offiziell soll das Ding glaube ich bei irgendwas um 92% haben, aber das soll wohl nur bei sehr kleinen Spannungsänderungen gelten. Nehme ich mal die Laufzeit meiner Ausrüstung und ziehe die anderen Verbraucher ab, dann würde ich sagen, dass die Effizienz eher bei 70% liegt, vielleicht noch darunter. Da ein Akku schwer und die Laufzeit wichtig ist, wäre es mir schon wichtig die Verluste so weit wie möglich zu verringern.

Wie sähe es den aus, wenn der Akku auf 9V umgestrickt würde. Gäbe es da eine Möglichkeit die Spannung sinnvoll, auf sagen wir 8,5V zu beschränken?


MfG

Rainmaker

 

[LunarProspector]

Moin,

Gäbe es da ...

Rein technisch ja, es gibt LDO Regler, die eine sehr geringe Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung benötigen. Da gibt es einige, die 0,7 Volt drop-out erzeugen, die Klassiker wie LM7805 liegen da eher bei 2,5 und mehr Volt. Aber du musst basteln.
Nun kommt der nächste Teil der harten Realität, ein 9 Volt Akku (wie alle anderen auch) erzeugt niemals exakt 9 Volt. Nach dem Laden hat er eine Ladeschlussspannung und nach dem Entladen eine Eintladeschlussspannung. Grob formuliert. Von daher musst du die geringste Spannung als Eingangsspannung für den Spannungsregler ansetzen.

Bleib einfach beim step-down. Wobei noch gesagt werden muss, dass ein step-up Wandler prinzipbedingt immer einen schlechteren Wirkungsgrad hat.

-LP

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

jetzt hör aber mal auf mit der Verleumdung aller 9v Batterien. Natürlich geben die genau 9V aus, nur ist die Zeitspanne während der sie es beim Entladen tun halt nur etwas sehr kurz.

So wie es aussieht könnte man als fast ein leicht abgewandeltes Zitat von Hänschen Rosenthal verwenden: "... und Sie sind der Meinung das war" ... sch ... äh, schade.
Also egal wie ich es drehe, ich muss immer zu viel Gewicht und Kapazität des Akkus mit schleppen ohne davon was zu haben. Na toll.


MfG

Rainmaker

 

[huxtebude]

Rein technisch ja, es gibt LDO Regler, die eine sehr geringe Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung benötigen. Da gibt es einige, die 0,7 Volt drop-out erzeugen, die Klassiker wie LM7805 liegen da eher bei 2,5 und mehr Volt. Aber du musst basteln.

Das sind aber Linearregler. Da verlierst du entsprechend dem Spannungsverhältnis Leistung. Da Eingangsstrom = Ausgangsstrom. Wenn er jetzt einen Step Down Konverter hat also einen Schaltregler, kann er an Effizienz dann nur verlieren.
Also so lassen wie es ist und nen lieber einen größeren Akku nehmen.

Was mir nicht ganz klar ist: werden deine Kameras wirklich mit 38A versorgt? Was sind das für Kameras und wie viele?
Oder hat der Akku 38Ah? Aber dann stellt sich wiederum die Frage, wieso der nicht lange genug hält? Eine DSLR sollte mit solch einem Akku sehr sehr lange betrieben werden können.
Überschlagen ca. 30 mal so lange wie mit nem Standard 7.2V 1,8Ah Akku. Wandlungsverlust schon eingerechnet.

Grüße
Florian

 

[brontes]

Von 12V auf 8,xV als Step-Down passt schon. Bei dem geringen Spannungshub kann man mit Schaltreglern durchaus in den Bereich von 95-97% kommen. Dazu braucht es aber ne ganze Menge an Erfahrung. Vielleicht gibt es ja auch schon was fertig zu kaufen. Es werden werden ja viele preiswerte Boards angeboten. Z.B. eins mit einem LM2596S. Allerdings sind damit Schätzungsweise nur ca. 90% möglich. Die wechselnden Lasten der Kamera machen den Wirkungsgrad aber ein wenig zu Nichte. Bei kleinen Strömen sind die meisten Module deutlich ineffizienter. Auch dafür gibt es Lösungen. Nur von fertigen Modulen kenne ich das nicht.

 

[schubbser]

Ich sehe es genauso, lass das bei 12V Versorgungsspannung und Step-Down.

Einerseits sagt man, dass Step-Up immer etwas unwirtschaftlicher funktioniert, andererseits kannst die ganze Sache so auch mal schnell an eine andere Art Akku hängen, zB. an ein "moderndes KFZ Starthilfepack" mit 12V-Ausgang, oder gar an die Boardspannnungsdose/Zigarettenanzünder eines KFZ.

Hier im Forum existiert übrigens mindestens ein Thread, der sich damit beschäftigt eine Kamera direkt (wenn ich mich nicht irre) aus einer KFZ-Start-Powerbank zu betreiben. Ggf. ist das interessant für Dich bzgl. Gewicht.

Wennst den Akku umbaust, dann nimmst auch Zellen raus, was wiederum bedeutet, dass die Kapazität sinkt.

Rein theoretisch könntes es zwar mit einem 3-zelligen LiFEPO4 funktionieren, allerdings solltest bedenken, dass dieser nur noch 2,5V/Zelle liefert wenn er leer ist. Selbst im nicht komplett leeren Zustand sinkt die Gesamtspannung dann auf unter 8V. Direkt für die Kamera ausreichend, aber wenn ein Regler dazwischen hängt, dann verlierst da Spannung.

Als Lösung gäbe es dann Regler, die in der Lage sind automatisch zwischen Step-Up und Step-Down umzuschalten, oder Du müsstest einen Step-Down finden, der "durchschaltet" wenn die Versorgungsspannung gleich oder kleiner der eingestellten Ausgangsspannung ist/wird. Etwas Spannung wirst aber trotzdem noch verlieren. Die Frage ist eben wann die Kamera abschaltet.

......aber mal was anderes, bei welcher Spannung schaltet die Kamera eigentlich ab? Ich vermute mal dass das bei knapp unter 7V passiert. Zwei LiFEPO4-Zellen werden dann nicht reichen, oder?

 

[LunarProspector]

Moin,

Das sind aber Linearregler. Da verlierst du entsprechend dem Spannungsverhältnis Leistung.

Typisch ja, im Einzelfall an den Grenzen, nein. Nehmen wir mal die angedachten 9 Volt an und einen drop-out von 0,5 Volt. Dann ergibt das eine Effizienz von rund 94% bei einem Strom von 1 A. Als schlecht bei etwas weniger technischem Aufwand würde ich das jetzt nicht bezeichnen.
Aber: je weiter die Spannungen auseinander liegen, desto besser sind Wandler bezüglich der Effizienz. Keine Frage.

Das wäre der Trick gewesen, wenn denn die 9 Volt Batterien nicht so blöde wären, und diese Spannung langfristig exakt halten würden.


Da der LM2596 von TI aber nur max. 90% Effizienz verspricht (siehe https://www.ti.com/product/LM2596?keyMatch=LM2596&tisearch=search-everything&usecase=GPN) sind Angaben über 90% meist Augenwischerei. Von Billigmodulen, die eigentlich fast verschenkt werden, sollte man nicht viel erwarten. Wenn es denn 80% sind, dann ist das doch auch völlig ausreichend. Oder man muss seine Geldbörse weiter öffnen.

So what?

-LP

 

[brontes]

Da der LM2596 von TI aber nur max. 90% Effizienz verspricht...

Da hast Du recht. Ich hätte besser mal ins Datenblatt schauen sollen.
Die 95% können mit Synchronous Buck Regulatoren erreicht werden.

 

[LunarProspector]

Moin,

Da hast Du recht. Ich hätte besser mal ins Datenblatt schauen sollen.

Egal, wir streiten um des Kaisers Bart. In den meisten Fällen ist es ja ein Wandler, der für 3 - 4 Euro vom großen Buchhändler vertickt wird. Die blumigen Beschreibungen lesen sich gut, aber das war es dann auch schon. Ob dann auch noch "gute" LM darunter sind, ist fraglich, es gibt viele Nachbauten.
Typisch misst das auch kaum jemand wirklich für seinen realen Betrieb aus.
Mein Fazit: die Dinger tun es halbwegs akzeptabel und gut ist. Alles andere kostet nur mehr Geld und das will dann doch wieder keiner ausgeben.

 

[c_joerg]

......aber mal was anderes, bei welcher Spannung schaltet die Kamera eigentlich ab? Ich vermute mal dass das bei knapp unter 7V passiert. Zwei LiFEPO4-Zellen werden dann nicht reichen, oder?

Meine Canon schalten alle so bei < 6,4V ab.
Aber auch 9V sind kein Problem. Da der Strom bei höhere Spannung sinkt gehe ich mal davon aus das der eingebaute Wandler schon einen großen Bereich abdeckt.
Meine Powershot habe ich auch schon mit 5V betrieben. Mit 10V an die DSLR würde ich mich nicht trauen...

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

ich war ein paar Tage abwesend, daher erst jetzt meine Antworten.

@ brontes,
mit dem XL4015 sollte schon eine etwas höhere Effizienz möglich sein, aber bei geringer Leistung ist die immer noch ziemlich mies. Mal schauen down ich einen Stepdownregler für noch mehr Leistung finde zu dem es auch ein vernünftiges Datenblatt gibt. Vielleicht lohnt es sich dann alles Kameras über nur einen Regler laufen zu lassen ...

@ schubbser,
den angesprochenen Thread konnte ich hier im Bastelforum nicht finden, aber vielleicht war ich auch nur wieder mal blind. Ich versuche es nachher nochmals.
Was den Akku angeht, so brauche ich da keine Zellen entfernen, denn die 24 Zellen lassen sich ja auch problemlos zu einem 9V Akku umgruppieren. Da die Spannung am Ende ohnehin recht stark nachlässt würde es mich glaube ich nicht stören ein klein wenig zu verlieren, zumal ich ohnehin schon bei 2,9V die Entladung begrenze. Mit der Spannung laufen die Kameras noch und jenseits der Grenze gibt es recht wenig zu holen, da die Spannung dann schnell stark einbricht.
Wann die Kamera genau abschaltet kann ich nicht sagen, da ich dazu noch keine Versuche unternommen habe. Mir ging es immer nur um die Spannung bei der die Kamera absolut sicher funktioniert.

@ LunarProspector,
eigentlich gebe ich dir recht, aber da es um stundenlange Laufzeiten geht macht es halt doch einiges aus. Einmal beim Gewicht eines möglichen zukünftigen Akkus (reichen dann noch 40Ah oder müssen es die nächstgrößeren und schwereren 60Ah sein?) und es macht halt schon was aus, ob man nach einer sehr kalten Nacht die Kameras bei beginn der Dämmerung abschalten oder eine halbe oder gar eine Stunde später.
Das Geld spielt natürlich eine Rolle, aber wenn der oder die Regler deutlich teuerer, aber besser sind als das Billiggedöns, so bin ich durchaus bereit die Geldböre zu öffnen.


MfG

Rainmaker

PS: Ich habe gerade diesen Stepdownregler gefunden:

https://www.pololu.com/product/2884/resources#lightbox-picture0J7382;main-pictures

Wenn man alle Kameras darüber versorgt könnte sich ein Umbau vielleicht lohnen, denn 1A sollte bei mehreren Kameras eigentlich immer anliegen und die 9V Versorgungsspannung sollten auch kein Problem sein.

 

[LunarProspector]

Moin,

... und es macht halt schon was aus, ob man nach einer sehr kalten Nacht die Kameras bei beginn der Dämmerung abschalten oder eine halbe oder gar eine Stunde später.

Danke, dieses Argument sticht unerbittlich.

aber wenn der oder die Regler deutlich teuerer, aber besser sind als das Billiggedöns, so bin ich durchaus bereit die Geldböre zu öffnen.

Perfekt! Wichtig wäre der Strombedarf der Kamera. Typisch werden im gewerblichen Markt Ausgangsspannungen in deinem Bereich von 9 V angeboten, es gibt aber auch 7,2 Volt (mal auf die Schnelle gefunden): https://www.mouser.de/ProductDetail/XP-Power/SR05S7V2?qs=w/v1CP2dgqq8G21MKS2TFQ==

Datenblatt dazu als Beispiel:https://www.mouser.de/datasheet/2/942/SF_SR-1508851.pdf
Der Typ SR05S7V2 hat eine Effizienz von 86 - 95%.

Wenn ich eine ungefähre Größenordnung des benötigten Stromes hätte, könnte ich mal suchen.

-LP

 

[Rainmaker No.1]

Hallo LunarProspector,

die Größenordnung des Stromes ... eine schwierige Frage. Ich habe leider keine Messgeräte. Vielleicht hilft aber die folgende Angabe. Mit einem 7,2V Akku mit 1900mAh komme ich bei der Aufnahme mit einer Kamera ungefähr 4h lang aus, zumindest bei gemäßigten Temperaturen größer 15°C. Ich weiß aber, dass es bei den DSLRs sehr kurz anliegende Spitzenlasten von ungefähr 3,5A gibt, die bei ungeeigneten Spannungsquellen zu einem zusammenbrechen der Spannung und damit zur Abschaltung der Kameras führen können.


MfG

Rainmaker

 

[c_joerg]

die Größenordnung des Stromes ... eine schwierige Frage. Ich habe leider keine Messgeräte.

Kein Multimeter?

Mit einem 7,2V Akku mit 1900mAh komme ich bei der Aufnahme mit einer Kamera ungefähr 4h lang aus, zumindest bei gemäßigten Temperaturen größer 15°C.

Du könntest ja mal die Zeit vergleichen
A) Wenn du keine Aufnahme machst
B) Im Bulb Betrieb

Die Frage ist ja immer, bei welcher Betriebsart welche Stromaufnahme vorhanden ist.
Wenn ich mit meinen Kameras Zeitraffer mache, dann macht die Laufzeit keinen Großen unterschied ob ich ein Intervall von 3s oder 10s habe. Die Grundlast hat also mehr Auswirkungen als die Aufnahmen.
Bei Langzeitaufnahmen (30s bei minimaler Pause) erhöht sich allerdings die Laufzeit. Der Stromverbrauch bei der Belichtung ist deutlich reduziert.

 

[schubbser]

....
@ schubbser,
den angesprochenen Thread konnte ich hier im Bastelforum nicht finden, aber vielleicht war ich auch nur wieder mal blind. ....

Sorry, es geht im Thread nicht wie ursprünglich von mir gedacht um ein Starthilfe-Pack, sondern um eine USB-Powerbank.

Den Thread hier https://www.dslr-forum.de/showthread.php?t=1813484 meinte ich, den kennst aber, da warst schon aktiv.

 

[brontes]

Wenn es wirklich um Effizienz geht, dann spielt auch die Stromverteilung über die Zeit eine entscheidenden Rolle. Der Schaltregler muss zum einen die maximalen Strompeaks können und zum Anderen bei wenig Last ebenfalls noch effizient sein. Der von Dir vorgeschlagene Regler D24V150F9 ist zwar ab 2 A echt gut. Die Meiste Zeit wird die Kamera aber irgend was zwischen 100 und 500mA benötigen und nur immer mal kurz die "hohen" Strompeaks. Bei den kleinen Strömen ist der Wirkungsgrad dort miserabel.

Ebenso sollte man bei den Angaben im Datenblatt diese auch interpretieren können. So bezieht sich der Wirkungsgrad des SR05S7V2 sehr vermutlich auch auf den Nennstrom von 500 mA. Mal abgesehen, dass der Spitzenstrom (die 500 mA) sehr wahrscheinlich nicht ausreichen, wird auch dieses Modul bei kleineren Strömen einen eher schlechten Wirkungsgrad haben.

Als Modul wäre z.B. der LMZM33606 ein geeigneter Kandidat. Der gewöhnliche Bastler wird diesen sehr wahrscheinlich aber nicht selbst verarbeitet bekommen. Ggf. kann man aber das Eval-Board für den Schaltkreis kaufen und für sich so konfigurieren, dass es funktioniert.

Oder aber diskret aufgebaut so was wie der LM62460-Q1 im Auto-Mode. Da braucht es aber schaltungstechnische Erfahrung. Aus der Reglerserie habe ich schon Bausteine selbst verbaut. Die sind recht gut.

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

@ c_joerg,
doch, ich habe ein Multimeter, aber die Qualität ist eher fragwürdig. Das Teil ist vom billigsten, schnarchlangsam und schwankt etwas bei den Ergebnissen. Eigentlich also perfekt um die schwankende Leistungsaufnahme während einer Bildserie zu messen.
Die angegebene Zeit entspricht der Laufzeit bei der typischen Nutzung.

@ schubbser,
ah, dann weiß ich warum ich nichts zum Thema Starthilfen gefunden habe.

@ brontes,
für den D24V150F9 hatte ich ja auch vorgeschlagen ihn mit allen Kameras zu verwenden. In dem Fall sollte man eigentlich immer locker über eine Effizienz von 90% kommen. Bei einer einzelnen Kamera würde ich eher zu einem D36V28F7 tendieren. Man hat hier auch bei geringen Strömen eine Effizienz von 90%, aber ich müsste noch mal schauen ob die Kameras auch wirklich 100% sicher mit der von ihm gelieferten Spannung laufen. Ich schätze aber, dass kein großer Spannungseinbruch stattfinden wird.
Eine komplette Schaltung werde ich eher nicht zusammenfrickeln um eine um 1 oder 2% höhere Effizienz zu bekommen, denn die Wahrscheinlichkeit ist halt auch nicht so gering, dass dabei Murks herauskommt.


MfG

Rainmaker

 

[lichtbildle]

Mit einem 7,2V Akku mit 1900mAh komme ich bei der Aufnahme mit einer Kamera ungefähr 4h lang aus, zumindest bei gemäßigten Temperaturen größer 15°C.

Warum einfach, wenn's auch umständlich geht...

Die Kameras laufen schließlich schon mit dem kleinen originalen Akku zuverlässig (nur nicht ausdauernd genug), und der enthält üblicherweise im Wesentlichen nur zwei kleine Zellen mit ~1500 mAh.

Du brauchst also einfach das Gleiche in fetter. Das gibt es fertig zu kaufen, in Form eines 7,2V LiPo-Modellbau-Akkus. Könnte man auch selbst bauen z. B. mit den Formaten 18650 oder 26650.

Dringende Empfehlung dazu: Nah am Akkublock eine Sicherung in die Leitung bauen, Dimensionierung "2 A träge" oder ähnlich (wenn es ganz simpel sein soll: Polyfuse). Ein Kurzschluss in der Verkabelung zur Kamera wird sonst ein heißes Erlebnis.