Tonuino Classic mit LiFePO4 - Spannung bricht ein

Hallo Zusammen,

ich baue gerade an meinem ersten TonUINO und bin begeistert von dem Projekt. Ich bin noch in der Phase des Testaufbaus. Die Schaltung mit Arduino, MP3 Player und RFID Reader habe ich erfolgreich aufgebaut und getestet. In diesem Fall läuft die Stromversorgung direkt über den USB Port des Arduino.
Mein Problem ist, sobald ich der Schaltung den LiFePO4 Akku und die anderen Komponenten hinzufüge, läuft sie nicht mehr. Die Spannung gemessen am VOUT+ und VOUT- des StepUp liegt ohne Last bei 5,2V. Sobald ich aber das Gerät startet, bricht sie auf 3,2V ein und schwankt dann auch hin und her.
Ich habe dabei bereits probiert VOUT+ direkt mit den 5V Pin des Arduino zu verbinden und über den VIN Pin des Arduino zu gehen. In beiden Varianten dasselbe Problem.
Trenne ich den MP3 Player startet der Arduino und die Spannun am StepUp bleibet stabil bei 5,2V.



Ich freue mich sehr über eure Hilfe und vielen Dank im voraus,
viele Grüße Martin

Wenn die Spannung tatsächlich am Ausgang des StepUp einbricht, lässt das auf eine Überlastung schließen. Schaun wir uns aber zunächst den Pfad der Stromversorgung an:

  • Vout + des StepUp sollte direkt auf die Plus-Stromschiene gehen und alle anderen Geräte (Arduino und DF-Player, NICHT MFRC-522) versorgt werden.
  • Bei einer Spannungsversorgung mit 5 V muss der Arduino über den 5 V Pin versorgt werden (bei Vin erwartet er eine höhere Spannung, da er einen eigenen Regler onboard hat). Der 5 V Pin des Arduino ist sowohl Ausgang, wie auch Eingang.

Da der DF-Player am 5 V Pin des Arduino hängt, muss dieser den gesamten Strom für den DF-Player über seinen internen Regler stabilisieren. Das belastet den Arduino und ist unnötig, da Du ja bereits eine 5 V Versorgung hast. Wenn Du außerdem den Arduino an Vin mit nur 5,2 V versorgst, kann er keine stabilen 5 V für den Player erzeugen, da die 0,2 V schon als Verlust im Regler des Arduino verschwinden. (Bei Versorgung über Arduino-.USB ist dieser Regler übrigens nicht im Spiel).

Da der TonUINO bei Versorgung über USB prima zu laufen scheint, sind alle anderen Komponenten OK und auch korrekt verschaltet. Bleibt also tatsächlich nur die Spannungsversorgung über Akku und StepUp. Vielleicht kannst Du für einen Test noch den Pololu rausnehmen und den StepUp direkt speisen.

Ich danke dir für deine Antwort und ärgere mich die Fotos mit der VIn Variante hochgeladen zu haben. Ich habe beide ausprobiert, SteUp also direkt an die + Schiene und von dort an den MP3 Player und den 5V Pin des Arduino. Das Problem war dasselbe. Wenn es hilft lade ich dazu gerne nachher nochmal Bilder hoch.
Den Test mit dem Pololu mach ich nachher und werde dann berichten.

Du kannst natürlich auch den DF-Player quasi im Leerlauf betreiben, indem Du für Testzwecke den Lautsprecher abklemmst. Das hatte ich nur nicht vorgeschlagen, weil ja alles per USB-Speisung zu laufen scheint.
Ach ja, und bei den Spannungsschwankungen auch dringend die Spannung an Vin des StepUp mit messen.

@NoBl Vielen Dank für die ganzen Denkanstöße und Vorschläge.

Ich habe die Schaltung wieder auf die 5V Variante umgebaut. Also sowohl der DF-Player als auch der Arduino beziehen direkt die Spannung vom StepUp und beim Arduino geht es direkt an den 5V PIN.

Ich habe die Schaltung jetzt ohne Pololu getestet und siehe da, dann geht es.
Die Spannungsmessungen haben folgendes ergeben:
Die Spannung direkt am Akku gemessen bleibt konstant bzw. singt leicht während meiner ganzen Tests von Anfangs 3,2V auf 3,19V - unabhängig ob eine Last anliegt oder nicht.
Ohne Pololu verändert sich die Spannung am StepUp nur minimal (<0,05V).
Mit Pololu ohne Last: Am StepUp VIn geht die Spannung von kurz 2,5V(<1 Sekunde) dann auf die Akkuspannung, also ~3,2V.
Mit Pololu mit Last: Am StepUp VIn steigt die Spannung von kurz 2,1V auf 2,6V und springt dann zwischen 2,65V und 2,7V hin und her. Schalte ich den Polulo ohne Last ein und dann erst nach ein paar Sekunden die Last dazu, fällt die Spannung in diesem Moment dennoch auf ~2,7V am StepUp VIn ab.
Ich bin sehr gespannt auf die Diagnose :slight_smile:

Das Verhalten und auch die Messungen deuten für mich auf ein Problem mit dem Pololu hin.
Das könnte einerseits sein, dass der Pololu nicht ordentlich durchschaltet, also wirklich niederohmig im eingeschalteten Zustand ist.
Andererseits könnte sich auch ein Übergangswiderstand durch schlechte Kontakte im Breadboard eingeschlichen haben. Vin des StepUp sollte viel schneller auf Akku-Spannung gehen, wenn der Pololu einschaltet - ganz besonders, wenn die Schaltung ohne Last läuft.

Dazu hätte ich folgende Vorschläge:

  • Lege die Versorgung Vin des Pololu nicht an den Ausgang der Ladeschaltung, sondern besser direkt in die Nähe der Schraubklemme des Akkus. Damit sparen wir schon 2 Kontaktierungen im Strompfad auf dem Breadboard.
  • Verbinde zusätzlich Vin Minus des StepUp direkt mit dem Minuspol des Akkus und nicht über die Platine des Pololu.
  • Wenn nun immer noch Spannungsschwankungen am StepUp auftreten, setze versuchsweise eine Brücke von Vin nach Vout des Pololu, wenn er eingeschaltet ist.
  • Damit sollte an Vin des StepUp nun die volle Akku-Spannung anliegen. Daraus könnte man dann schließen, dass der Pololu nicht so niederohmig schaltet, wie er soll.
    Das wiederum könnte bedeuten, dass die Pins ON und OFF des Pololu noch mit Pullup / Pulldown Widerständen (ca. 10 kOhm gegen GND oder V+) beschaltet werden müssten, damit er wirklich vollständig durchschaltet.

Hast du mal kontrolliert, ob der PololuSwitch die LV-Version ist. Dieser ist speziell für niedrige Spannungen vorgesehen. Falls du die HV Version hast, könnte das erklären, warum er nicht richtig durchschaltet.

Es funktioniert :slight_smile: Erstmal vielen Dank für die großartige Unterstützung die mich auf den richtigen Weg gebracht hat.
Nach vielen Messungen der Spannung an den einzelnen Punkten der Schaltung, gehe ich davon aus, dass das Problem allein von den Übergangswiderstände des Breadboards in Verbindung mit den Jumperkabeln herrührt. Ich hatte auf anraten von NoBI und Thomas-Lehnert verschiedene Kombinationen ausprobiert bei der (Teil-)Überbrückung des Pololu und festgestellt, dass vor allem die Anzahl der „Knoten“, also wie viele Verbindungen es mit Breadboard gab, die Spannung immer weiter absinken ließ.
Letztendlich habe ich dann die Schaltung auf einer Lochrasterplatine realisiert. Auf dieser war dann kein Spannungsabfall mehr am Pololu oder dem StepUp messbar.
Ich werde an anderer Stelle berichten, wenn es etwas vorzeigbares gibt.

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