Benötigen Sie eine wiederaufladbare LiPo-Stromversorgung mit 5-V- und 12-V-Ausgang? Möchten Sie das SMD-Löten üben? Das können Sie mit ein wenig Hilfe von GreatScott! (ein YouTuber mit mehr als einer Million Abonnenten) und Elektor. In diesem Artikel beschreiben wir sowohl die praktische mobile Stromversorgung als auch die Hindernisse, die wir während der Entwicklung überwinden mussten.   

Beim Experimentieren mit Elektronik und um Prototypen zum Laufen zu bringen, setzen wir üblicherweise auf unser zuverlässiges Netzgerät auf dem Labortisch. Soll das von uns gebaute Gerät aber tragbar sein und sich im Labor bewegen, werden die Zuleitungen manchmal zu einem kleinen Handicap. Abhilfe schafft dann ein Bündel von Batterien, die sorgfältig mit Klebeband, Heißkleber und einem billigen DC/DC-Wandler zu einer Art tragbarem Akkupack verarbeitet werden. Das funktioniert bei einem Prototyp, aber es ist nicht so schön, besonders wenn Sie 5 V und 12 V für Ihr Gerät benötigen. Das kann man besser machen, und man macht es auch! Bei einem Treffen auf der Messe productronica 2019 in München beschlossen Elektor und der populäre Ingenieur GreatScott!, gemeinsam einen praktischen DIY-Bausatz zu entwickeln, speziell für Sie.

Wer ist GreatScott!? Great Scott! ist der Name eines Youtube-Kanals, der 2013 ins Leben gerufen wurde und mehr als einer Million Abonnenten elektronische Projekte und Elektronikwissen präsentiert. Viele Videos stellen Selbstbau-Projekte vor, die die Zuschauer nachbauen können, andere Videos bieten Inspiration und klare Lösungen für technische Probleme. Da es bereits auch etliche Videos mit Elektor-Produkten gibt, entstand die Idee, einen nützliches Do-it-yourself-Kit zu präsentieren, mit dem zudem jeder Interessierte sein Wissen und sein Können erweitern kann.

GreatScott! hat den rohen Schaltplan eines Netzteils skizziert, das auf wiederaufladbaren LiPo-Akkus basiert und vom Benutzer, also von Ihnen, mit SMD-Bauteilen aufgebaut werden soll. Alle Bauteile und sonstigen Bestandteile sehen auf den ersten Blick nicht so kompliziert aus, ein Lade-IC für LiPo-Akkus, ein DC/DC-Wandler, der 5 V und 12 V bereitstellt und ein Akku-Schutz-IC. Alle anderen Bauteile besitzen – soweit möglich – die Baugröße 1206, um auch Elektronik-Einsteigern zu ermöglichen, SMD-Bauteile ordnungsgemäß auf die Platine zu bekommen und hoffentlich zu zeigen, dass das Löten von SMDs keine schwarze Magie ist, die nur gut ausgebildete Zauberkünstler beherrschen. Einige kritische Bauteile sind sogar bereits auf der Platine vorbestückt, um Ihnen den Einstieg in die SMD-Bestückung etwas leichter zu machen und um den Umgang mit den kleinen Pins und Pads unter den ICs zu vermeiden.

Zum Aufladen der Akkus können Sie entweder das direkt angeschlossene 5-V-Kabel oder vorzugsweise den USB-C-Anschluss auf der Zusatzplatine verwenden. Vorzugsweise, denn bei der USB-C-Verbindung ist ein Verpolen des Akkus völlig ausgeschlossen. Die USB-Buchse ist auf der Platine durch vier Befestigungslöcher sehr stabil befestigt. Für den sicherlich interessanten Aufbau des Netzteils gibt es eine schöne Schritt-für-Schritt-Anleitung, die im DIY LiPo Supercharger Bundle (Bild 1) enthalten ist.

Die drei ICs auf dem Board stammen von bekannten vertrauenswürdigen Herstellern. Das Batterieschutz-IC ist ein XB8089D von XySemi, das man nur bei Händlern findet, die sich auf chinesische Siliziumprodukte spezialisiert haben. Dieser Chip bietet Überladungs-, Tiefentladungs-, Überstrom- und Verpolungsschutz in einem kleinen SOP8-Gehäuse mit Expose-Pad zu einem vernünftigen Preis. Obwohl viele Batterien, die in Produkten wie Drohnen verwendet werden, schon über einen integrierten Schutz verfügen, sollte man auf diese Schutzmaßnahme sicher nicht verzichten, wenn eine ungeschützte Lithium-Batterie eingesetzt wird.

Den Skizzen und dem groben Schaltplan, die GreatScott zur Verfügung stellte, fügte Elektor seine Erfahrung bei der Entwicklung und der Erstellung von Platinen hinzu. Man könnte meinen, dies sei das Ende der Geschichte, Sie haben eine Platine und alles ist in Ordnung, aber es gilt die Faustregel, dass es normalerweise drei Iterationen bis zum fertigen Produkt dauert, wie Sie in Bild 2 sehen können.

Der erste Prototyp links funktionierte fast wie erwartet, abgesehen von ein paar kleineren Problemen wie, dass die Batterie nicht geladen wurden oder der DC/DC-Wandler das Zeitliche segnete, wenn der Laststrom ein bestimmtes Maß überschritt. Das Batterieschutz-IC verhinderte zwar, dass die Lithium-Batterie dabei beschädigt wurde, aber die Stromgrenze liegt dann bei 10 A (entsprechend 37 W), während sich der DC/DC-Wandler schon bei etwa 15 W in Wohlgefallen auflöste. Das Problem mit dem Nicht-Aufladen wurde auch bald gelöst, es lag an einem Tippfehler, der aus einem gewünschten 10-kΩ-Widerstand einen 100-kΩ-Widerstand machte. Aber um ehrlich zu sein, wir wissen aus Erfahrung von vielen anderen Projekten, wo wir suchen müssen, wenn es um den falschen Widerstand für den Ladestrom geht. Das gewählte Schutz-IC BQ24092 stammt aus der BQ2409x-Familie, und hier müssen Sie das Datenblatt sorgfältig prüfen. Je nach Chip-Variante muss der erwähnte Widerstand nämlich 10 kΩ oder 100 kΩ groß sein. Einmal erkannt, war das Wechseln des Widerstands das geringste Problem.

Da wir drei Iterationen durchgeführt haben, haben wir viel gelernt. Die Modifikation des DC/DC-Wandlers ist ganz einfach, wenn man weiß, welche Teile man auswählen kann. Auch bei der Zusammenstellung des Baupakets haben wir ein paar Lektionen gelernt, von denen Sie vielleicht profitieren. In der Zwischenzeit können Sie einen Blick auf den Youtube-Kanal von GreatScott! werfen und die Baugruppe und das Netzteil in Aktion sehen. Details und eine ausführliche Beschreibung der Schaltung folgen in der nächsten Elektor-Ausgabe. Die groben Spezifikationen sind im nebenstehenden Textkasten aufgeführt.

Die endgültig überarbeitete Platine sieht wie in Bild 3 aus, während Bild 4 sie in Aktion zeigt.

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