Hallo Paul, werte Community.
Gerne dokumentiere ich die eingangs erwähnte Lösungsmöglichkeit einer unterbrechungsfreien Mehrfach-Stromversorgung hiermit etwas mehr im Detail. Die hier beschriebene Variante wurde bei einem Testgerät implementiert, welches je nach Bedarf und Einsatzort aus einem Netzgerät, einem Fahrzeug-Bordnetz oder aus der, im Gehäuse integrierten Solarzelle gespiesen wird. Die Li-Ion Batterie dient dabei wie üblich als Laufzeitreserve.
Zuerst ein paar Messwerte und Bemerkungen, welche für die erwähnte RAK-Hardware gelten und welche möglicherweise bei der Xiao-Hardware anders ausfallen:
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Die Stromaufnahme der LoRa Hardware (RAK4630 Transceiver auf RAK19007 Baseboard) beträgt im Standby / RX Mode 14 mA. Während einer TX Sequenz sind es 130 mA.
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Die Energieaufnahme im realen Betrieb hängt massgeblich vom TX / RX Verhältnis am Einsatzort ab und kann im Labor nicht bestimmt werden.
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Da die Solarzelle des RAK Unify Solargehäuses parallel zum 5 V Ausgang des Reglers der externen Stromversorgung angeschlossen ist (siehe Blockschema), musste sichergestellt werden dass der Rückstrom dieses Reglers (RAK19004) in Richtung der Solarzelle vernachlässigbar klein ist. Im “worst case” d.h. bei vollständig abgedunkelter Solarzelle bleibt dieser unter 3 mA und beeinträchtigt die Solarzelle oder den Rest der Schaltung in keiner Weise.
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Der Schaltregler RAK19004 hat gemäss Datenblatt einen Eingangsspannungsbereich zwischen 2 V und 36 V und liefert daraus stabile 5 V. Er startet bei einer Spannung von knapp über 5 V. Dieser Regler hat eine für IoT Verhältnisse erhebliche Eigenstromaufnahme von ca. 10 mA bei 12 V Eingangsspannung. Er eignet sich daher für die hier vorgesehene Versorgung aus einem Netzgerät oder aus einem Fahrzeug-Bordnetz mit Systemspannungen von 12 V oder 24 V sowie zum Anschluss grösserer externer Solarzellen, sofern deren Leerlaufspannung 36 V nicht überschreitet. Für die Nutzung mit externen Batterien kleiner Kapazität ist die hier beschriebene Kombination aus meiner Sicht nicht geeignet.
Im angehängten Blockschema (man verzeihe mir die Handskizze) ist die Zusammenschaltung der Komponenten ersichtlich. Man beachte dabei bitte die Polarität der Anschlüsse, welche auf den Modulen aufgedruckt ist und welche üblicherweise durch die verdrehsicheren Steckverbinder sichergestellt wird… Leider habe ich bereits Anschlusskabel (Pigtails) erhalten, bei welchen die Polarität vertauscht war, eine visuelle Kontrolle vor der Inbetriebsetzung lohnt sich also.
Die ebenfalls angehängten Fotos zeigen eine mögliche Anordnung der Komponenten im RAK Unify Gehäuse, hier unter Verwendung von zwei parallel geschalteten 18650-er Li-Ion Zellen sowie den Anschluss des Reglers für die externe Versorgung. Dieser wurde mittels eines passenden Kabelstücks, auf der Unterseite des Solarzellenanschlusses des RAK19007 Baseboards angelötet. Die Litzen wurden an der Lötstelle mittels elastischem Klebstoff (UHU max repair) mechanisch entlastet.
Aus Gründen der Dichtigkeit wurden die unbearbeiteten RAK Unify Gehäuse verwendet. Diese haben keinen Durchbruch für den USB Anschluss und damit auch keine Gummiabdeckung, welche über die Jahre verwittert oder von neugierigen Vögeln herausgepickt werden kann. Um den USB Anschluss für drahtgebundene Updates dennoch zugänglich zu halten, wurde das Baseboard im Gehäuse um 180 Grad gedreht. Ein temporär eingesteckter USB-C Winkelstecker (auf dem Bild ersichtlich) ermöglicht den komfortablen Zugriff. Die zusätzlich angelegten 5 V über den USB Anschluss beeinträchtigen die Funktion der übrigen Speisungen sowie die Ladung des Akkus in keiner Weise.
Die von CHIX so schön beschriebene Updateprozedur über Bluetooth hat sich bei mir mehrfach bewährt und erübrigt im Normalfall drahtgebundene Updates vollständig.
