ARM Laptopproject deel 3a: De elektronica (1/2)

Door C.Hariri op vrijdag 24 augustus 2012 01:28 - Reacties (15)
Categorie: -, Views: 11.879

http://i.imgur.com/UvMyW.png
Het huidige deel is redelijk technisch van aard. Mensen die slechts interesse hebben in de overige zaken kunnen dus dit artikel overslaan.

Ik zal structureel te werk gaan. Als eerst zal ik om aan de eis van 16 uur batterijduur te kunnen voldoen een uitsplitsing geven van het energieverbruik. Indien mogelijk wordt er een referentiewaarde uit een tweede literatuur bij vermeldt. Door de energiedichtheid per 18650 cel te berekenen kan het aantal bepaald worden. Vervolgens worden alle randvoorzieningen uitgelicht. Als laatst wordt een opsomming gegeven van dingen die voor verbetering vatbaar zijn.

In het tweede deel worden de uiteindelijke circuits besproken.

http://i.imgur.com/25xFN.png
Ik defineer het “systeem” als de set van de volgende onderdelen: moederbord, USB Wireless Adapter, hardeschijf, scherm. Deze hebben het volgende verbruik:

NaamIdle(W)Load(W)Bron en referentie
Moederbord1,95http://dev.odroid.com/projects/odroid-xq/#s-2.8
USB Wireless adapter0,253http://dev.odroid.com/projects/odroid-xq/#s-2.8 en "Power Consumption Breakdown on a Modern Laptop"
Hardeschijf0,400,80http://www.tomshardware.c...chmark,review-32446-8.htm
Scherm1,53,5http://dev.odroid.com/projects/odroid-xq/#s-2.8 en "Power Consumption Breakdown on a Modern Laptop". Datasheet B140XW01

Het minimale energieverbruik is dus 4,1W. Om aan de eis van 16 uur te voldoen hebben we dus een batterij nodig met een capaciteit van 65,6Wh.

http://i.imgur.com/1Ydmd.png
Een 18650 is een type batterij, netzoals AA. De diameter is 18,65mm en de maximale spanning is 4,2V. Bij het ontladen zal deze afnemen tot een bepaalde waarde voordat deze omlaag stort. Voor grafiekjes verwijs ik naar: http://lygte-info.dk/revi...n18650CurvesAll%20UK.html.

Het stuk waar het voltage omlaag schiet is een gebied waar we het liefst uitblijven omdat diepe ontlading (<3V) voor lithium-ion cellen erg schadelijk is. We kiezen voor een veilig minimum: 3,4V. Er wordt uitgegaan van de volgende tabel: http://lygte-info.dk/revi...mon18650Summary%20UK.html, onder het kopje “Discharge, capacity down to 3.4 volt”. We gaan uit van een discharge-rate van 0.2A, waarom dit zo is zal later blijken in de uitleg over het laadcircuit. Te zien is dat we op een minimum van 1,75Ah kunnen rekenen. Door het oppervlak onder de curve te bepalen kunnen we het gemiddelde voltage berekenen. Dit blijkt 3,77V te zijn. Per cel rekenen we dus op 6,6Wh.

We hebben dus maximaal 49,6Wh/6,6Wh = 7,5 batterijen nodig. We ronden af naar boven zodat we op 8 cellen uitkomen.

http://i.imgur.com/FwQBb.png
http://i.imgur.com/9UQYT.png
Zonnecel
Omdat het verwachte idle-verbruik slechts 4,1W leek het mij mogelijk om zonnecellen te gebruiken om de laptop te laten draaien. Wat ook wel handig leek is om de laptop enkele uren in de zon te kunnen leggen, als er geen stopcontact in de buurt is (bijv. op vakantie). Omdat er hiervoor minimaal een voltage nodig is van 9V, en er per zonnecel 0,5V geleverd wordt moet er gebruik worden gemaakt van een DC-DC boost circuit. (het is niet mogelijk 18 cellen te monteren op de laptop). Ik zou hier graag de mening van medetweakers over willen hebben. Verwacht wordt dat er 4 cellen op de bovenkant van de laptop kunnen. In serie zou er dus een maximale spanning van 2V opgewekt kunnen worden. We hebben dus een kleine 5A nodig zouden we de laptop op zonne-energie willen draaien, en 9A willen we de laptop daadwerkelijk opladen (zie beschrijving Li-Ion charger).

Power-path
Er zijn twee Power-path IC’s in het circuit opgenomen. Er is uitsluitend gekozen voor Linear omdat er gebruik wordt gemaakt van LTSpice om het circuit te simuleren. Beide Power-paths prefereren de 19V adapterlijn. In het geval de adapter (plots) wordt ontkoppelt zal er naadloos worden overgeschakeld op een alternatieve bron.

Li-ion charger
Het belangrijkste onderdeel van dit circuit is de lithium-lader. De batterij bestaat uit twee parallelle rijen van vier in serie aangesloten 18650 cellen. Aangezien er per cel met 4,2V geladen moet worden, is de totale laadspanning 16,8V. De aanname dat er met maximaal 0,2A ontladen wordt per cel komt voort uit dat we in idle 3,1W verbruiken. Dit zou op een minimale cellading (3,4V per cel dus de gehele batterij 13,6V) neerkomen op 0,11A per cel. De batterijen zijn van nature niet beschermt, we zullen de bescherming handmatig in het circuit verwerken (hierover later meer). De LT3652 heeft een Powertracking feature waardoor het wattage onttrokken uit de spanningsbron wordt gemaximaliseerd (U*I). Deze functie is vereist voor het gebruik van zonne-energie. De maximale laadstroom is 2A. Er wordt gebruik gemaakt van 1,4A , dus 0,7A per cel uit veiligheidsoverwegingen.

NaamMaximale verbruik(W)
Moederbord e.d.15
USB devices10
Sub-totaal 25
Li-ion lader24
Op 70% efficientie+30
Totaal 70


DC/DC Step down
De laptop heeft twee spanningen nodig: voor het USB en moederbord 5 volt en voor het scherm 9V.

Charge indicator
Er wordt een condensator opgeladen met een constante spanning. Er wordt bepaald hoelang het duurt eer deze een bepaalde waarde heeft overschreden. Zodra deze waarde is overschreden ontstaat er een hoog signaal (dmv een comparator). Ik heb ik dit geval slechts twee GPIO poorten nodig (eentje voor de puls, de andere om het hoge signaal op te vangen). Wellicht is een analoog naar digitaal converter beter (nauwkeuriger)?

http://i.imgur.com/zWuFj.png
Er zijn enkele functies die we moeten implementeren om het laden en ontladen van de Li-ion batterijen op een veilige manier te laten verlopen. De volgende problemen kunnen voorkomen:

-Te hoge laadspanning
De 16,8V die door de lader op de cellen wordt gezet wordt verdeelt aangezien deze een interne weerstand hebben (principe van een spanningsdeler). Het lijkt me echter zo dat er in de praktijk deze interne weerstanden verschillen en kunnen veranderen (door het slijten van de cellen), waardoor er op een willekeurige cel mogelijk een hogere spanning kan staan. In dit geval moet het laden stop worden gezet. De spanning zal per cel moeten worden bepaalt. Hoe dit op een efficiŽnte manier kan (x8) staat op dit moment nog open.

-Over-ontlading
Gelijksoortig is het probleem dat geen van de cellen onder de 3,3V mogen raken. Indien 3,3V wordt bereikt op een willekeurige cel zal de hele batterij worden ontkoppelt van het systeem. Hoe dit op een efficiŽnte manier kan (x8) staat op dit moment nog open.

-Kortsluiting
Indien er meer dan het maximale gewaardeerde vermogen van het apparaat (25W, dus ongeveer 2A) wordt ontrokken aan de batterij moeten het worden ontkoppelt van het systeem en de rest van het apparaat. Dit kan door middel van een zekering.

-Te hoge temperatuur
Indien er een bepaalde temperatuur overschreden wordt (+85C) moet zowel het laden als ontladen stoppen. De temperatuur kan worden bepaald met een NTC.

http://i.imgur.com/yUAvD.png
In dit artikel is de infrastructuur achter het systeem uitgelicht. De volgende punten kunnen echter nog beter:
-de haalbaarheid van het gebruik van zonnecellen
-het bepalen van de spanning over de cellen met een hogere nauwkeurigheid/frequentie
-bepalen van spanning over elke individuele cel zonder teveel overhead

Graag ontvang ik hierover wat feedback.

Update: Het volgende deel is online: ARM Laptopproject: ARM Laptopproject deel 3b: De elektronica (2/2)

Volgende: ARM Laptopproject deel 3b: De elektronica (2/2) 09-'12 ARM Laptopproject deel 3b: De elektronica (2/2)
Volgende: ARM Laptopproject deel 2: Vergelijking van beschikbare hardware 08-'12 ARM Laptopproject deel 2: Vergelijking van beschikbare hardware

Reacties


Door Pixeltje, vrijdag 24 augustus 2012 07:17

Goed verhaal weer. Ik begin me wel af te vragen in wat voor behuizing je deze laptop gaat plaatsen, maar zo te zien heb je dat ook wel bedacht al;)

Het enige wat ik me afvraag is hoe je aan de 5.4 Wh komt uit deze zin:
We hebben dus maximaal 49,6Wh/5,4Wh = 8,3 batterijen nodig.
Ik kan die 5.4 alleen herleiden naar je minimale verbruik vermenigvuldigd met de 1.75 Ah (5.42) maar dat lijkt me niet juist. Vraag me ook af in hoeverre je daadwerkelijk in de buurt gaat komen van die 3.1W. Denk dat je uiteindelijk een beetje bedrogen uitkomt hiermee, ik kan me eigenlijk geen situatie voorstellen waarin alle componenten van je laptop niets aan het doen zijn.

Door Tweakers user C.Hariri, vrijdag 24 augustus 2012 10:53

@Pixeltje
Sorry voor de verwarring, ik heb het stuk enkele malen herschreven en was vergeten 5,4Wh te vervangen met 5,95Wh die erboven berekend was.

Ik heb wel wat renders van de uiteindelijke laptop. Zal die in deel 4 verwerken. Deel 3b komt dan later.

De 3,1W is het opgegeven minimale verbruik van alle delen opgeteld. Ik heb hier redelijk vertrouwen in. Echter heb ik niet met de efficienties van de Step-down converters rekening gehouden. Ik wacht het uiteindelijke ontwerp af.

Door Tweakers user mux, vrijdag 24 augustus 2012 11:38

Ik ben een klein beetje teleurgesteld in de diepte van deze analyse. Ik weet niet hoeveel ervaring je hebt met elektronisch ontwerp, maar dit is niet hoe je systeem in elkaar gaat zitten... Gewoon niet. Ik heb niet echt tijd om elk punt uitgebreid te gaan behandelen, maar puntsgewijs kan ik al een aantal aanwijzingen geven:

- Je energieverbruik is erg hoog geschat voor de basisonderdelen, maar onrealistisch voor het scherm. Als je gebruik kunt maken van goede power management op je peripherals kunnen nagenoeg alle peripherals <0.1W verbruiken. Dat heb ik al meermalen gerealiseerd op mijn builds, en dat is x86 spul (een stuk minder zuinig dan SoCs en mobile-georienteerd spul). Aan de andere kant heb je voor het scherm enkel het verbruik van het paneel en geen backlight ingecalculeerd. Als je aan de low-cost LED backlights gaat kun je er absoluut vanuit gaan dat bij een bruikbaar (indirect zonlicht) helderheidsniveau 4-5W in de backlight+inverter gaat zitten. Het is immers een laptop, je kunt niet wegkomen met (zoals op Fluffy2) een helderheidsniveau van minder dan 300cd/m2.

- Vervolgens zitten er dc/dc converters tussen de batterij en alles, dus je moet je batterij zeker 20% overdimensioneren. Low power betekent inefficiŽnte dc/dc conversie, helaas. Doordat je power budget al vrij ver van een realistisch budget zit is het moeilijk om een nuttige batterijgrootte te schatten. Je kunt veel beter een bestaand vergelijkbaar product nemen (bijvoorbeeld Ipad 2,4) en terugrekenen: hoeveel groter moet de batterij om de gewenste batterijduur te krijgen? En dan met je componentkeuze daar naartoe werken.

- Panasonic high-cap 18650's hebben een capaciteit van zo'n 10.5Wh. Lower-cost 18650's zitten allemaal zo tussen de 8.5 en 10Wh. 5.4Wh is veel te laag, dat zijn misschien afgeschreven cellen van Dealextreme. Kijk eens hier: http://www.candlepowerfor...-18650-battery-comparison en bereken de area under curve.

- Voor je batterij wil je gewoon een setje battery management chips hebben. Een goedkope optie is bq24707+bq76925+microcontroller. Solar charging doe je veel gemakkelijker met een NXP solar tracking dc/dc converter. Naast deze chips wil je nog een onafhankelijke gas gauge chip. Zo'n set chips doet bijna alles dat je in dit blogartikel hebt gezegd: elke vorm van battery protection, monitoring, power supply ORing, charging.

- In het algemeen zou ik niet voor LT kiezen. Ze zijn ultraduur en gespecialiseerd (net als ADI) in hoge precisie/kritische toepassingen, niet low-cost consumentenzooi. Bovendien heb je nergens LTSpice voor nodig, dit is vrij straightforward spul: het werkt of het werkt niet, weinig simulatie nodig, vooral kennis van microcontrollers nodig if anything.

- Twee dc/dc converters? 10+ zul je bedoelen. Elke peripheral, elke chip gaat er een nodig hebben, sommige meerderen (zoals de SoC). Het goedkoopste is om hier een geÔntegreerde power management chip te kopen zoals die in telefoons worden gebruikt, maar deze zijn erg moeilijk te sourcen voor kleine ontwikkelaars. Waarschijnlijk komt het er dus op neer dat je elke dc/dc converter discreet moet opbouwen.

- Zekeringen zijn geen geschikte kortsluitbeveiliging in microelektronica. Een zekering bestaat enkel en alleen om brand te voorkomen, het heeft geen enkele andere functie. Een zekering dient geplaatst te worden in alle paden vanuit een energiebron naar een apparaat: er zit dus een zekering direct na de adapter-plug en in de batterij.

In het geheel is deze blogpost een combinatie van een paar hele in-depth ontwerpbeslissingen (zekeringen zijn iets dat je tijdens gedetailleerd elektronisch ontwerp doet, niet tijdens high-level design) en een paar high-level elektronische beslissingen. Ik zou het heel anders opbouwen: begin met alleen high-level design specificaties en kies daarop je componenten uit. Zodra je daarmee klaar bent ga je datasheets induiken om te kijken welke specifieke details er nog uit te werken zijn, en daarna maak je een schema en prototype-ontwerp, waarbij je ook nog tegen genoeg problemen aan zult lopen.

Door Tweakers user Infant, vrijdag 24 augustus 2012 12:40

Over het hoofdstuk zonnecellen:

Je hebt eigenlijk 1 reele optie, en een non-reele optie.

1: De reele optie:

Een externe zonnecel maken / kopen. Als je deze zoals mux suggereerd voorziet van een mppt chipje, en die laat communiceren met je lader, dan heb je inderdaad wat moois dat werkt. Je kunt dan afhankelijk van je groenlinks gehalte zoveel zonnepannelen inzetten als je wilt.

2: De niet reele optie:

Eigenlijk hetzelfde, maar op de laptop geplakt, zodat je "hem in de zon kunt leggen".
Ik heb nog nooit iemand gesproken die het een goed idee vond om zijn notebook voor lange tijd in de zon te laten liggen, misschien als je iets met hitte shielding doet en afvoer, dat het kan.... maar dannog zou ik voor de externe optie gaan.

Stel nou dat je in de zon werkt... wil je dan zonnepannelen? Ja.. misschien... kan....opzich Maar inplaats van 100-200nit brightness heb je iets van 500-1000nit nodig om fatsoenlijk iets te kunnen zien, wat veel meer vermogen gaat kosten dan een reasonably sized zonnepanneel gaat opleveren. Het zou dan dus efficienter zijn om in de schaduw te werken.

Door Tweakers user C.Hariri, vrijdag 24 augustus 2012 13:27

Hey mux,

elektrische ontwerpen zijn inderdaad niet echt mijn vakgebied. Maar dat is ook een van de redenen dat ik er een publieke blogpost van maak.

@- Je energieverbruik is erg hoog geschat voor de basisonderdelen
Heb je het over het minimale of het maximale verbruik?

@-Je energieverbruik [...] onrealistisch voor het scherm
De datasheet van het scherm (B140XW01) stelt : Power Consumption [Watt] 3.8 max. (Include Logic and Blu power). Dat is ongeveer gelijk aan de eerder gestelde 3,5W (max). De 0,5W “idle” zal denk ik inderdaad zonder enige vorm van backlight zijn. Hier kan ik verder niks over vinden, en zal ik dus moeten bepalen tijdens de uiteindelijke test.

@- Vervolgens zitten er dc/dc converters tussen de batterij en alles [...]
Met de simulator van Linear heb ik redelijke efficienties (>90%) weten te simuleren, zelfs op de lage wattages. Ik weet echter niet of dit represenatief is voor situaties in de praktijk. Afhankelijk van wat het paneel doet zou die 3,1W van het systeem zelfs met 20% overdimensioneren onder de 4W uitkomen.

@- Lower-cost 18650's zitten allemaal zo tussen de 8.5 en 10Wh. 5.4Wh is veel te laag.
De capaciteit van de batterijen heb ik ingeschat door het ampere-uur te vermenigvuldigen met
de minimale spanning die erop zal staan (3,4V). 5,95Wh is dus het uiterste minimum aangezien de spanning altijd boven 3,4V zal zijn.

Ik heb nu het oppervlak onder de grafiek bepaald en daaruit het gemiddelde voltage berekend (3,77V). Afhankelijk van hoeveel ampere-uur de batterij daadwerkelijk is kan hier het vermogen-uur uit berekend worden. Op 2100mAh, een redelijke schatting, zal 7,5Wh opleveren. Minder dan de 8,5Wh die jij opgaf, maar ik ga uit van het slechtste geval. 8 Batterijen zijn inderdaad dus genoeg. Dat is de enige conclusie die ik eruit zou willen trekken.

@- Voor je batterij wil je gewoon een setje battery management chips hebben en  In het algemeen zou ik niet voor LT kiezen.
Met Linear heb ik een regeling weten te treffen dat ik enkele onderdelen als sample kan krijgen. Verder is LTSpice de enige vorm van zekerheid waar ik op terug kan vallen, omdat ik zelf geen electrical engineering oid achtergrond heb.

De LT3652 (http://www.linear.com/product/LT3652) doet, als ik de datasheet begrijp, de solar tracking en het opladen van de 18650‘s in een package dus daar ben ik redelijk tevreden over.

Zo’n gas/fuel gauge chip lijkt me inderdaad een betere oplossing dan wat ik van plan was. Ik zal de blogpost uitbreiden zodra ik eruit ben welke er gekozen wordt.

- Twee dc/dc converters? 10+ zul je bedoelen.
Ik denk dat je de hele zaak overcompliceert. Eerst wil ik een soort prototype-laptop maken met standaard hardware en een minimum aan zelf-ontworpen circuits. Als het idee aanslaat dan wil ik misschien, ooit eens in de verre toekomst, een ontwerp (laten) maken rond een SoC. Op dit moment worden er slechts twee apparaten voorzien van een spanningsbron:
- Odroid-x, trekt 5V @ max 2A. Voorzien van een standaard DC plug.
(http://www.hardkernel.com...06/201206301841017729.jpg)

- scherm, trekt 9V @ max 3A. Zoals te zien is op de foto (http://www.hardkernel.com...07/201207012348460287.jpg) is het hele PCB hiervoor al gemaakt en hoeft ik slechts 9V te leveren.

@Infant
Op zich kan er niks kapot aan het apparaat behalve het scherm (maximaal 60C). Zo'n externe installatie lijkt me te onhandig. Heb je enige ervaring met wat een zonnepaneel oplevert in de schaduw? Ik meen ergens gelezen te hebben dat ze slechts in het donker niks doen.

[Reactie gewijzigd op vrijdag 24 augustus 2012 13:30]


Door Tweakers user A_K, vrijdag 24 augustus 2012 13:52

Laptop in de zon leggen? Uitermate goed voor de levensduur van je li-ion cellen...

Die 1,75Wh komt ook maar uit de lucht vallen?
Panasonic NCR18650B is trouwens ook al beschikbaar, 3400 mAh :)

18650 is een afmeting voor een batterij/accu, en niet per definitie 4.2V. li-ion kan sowieso tot 4.3V maar dat is niet goed voor je levensduur en laat weinig marge voor fouten, en je hebt ook LiFePO4 op 18650 formaat (max +-3.6V)

Je hebt zover ik het zie de verbruik odroid-x chip genomen en dat als verbruik van het scherm gepakt, zo kom je aan je lage verbruik van het scherm :) :)

Door Tweakers user C.Hariri, vrijdag 24 augustus 2012 14:02

@A_K:
Zolang de laptop niet te warm wordt kan het geen kwaad.

http://i.imgur.com/gaLXJ.png
Uit: Power Consumption Breakdown on a Modern Laptop

1,75Ah is het gemiddelde/verwachte waarde van wat een batterij levert als je kijkt naar http://lygte-info.dk/pic/.../common/CapacityTo3.4.png

Er wordt van 4,2V uitgegaan.

Ik ben op dit moment nog bezig om de feedback die ontvangen is te verwerken in dit artikel.

[Reactie gewijzigd op vrijdag 24 augustus 2012 14:12]


Door Tweakers user mux, vrijdag 24 augustus 2012 15:00

C.Hariri schreef op vrijdag 24 augustus 2012 @ 13:27:
Heb je het over het minimale of het maximale verbruik?
Beide. Maximaal verbruik is niet zo interessant, typisch verbruik is een stuk nuttiger. Zowel typisch (normaal gebruik) als minimaal zit je een stuk lager.
De datasheet van het scherm (B140XW01) stelt : Power Consumption [Watt] 3.8 max. (Include Logic and Blu power). Dat is ongeveer gelijk aan de eerder gestelde 3,5W (max). De 0,5W “idle” zal denk ik inderdaad zonder enige vorm van backlight zijn. Hier kan ik verder niks over vinden, en zal ik dus moeten bepalen tijdens de uiteindelijke test.
Maar nu heb je gewoon een random LCD genomen en verder niet nagedacht over de toepassing. 170cd/m2 is totaal ongeschikt voor een laptop. TN is not done vandaag de dag. 5 jaar geleden kon je ermee aan komen, nu niet meer. En als je dit paneel nu kiest om maar een prototype te hebben kom je over 1 of 2 jaar als je je ARM-laptop in productie wil nemen in de problemen; je power-budget en embedded link moet dan heel anders, wat in feite een redesign van het halve moederbord betekent. Je wil ver boven de 300cd/m2 zitten. Daarnaast wil je tegenwoordig omwille van pcb-complexiteit het liefste eDP ipv eHDMI of LVDS gebruiken, hoewel LVDS als tussenstap wel kan. eHDMI is per definitie duur vanwege licentiekosten. Ik zou aanraden eens te kijken naar de panelen die ze tegenwoordig in tablets smijten; die zijn over het algemeen erg goed voor mobiele toepassingen (laag paneelverbruik, goede backlights, goede inkijkhoeken).
Met de simulator van Linear heb ik redelijke efficienties (>90%) weten te simuleren, zelfs op de lage wattages. Ik weet echter niet of dit represenatief is voor situaties in de praktijk. Afhankelijk van wat het paneel doet zou die 3,1W van het systeem zelfs met 20% overdimensioneren onder de 4W uitkomen.
Weet je, don't bother met spice-simulaties van converters. Tegen de tijd dat je een concreet ontwerp doet moet je me maar DMen of mailen en dan ontwerp ik alle dc/dc converters wel. Het is een complexe zaak om dit zo efficiŽnt mogelijk te krijgen en nog steeds binnen budget te blijven.
Ik heb nu het oppervlak onder de grafiek bepaald en daaruit het gemiddelde voltage berekend (3,77V). Afhankelijk van hoeveel ampere-uur de batterij daadwerkelijk is kan hier het vermogen-uur uit berekend worden. Op 2100mAh, een redelijke schatting, zal 7,5Wh opleveren. Minder dan de 8,5Wh die jij opgaf, maar ik ga uit van het slechtste geval. 8 Batterijen zijn inderdaad dus genoeg. Dat is de enige conclusie die ik eruit zou willen trekken.
Da's al een stuk beter, maar nog steeds erg laag IMO. Zodra je bezig gaat zijn met het sourcen van cellen voor een productierun is het prijsverschil tussen crappy 7Wh en goede 10.5Wh cellen nihil, dus wat mij betreft kun je een stuk minder conservatief zijn. Dit is ook belangrijk, want elke extra li-ion cel die je in serie zet betekent dat je een duurdere balancer en charger nodig hebt. Je wil dus juist niet zo conservatief mogelijk zijn, maar kijken waar een realistische technische grens zit en daar naartoe werken.

Nu ik erover nadenk: volgens mij is het veel slimmer om die hele batterij op ťťn serie cel te laten werken (dus 3.3-4.25V). Dat maakt componentkeuze veel makkelijker, je hebt opeens geen balancer en ingewikkelde charger meer nodig, en al je dc/dc converters kunnen low-voltage exemplaren worden. Scheelt aan alle kanten hoopjes kosten, want 6.5V rated dc/dc converters zijn aanzienlijk goedkoper en efficiŽnter dan 24V rated spul.
Met Linear heb ik een regeling weten te treffen dat ik enkele onderdelen als sample kan krijgen. Verder is LTSpice de enige vorm van zekerheid waar ik op terug kan vallen, omdat ik zelf geen electrical engineering oid achtergrond heb.
Als je geen elektronisch ingenieur bent, moet je niet beginnen aan zo'n soort ontwerp maar mensen inhuren om het voor je te ontwerpen (in samenspraak). Simpele hobbyprojectjes, ok, maar dit is echt een ingewikkeld ontwerp, daar heb je iets van ervaring voor nodig. Daarnaast: iedere fabrikant levert samples :P dat is niet speciaal.
Zo’n gas/fuel gauge chip lijkt me inderdaad een betere oplossing dan wat ik van plan was. Ik zal de blogpost uitbreiden zodra ik eruit ben welke er gekozen wordt.
Ik denk dat je de hele zaak overcompliceert. Eerst wil ik een soort prototype-laptop maken met standaard hardware en een minimum aan zelf-ontworpen circuits. Als het idee aanslaat dan wil ik misschien, ooit eens in de verre toekomst, een ontwerp (laten) maken rond een SoC. Op dit moment worden er slechts twee apparaten voorzien van een spanningsbron:
OK, ben ik het wel mee eens. Alsnog geen eenvoudig ding om te ontwerpen.
Op zich kan er niks kapot aan het apparaat behalve het scherm (maximaal 60C). Zo'n externe installatie lijkt me te onhandig. Heb je enige ervaring met wat een zonnepaneel oplevert in de schaduw? Ik meen ergens gelezen te hebben dat ze slechts in het donker niks doen.
Nou, ik denk dat je je hierin vergist. Je oppervlak is ca. 12x9" oftewel 0.07 vierkante meter. Als je een typisch polykristallijn paneel neemt over de gehele oppervlakte kijk je naar ruwweg 7% efficiŽntie (tov instalingsvermogen) of 14% efficiŽntie (tov geabsorbeerd vermogen). Bij maximale instraling, ca. 1000W/m2, kun je dan dus 4.9W opwekken, waarbij 30W wordt geabsorbeerd als warmte en 35W wordt gereflecteerd. 30W op dat oppervlak, zeker in een windstille ruimte, is meer dan genoeg om het geheel flink op te warmen. Het probleem hiermee is dat de laptop er zelf niets aan kan doen om zichzelf te beschermen tegen oververhitting. En in tegenstelling tot andere laptops, waar het duidelijk is dat je hem niet in de zon moet leggen, wordt bij dit model juist aangemoedigd om het apparaat in volle zon te laten liggen. Vrije convectie in lucht vanaf een zonnepaneel geeft ongeveer 10W/m2*K koelvermogen, dus bij 0.07 vierkante meter warmt het oppervlak ca. 50 graden op. Op een warme dag is dat onacceptabel veel; hij warmt dan op tot 80 graden!

Dit is geen goed ontwerp. Als je je gebruikers aanmoedigt om een apparaat onder bepaalde omstandigheden te gebruiken dient het apparaat veilig te zijn onder elke redelijke vorm van die omstandigheden. Dit is ook de reden dat je niet tot nauwelijks zonnepanelen op consumentenelektronica ziet.

Door Tweakers user A_K, vrijdag 24 augustus 2012 15:19

mux schreef op vrijdag 24 augustus 2012 @ 15:00:

Nu ik erover nadenk: volgens mij is het veel slimmer om die hele batterij op ťťn serie cel te laten werken (dus 3.3-4.25V). Dat maakt componentkeuze veel makkelijker, je hebt opeens geen balancer en ingewikkelde charger meer nodig, en al je dc/dc converters kunnen low-voltage exemplaren worden. Scheelt aan alle kanten hoopjes kosten, want 6.5V rated dc/dc converters zijn aanzienlijk goedkoper en efficiŽnter dan 24V rated spul.
Alle laptops die ik gezien heb (niet zo veel) hadden 2 18650 parallel en 3 of 4 in serie. Waarom weet ik niet, maar zal wel een voordeel hebben, is spanning naar beneden brengen niet makkelijker/efficienter te doen dan omhoog bijvoorbeeld?
C.Hariri schreef op vrijdag 24 augustus 2012 @ 14:02:
@A_K:

http://i.imgur.com/gaLXJ.png
Uit: Power Consumption Breakdown on a Modern Laptop

1,75Ah is het gemiddelde/verwachte waarde van wat een batterij levert als je kijkt naar http://lygte-info.dk/pic/.../common/CapacityTo3.4.png
Mooie grafiek, geen enkele context?

Dus je neemt de gemiddelde waarde van een stel accu's en gaat daar mee werken? Aha..

Door Tweakers user C.Hariri, vrijdag 24 augustus 2012 15:34

Het LCD paneel is inderdaad erg slecht. Ik ben helemaal niet blij met de resolutie noch met de helderheid. Het LCD paneel was het enige van formaat dat mee kon worden geleverd met de Odroid-X. Als ik er een los had besteld dan had ik de LVDS aansluiting zelf moeten ontwerpen. Ook ben ik erg beperkt door het budget wat ik zelf opgesteld heb. Daarnaast is de kwaliteit van het scherm voor een prototype laptop niet erg belangrijk naar mijn mening. Hetzelfde geldt voor de batterijen en dergelijke.

De zonnecellen zal ik uit het ontwerp schrappen. Ze maken het ontwerp onnodig ingewikkeld, en zijn bovendien niet praktisch.

Een serie-cel lijkt me beter te managen dan een hele stel in serie. Het enige wat ik erop kan inbrengen zijn hogere stroomsterkes omdat er met lagere voltages gewerkt wordt.

Waar ik wel mee zit is dat de meeste gauges I2C/SMbus gebruiken. De GPIO zijn echter al gebruikt door de LVDS, dus er moet met USB gewerkt worden. De theorie achter bussen ken ik wel, maar ik heb geen praktische ervaring.

@A_K
De grafiek bevat niet zomaar een stel accu's, maar vrijwel alle significante. Het enige merk dat ik mis is Sanyo. Bij de aanschaf van 18650's is de kans dus vrij groot dat ik eentje uit dat lijstje selecteer.

[Reactie gewijzigd op vrijdag 24 augustus 2012 15:46]


Door Tweakers user Infant, vrijdag 24 augustus 2012 17:45

A_K schreef op vrijdag 24 augustus 2012 @ 15:19:
Alle laptops die ik gezien heb (niet zo veel) hadden 2 18650 parallel en 3 of 4 in serie. Waarom weet ik niet, maar zal wel een voordeel hebben, is spanning naar beneden brengen niet makkelijker/efficienter te doen dan omhoog bijvoorbeeld?
De meeste notebooks, kunnen onder volle belasting toch wel een watt of 50 trekken, als het niet meer is.
Als dat uit een cel moet komen, zou dat op iets van 12A neer komen, en dat is gewoon een beetje onhandig.

Gezien jij maximaal maar iets van 12W gaat trekken, zou dat op laten we zeggen 4A neer komen. Daar valt nog mee te leven.

Plus, het houd je ontwerp wel een stuk simpeler.

[Reactie gewijzigd op vrijdag 24 augustus 2012 17:46]


Door Tweakers user C.Hariri, vrijdag 24 augustus 2012 18:15

Je hebt 8 cellen in parallel, dus 0,5A per cel @ 4A. Je zult dan wel een stepup regulator moeten gebruiken om van 3 - 4,2V de 5 en 9V te maken.

Door Tweakers user mux, vrijdag 24 augustus 2012 21:01

C.Hariri schreef op vrijdag 24 augustus 2012 @ 15:34:
Daarnaast is de kwaliteit van het scherm voor een prototype laptop niet erg belangrijk naar mijn mening. Hetzelfde geldt voor de batterijen en dergelijke.
Daar ben ik het mee eens, maar het gaat me niet om de kwaliteit: het gaat om de specs. Een IPS-paneel trekt aanzienlijk meer stroom voor het logic-gedeelte dan TN, dus daarvoor moet je 3.3V dc/dc aangepast worden. Een helderdere backlight verbruikt meer stroom voor de backlight, dus idem dito. En de digitale interface bepaalt welke SoC je kunt gebruiken en hoe futureproof alles is - LVDS is on its way out!
Waar ik wel mee zit is dat de meeste gauges I2C/SMbus gebruiken. De GPIO zijn echter al gebruikt door de LVDS, dus er moet met USB gewerkt worden. De theorie achter bussen ken ik wel, maar ik heb geen praktische ervaring.
Al je power management zaken wil je in een aparte IC onafhankelijk van de processor regelen. Liefst een dedicated power controller, bij gebrek daaraan iets anders dat enigszins robuust in elkaar zit.

Door Tweakers user radu124, vrijdag 24 augustus 2012 23:45

hello,

Ik wilde iets vergelijkbaars (ARM-gebaseerde laptop) maken. Ik ben begonnen met het kopen van een PandaBoard ES, maar ik kon niet verder. Voor de andere delen Ik ben van plan om vervangende laptop delen te krijgen zo goedkoop mogelijk. Ik zit vast op het TFT paneel verbinding. Ik kon niet veel informatie online vinden, zelfs niet een fatsoenlijke datasheets en specificaties.

Ik zou heel graag informatie uitwisselen met u over deze ontwikkeling.

Door Tweakers user C.Hariri, zaterdag 25 augustus 2012 12:10

@radu124
Het pandaboard heeft geen LVDS (of eDP) aansluiting, dus dat zul je zien te regelen met een extern circuit. Een HDMI naar LVDS onderdeel is redelijk goedkoop te vinden. Je moet er wel op letten dat de hoeveelheid aansluiting van het paneel (en layout) hetzelfde is als op de converter.

Reageren is niet meer mogelijk