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Versorgung aus einer ZelleBei batteriebetriebenen Anwendungen stellt sich oft das Problem der Spannungsversorgung. Darauf soll hier näher eingegangen werden.
[bearbeiten] Erste Ideen[bearbeiten] 9V-Block mit LinearreglerDie erste Idee, einen 9V-Block herzunehmen und einen Linearregler a la 7805 hinzuhängen mag zwar einfach erscheinen, hat aber jedoch einen extrem schlechten Wirkungsgrad (bei Runterregelung auf 5V muss der Regler immerhin 45% verbraten => 55% Wirkungsgrad, bei 3,3V nur noch 36%), und auch der Platzbedarf ist vergleichsweise alles andere als gering. Auch braucht der klassische 7805 ca. 5mA für sich selber. Das ist meist mehr als ein Mikrocontroller! Bei weitem besser sind hier Low Power Linearregler wie z.B. der LP2950. Dieser benötigt ca. 75μA. Als Extrembeispiel sei hier der TPS715 von Texas Instuments genannt, der mit unglaublichen 3,2 μA auskommt! Statt des Linearreglers könnte man natürlich auch einen Step-Down-Schaltregler benutzen, dann hätte man zumindest einen besseren Wirkungsgrad von 80-90%. Last but not least muss man auch sagen, dass die Energiedichte von 9V-Blocks eher gering ist im Verhältnis zu Mignonzellen. http://data.energizer.com/ (Auf Technical Info oben rechts clicken, dann die Batteriefamilie links auswählen, z.B. Alkaline)
[bearbeiten] Vier Mignonzellen mit LowDrop-LinearreglerAls weitere Möglichkeit wären vier Mignonzellen (= 6V) zu verwenden und dahinter einen LowDrop-Linearregler zu schalten. Der Platzbedarf ist immer noch gross, der Wirkungsgrad besser (ca 90%). Allerdings bleibt ein Nachteil: Die Batterien werden nie wirklich geleert, nichtmal annähernd, weil sie bereits bei 1,25V pro Zelle zusammen gerade noch 5V ergeben, der Regler aber auch gern noch seinen Teil abhaben will (Dropout Voltage). Zu bedenken sind hierbei die Entladekennlinien von Batterien, oder noch schlimmer die von Akkus. [bearbeiten] Drei Mignonzellen ohne SpannungsreglerDie meisten modernen Mikrocontroller haben einen sehr weiten Versorgungsspannungsbereich, teilweise von 1,8V bis 5,5V. Damit ist es möglich, sie direkt mit drei in Reihe geschalteten Zellen zu betreiben. Während der Entladung sinkt die Betriebsspannung (3x0,8V=2,4V), was der Mikrocontroller aber verkraftet, sofern er nicht mit maximalem Takt läuft. Wenn keine weiteren ICs in der Schaltung benötigt werden, oder diese ebenso tolerant bezüglich einer veränderlichen Versorgungsspannung sind, ist diese Methode die einfachste und günstigste (100% Wirkungsgrad). Vor allem bei Low Power Anwendungen mit Sleep Mode wird hier kein Mikroampere für einen Spannungsregler verschwendet. [bearbeiten] Bessere LösungsansätzeWie man sehen kann, sind oben dargestellte Methoden nicht wirklich zufriedenstellend. Vor allem der Platzbedarf dürfte ein KO-Kriterium sein. Besser wäre es nur eine oder zwei Zellen zu verwenden. [bearbeiten] Step-Up-SchaltreglerStep-Up-Schaltregler bringen die Spannung, wie der Name schon sagt, 'einen Schritt nach oben'. Ideal also um aus 1,5V oder 3V z.B. 5V zu machen. Desweiteren sind sie auch geeignet, um höhere Ströme (bis 0,5A, je nach Aufbau und Spule) zu entnehmen. Das Arbeitsprinzip bei Step-Up-Schaltreglern ist immer gleich: Eine Spule wird ständig an- und abgeschaltet und durch Eigeninduktion eine höhere Spannung erzeugt. Um einen Step-Up-Schaltregler aufzubauen, gibt es verschiedene Möglichkeiten: [bearbeiten] ICsVorteile:
Nachteile:
Auflistung von Schaltregler-ICs:
[bearbeiten] Diskrete SchaltungenVorteile:
Nachteile:
Auflistung diskreter Step-Up-Schaltregler:
[bearbeiten] LadungspumpenLadungspumpen erhöhen die Spannung dadurch, indem sie Kondensatoren zyklisch parallel laden, umpolen und in Reihe entladen. Vorteile:
Nachteile:
Auflistung von Ladungspumpen:
[bearbeiten] Forumsbeiträge zum Thema[bearbeiten] Externe Links |