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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Step-Up Regler für 1 Ni-MH Akku (ca.1.2V) auf 3V


Autor: Rasta (Gast)
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Hallo,

wie im Topic zu lesen, ich brauche für meine Uhr (Atmega8L, 4 2,5V 
7-segmentanzeigen rot, gemultiplext wie in der FAQ beschrieben) eine 
Spannungsversorgung. Momentan sieht es so aus, dass ich ein Akkupack mit 
4 Akkus verwende. 3 würden auch reichen, aber dafür habe ich kein 
Batteriefach gekauft. Allerdings kann ich ja auch einen Step-Up Regler 
verwenden. Problem: Entweder zu teuer oder Mindesteingangsspannung von 
3V. Also habe ich mir gedacht "Machstes selbst!".

Mein Regler sieht also so aus:
Ue_min = 1.0V   Ue_max = 1.5V   Ue = 1.0V
Ua = 3.0V   Ia = 0.2A   f = 50.0kHz
L = 47.0uH  ΔILbei Ue_min = 0.31A   //Restwelligkeit des Stromes

Meine Fragen:

Ist der Strom von 0,5A nicht etwas hoch gewählt? Ich habe leider kein 
Multimeter (Könnte mir aber eins von der Arbeit ausleihen) und habe 
daher noch nicht exakt gemessen.

Schaltung:

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/awwandl.png

Den Transistor will ich mit dem M8 takten, ich habe einen 32khz 
Uhrenquarz an TOSC angeschlossen, der den Timer1 versorgt, der Rest vom 
AVR ist (glaube ich zumindest) mit 4MHZ getaktet. Da kann ich locker 
50KhZ erzeugen.

Bauteile:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=B512;...
(47uH Drosselspule, Art.Nr. SMCC 47µ)

Transistor: Ka wie der heisst, hab nen High-efficiency MOSFET aus nem 
PC-Netzteil ausgelötet(Klappt auch, soweit ich weiss). Laut Anleitung 
soll man ja keine normalen Transistoren nehmen, sonst wachsen die 
Schaltverluste enorm an.

Diode: 1N 4001

Für die Kondensatoren guck ich mal in meine Elko-Sortimentsbox, die 
Leitungen sind aus Kupferlackdraht (Auch von Reichelt, ich hoffe, der 
Widerstand ist klein genug).

Meint ihr, mit diesen Bauteilen kann man einen Regler bauen, der die Uhr 
mit 2,5-3V versorgt und dabei gleichzeitig genug vom Akku übriglässt, 
damit dieser ein paar Monate hält(2400mA/h)?

mfg, Rasta

Autor: Gast (Gast)
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Wenn du eine 7Seg LED anzeige hast ist dein Akku nach ein paar Stunden 
leer ;)

Autor: Gast (Gast)
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ääh und wie schaltest du den Transistor??
und was ist M8 ???

Autor: Martin (Gast)
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Die Stromaufnahme (LED) Deiner Schaltung wird zu hoch sein. Hinzu kommt 
der Wirkungsgrad des Wandlers (50 % oder  weniger).

Autor: Rasta (Gast)
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ääh und wie schaltest du den Transistor??
und was ist M8 ??? /Quote
------------------------
Hab ich doch geschrieben, ich habe einen ATMega8 (M8), damit takte ich 
den Transistor (Per PWM).
---------------
Die Stromaufnahme (LED) Deiner Schaltung wird zu hoch sein. Hinzu kommt
der Wirkungsgrad des Wandlers (50 % oder  weniger).
-----------------

Schade. Soll ich dann doch lieber die 4 Akkus nehmen und die mit nem 
Low-Drop Step-Down begrenzen (Hab grad noch n Poti drauf, verbrät die 
ganze Energie statt Sie zu regeln), oder gibt es ne andere Lösung? 
Gekaufte ICs haben natürlich ne höhere Effektivität, aber 5€ sind mehr, 
als ich für den Rest der Uhr bezahlt hab, Spule und Kondesatoren nicht 
eingerechnet...


mfg, Rasta

Autor: Martin #### (martin-)
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>Bauteile:
>http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=B512;...
>(47uH Drosselspule, Art.Nr. SMCC 47µ)
Also zu dieser Spule gibt es da keinen Datenblatt, aber die sieht mir 
selbst für den kleinen Wandler zu klein aus, auf jeden fall würde die 
reichen:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=B515;...

>Diode: 1N 4001
Nein, mit der Diode wird das auf jeden fall nichts, ich würde da eher 
versuchen BA157. Überhaupt sollte man hier eine Diode nehmen mit 
nidrigem Uf, weil bei disen kleinen spannungen ist 0.6-0.7V schon ganz 
schön viel und da hier durch die Diode 0.8A fliesen kann es schnell noch 
mehr Spannungsabfall geben.
Man kann es zwar durch noch grösseres Tastverhältnis ausgleichen, aber 
bei einem Aufwärtswandler je grösser das Tastverhältnis, desto 
problematischer ist das regelungstechnisch.

Autor: Martin #### (martin-)
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>Meint ihr, mit diesen Bauteilen kann man einen Regler bauen, der die Uhr
>mit 2,5-3V versorgt und dabei gleichzeitig genug vom Akku übriglässt,
>damit dieser ein paar Monate hält(2400mA/h)?
So wie ich das ganze verstanden habe, soll eine Uhr mit LED-Anzeige, mit 
diesen Akkus einige Monate lang funktionieren. Nein, das geht auf keinen 
Fall, ich würde mit höchstens einigen Tagen rechnen.

Autor: Martin Schneider (Gast)
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Die Idee, den Takt/PWM aus dem zu versorgenden Controller zu bekommen,
könnte sich leicht zu einem Henne-Ei-Problem auswachsen:
Wie soll denn der Anlauf (EInschalten) aussehen?

Ahoi, Martin

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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TI baut Schaltregler, die bis hinab zu 0,9 V oder so funktionieren.
Ich würde so ein Teil dafür benutzen.

Autor: Barti (Gast)
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Die vorgeschlagene Drossel ist nicht geeignet für deine Stromaufnahme. 
Da braucht man Spulen, die auch mal ein wenig Energie speichern können. 
Diese ist eher dafür gedacht Spitzen zu unterdrücken.

Autor: Rasta (Gast)
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Ich hab hier einen gefunden:

http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=A216;...

Zusammen mit der genannten Spule Stellt der mir die Spannungsversorgung 
bei 2 Akkus sicher? Muss der getaktet werden etc. (Hab son Ding noch nie 
benutzt)?

mfg, Rasta

Autor: Klaus R. (klaus2)
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also, bei 23:58 sind ne Menge LEDs an...bei 11:11 eher weniger. Wenn man 
das mal über den tag mittelt, gfeht auch per Excel, hat man den 
nominalen Stromfluss. Plus Kontroller und PiPaPo. Sagen wir mal grob 3 
Elemente sind immer an, also x4 = 12 x 20mA = 240mA + 10 für Drumrum = 
250mA reichen die Akkus also rechnerisch bei 2 Zellen maximal 10 Stden, 
alles ideal betrachtet. Faktisch werden es eher 5-8 sein, OHNE wandler, 
der hat 50% wirkungsgrad, eine zelle wäre dann nach 2.5 Stden leer. 
Alles ganz grob überschlagen unter der Bedingung, dass man mit 20mA 
zeitl Mittelwert pro Segment rechnet.

Oder?!

Klaus.

Autor: Mario (Gast)
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Guckst du http://www.ti.com, suchst du nach TPS61006, bestellst samples 
(SOP-Gehäuse mit 0.5 Pitch, grad noch so lötbar)

Nimm "low current" 7-segment anzeigen oder betreibe die Anzeige so.

Gruß
Mario

Autor: Klaus R. (klaus2)
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"SOP-Gehäuse mit 0.5 Pitch, grad noch so lötbar"

Man sollte das "nette Angebot" von TI & Co. evtl. nicht für solch 
apokalyptischen Selbstmordlöter mißbrauchen. Die, die wirklich was damit 
anfangen können sind froh, dass es sowas gibt!

Klaus.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Rasta wrote:
> Ich hab hier einen gefunden:
>
> 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=A216;...

Datenblatt gelesen?

Gleich der erste Punkt in der Feature-Liste:

"Operates at Supply Voltages From 2.0V to 30V"

Außerdem ist die "-12" die Variante, die 12 V (fest, nicht einstellbar)
ausgibt.  Willst du das?

Wenn du dich nicht gerade durch derartig schlechte Eigenrecherche
so disqualifizieren würdest, dass ich Bedenken habe, ob du mit dem
TPS61006 auch wirklich was anfangen kannst, würde ich mich eigentlich
diesem Vorschlag ansonsten anschließen.  Das "gerade mal so mit der
Hand lötbar" ist aber ernst gemeint: du solltest was besseres als
einen Klempnerlötkolben dein eigen nennen.  Eine kleine Heißluft-
lötstation (gibt's mittlerweile für um die EUR 60) ist definitiv von
Vorteil, insbesondere falls man den Chip auch nochmal wieder ablöten
können möchte.

Wenigstens ein ,,Bauchgefühl'' dafür, inwiefern sich eine Drossel
zum Sieben irgendwelcher Spannungsversorgungen von einer Induktivität
unterscheidet, der du deine Energie zur Wandlung übergibst, solltest
du allerdings ebenfalls entwickeln.

Autor: Gast (Gast)
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>250mA reichen die Akkus also rechnerisch bei 2 Zellen maximal 10 Stden

richtig, deswegen gibt es Wecker mir LED anzeige auch nur mit Stecker...
und wenn der Strom mal ausfällt, kann man ausschlafen ;)

Autor: Peter Roth (gelb)
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Dieser Thead ist mal wieder vom Start weg lächerlich:

- LED-Uhr mit 200mA Stromverbrauch an einem 2400mAh - Akku soll 
monatelang halten.

- Es werden alle möglichen Stepup-Schaltregler und Bauteile dazu 
diskutiert (auch vom Moderator), kaum einer weist darauf hin, dass die 
Anforderung völlig jenseits ist...

<Kopfschüttel>

Grüße, Peter

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Peter Roth wrote:

> - Es werden alle möglichen Stepup-Schaltregler und Bauteile dazu
> diskutiert (auch vom Moderator), ...

Ja, und?  Moderatoren sind auch nur Leute.  Mit so viel Unverstand,
dass er die Uhr monatelang komplett betreiben können will, hatte
ich nicht ernsthaft gerechnet.  Als standby zur Überbrückung kurzer
Netzausfälle (ggf. mit Abschaltung der LEDs nach einer Minute oder
so) kann die Lösung trotzdem praktikabel sein.

Allerdings würde ich wohl (bzw. mache es genau so bei meiner Nixie-
Uhr) beim Netzausfall einfach mit einer CR2032 nur die Elektronik
am Leben erhalten, und die Anzeige selbst gar nicht erst in ein
Notversorgungskonzept einbeziehen.

Autor: Peter Roth (gelb)
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@Jörg Wunsch

> Ja, und?  Moderatoren sind auch nur Leute.

ACK.

> Allerdings würde ich wohl (bzw. mache es genau so bei meiner Nixie-
> Uhr) beim Netzausfall einfach mit einer CR2032 nur die Elektronik
> am Leben erhalten, und die Anzeige selbst gar nicht erst in ein
> Notversorgungskonzept einbeziehen.

Ja: für Notbetrieb kleine Batterie oder Akku (wird mit 40mAh gerne in 
Schaltuhren verwendet), bloß kein Aufwand.

Grüße, Peter

Autor: Klaus R. (klaus2)
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WAS GEHT, wäre die Uhr, bzw eine RTC laufen zu lassen, monatelang. Und 
die Uhrzeit NUR nach Wunsch (Tastendruck, Interrupt, was weiß ich) 
anzeigen zu lassen, für 10 sec. Dann wäre man evtl im Bereich einiger 
Wochen...evtl auch Monate -> Siehe alte LED Armbanduhren!

Klaus.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Ich hatte mal eine LED-Armbanduhr (100 Mark). Nach 3 Wochen war die 
Batterie leer. Eine Anfrage beim Hersteller ergab, dass die normale 
Lebensdauer von mehreren Monaten bei täglich maximal 7-9 Tastendrücken 
erreicht wird.

Habe die Uhr schnellstens weiterverkauft (90 Mark, die Batterie war ja 
leer). Wenige Jahre später gab es zum Glück LCD-Uhren.

Inzwischen brauche ich keine eigene Uhr mehr am Handgelenk (Handy, PC, 
Kamera, Auto...)

Grüße, Peter

Autor: Rasta (Gast)
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Gut, ich sehe ein, dass das ganze Müll war. Allerdings habe ich auch 
kein Messgerät, wäre ja möglich gewesen, dass die LEDs viel weniger 
ziehen (Ich hab mir das Datenblatt von Kingston durchgelesen, aber ich 
wusste nicht genau, ob die angegebenen 80mA für ein einzelnes Segment 
gelten, den Durchschnittsverbrauch eines Segments darstellen oder für 
die ganze 7Segmentanzeige. Messen kann ich ja leider auch nicht.

kursiv "Operates at Supply Voltages From 2.0V to 30V"
 Ja, das habe ich noch gesehen, kurz bevor ich Feierabend gemacht habe.

Zu den anderen Leuten: Jungs, ich bin Anfänger. Die, die das gemerkt 
haben, haben mich darauf aufmerksam gemacht, dass meine Idee blödsinn 
ist, und sogar noch den interessanten Vorschlag gemacht, nur den uC mit 
Strom zu versorgen und die LEDs, die Stromfresser also, nicht zu 
betreiben. Das ist ein hilfreicher Vorschlag, für den ich mich bedanken 
möchte.

NICHT bedanken möchte ich mich für die etwas harschen Bemerkungen. Es 
ist verdammt nochmal kein Meister vom Himmel gefallen und auch ich 
stelle da keine Ausnahme dar.

@Marco: Danke für den Tipp, aber "gerade noch so lötbar" ist wirklich 
nicht das, was ich brauche, zumal der Preis wahrscheinlich recht hoch 
ist. Die Daten dieses ICs sind ja toll, aber für ne kleine Uhr etwas 
Über. Da kostet der eine Chip ja mehr als der ganze Rest...

mfg, Rasta

Autor: Rasta (Gast)
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Nachtrag:

Ich traue mich nicht an Netzspannung ran, deswegen werde ich erstmal das 
4er Akkupack verwenden und messen, wie lange die halten. Vielleicht 
ergänze ich die Uhr dann irgendwann mal um einen Stecker(Alte Wandwarze 
oder so).

Ich könnte natürlich auch die 3V Lithiumbatterien nehmen, die mir 
Reichelt fälschlicherweise zugeschickt hat (Statt 10 grünen LEDs 10 
Knopfzellen mit Lötfahne, etwa 5€ teuerer :))

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

naja, seit Erfindung handelsüblicher Steckernetzteile sollte das 
"rantrauen" doch relativ ungefährlich sein.

Kleine Steckernetzteile findet man auch oft im Bekanntenkreis, weil bei 
defekten Geräten meist prinzipiell das Steckernetzteil aufgehoben wird, 
weil man es ja noch gebrauchen könnte...

Normalerweise hat es aber sowieso falsche Spannung, falschen Stecker 
oder es ist nicht zu finden, wenn man es wirklich benutzen will. ;)

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Rasta (Gast)
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Falsche Spannung sollte kein großes Problem sein, Step Down Regler hab 
ich und der AVR hat ja ne gewisse Toleranz, nur unter 2.7V darf die 
Spannung nicht fallen. Ich hab nur keine genauen Angaben darüber 
bekommen, inwieweit sich der Uhrenquarz von der Spannung beeinflussen 
lässt (Angaben von 1% bis 1ppm).

Ich hab beispielsweise ein regelbares Steckernetzteil, da stelle ich 
einfach 3V ein. Wenn ich dann ein anderes hab, kann ich ja tauschen.

Ich meinte eher, dass ich mich nicht herantraue, mir etwas mit 
Netzspannung auf die Platine zu löten (Printtrafo auf 9V, 
Brückengleichrichter, Kondensator), weil ich dafür noch zu oft etwas 
zusammenlöte, was nicht zusammengehört. Wenns mir den AVR zerfetzt - 
kein Problem, is vllt sogar lustig (HV-Programming xD), aber wenn ich 
zufällig betroffen bin, sorry, da hab ich Respekt vor.

Allerdings finde ich Wandwarzen nu nich so toll, ich würde 
wahrscheinlich keine finden, die richtig dimensioniert ist, und dann 
zieht das ganze wohl deutlich mehr strom, als sein müsste. Ich bin son 
bischen Umweltschützer :)

mfg, Rasta

Autor: Peter Roth (gelb)
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Die Steckernetzteile, die ich in letzter Zeit neu gekauft habe, brauchen 
im Leerlauf unter 1W. Ich halte das unter Umweltschutzbedingungen für 
akzeptabel.

Im Gegensatz dazu frisst ein winziger 0,35VA 50Hz-Trafo, den ich neulich 
verwendet habe, bei jeder Lastbedingung (auch im Leerlauf!) über 2W und 
wird richtig heiß. Da war ich sehr enttäuscht. Stand im Datenblatt so 
nicht drin. Muss den bei Gelegenheit noch gegen ein Steckernetzteil 
austauschen, weil er in der Anwendung 24/7 laufen muss.

Grüße, Peter

Autor: Rasta (Gast)
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Du hast deins ja gekauft, aber ich meinte, dass ich vllt eins nehme, was 
irgendwo übrig ist (z.b. Ladegerät vom Handy noch da, Handy aber kaputt 
etc.).

http://www.reichelt.de/?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=332...

Da gibt es ECO-Transformatoren, im Standby unter 0,75W (Was allerdings 
nicht heissen muss, dass die im Betrieb genauso genügsam sind).

was ich bräuchte, wär n anständiger Gleichspannungstransformator xD

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Rasta wrote:

> (z.b. Ladegerät vom Handy noch da, Handy aber kaputt
> etc.).

Die Dinger sind mittlerweile von der Energieeffizienz her recht
gut geworden.  Keine Last mehr dran => nichts wird mehr warm.
Aber: du musst gucken, ob der Laderegler für den LiIon-Akku im
Netzteil sitzt oder im Telefon selbst.  Wenn ersteres, dann
lässt es sich nicht 1:1 als Universalnetzteil benutzen.  Man
könnte es jedoch sicher zu einem solchen umbauen.  Vorsicht ist
nur geboten, das sind Schaltnetzteile: auch nach dem Abziehen von
der Steckdose hat der Ladekondensator noch Energie.  Den muss man
vor jeglichen Arbeiten daran immer entladen.

So ein TPS6102x kostet was im Bereich von EUR 2,50 (in Kleinmengen),
ist also nicht zu teuer.  Allerdings weiß ich gerade nicht, wo man
ihn außer bei Digikey kaufen kann (habe mich daher selbst bei einer
Digikey-Sammelbestellung mit reingehängt).  Daher ja auch der Tip
mit der Muster-Bestellung...  Aber du hast schon Recht, für einen
totalen Anfänger ist das sicher kein Einstiegsprojekt.

Autor: Rasta (Gast)
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Jo, das mit dem Kondensator in Schaltnetzteilen kenne ich vom PC her.

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