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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 5V mit mehrere Ampere über mehrere Meter


Autor: nicht "Gast" (Gast)
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Hallo,

ich habe mehrere einzelne Geräte im Abstand mehrerer Meter die jeweils 
5V und ca. 2-3 Ampere benötigen.
Wenn ich die Spannung gleich Anfangs heruntertransformieren lasse, dann 
dürfte mir sehr viel Spannung auf der Leitung verlorengehen. Selbst bei 
dicken Kabeln kann das schonmal 1V und mehr sein. Das ist deutlich zu 
viel.

Jedes Gerät verfügt über mehrere starke LEDs und einem Mikrocontroller. 
Die LEDs werden über PWM gesteuert.
Besonders diese Steuerung erzeugt schon auf sehr kurzen Leitungen soviel 
Schwingungen, dass der µC manchmal abstürzt, da einfach die Spannung zu 
niedrig wird.

Es gibt jetzt mehrere Lösungswege die ich gedacht habe:

1. 9V verwenden und dann per 7805 runterregeln.
+ relativ gute Spannung
+ wird funktionieren
- Sehr viel Verlust
- Wirkungsgrad extrem schlecht


2. sehr dicke Kabel
+ einfach umzusetzen
- teuer

3. 220V -Schaltnetzteil- 5V
+ gute Spannung
+ mittlerer Wirkungsgrad
- sehr teuer
- hoher Platzbedarf
- Riskant selbst 220V selbst zu verkabeln

4. Schaltregler (Downregler)
+ Man kann mit deutlich höheren Spannungen arbeiten die auch sicher sind 
(z.B. 24V oder 15V)
+ Spannungsabfall über der Leitung geringerer/relativ unwichtig, da 
geregelt wird
+ wirkungsgrad sollte i.O. sein
- aufwendig aufzubauen
- hoher Bauteilbedarf


Ich habe mich daher für die 4. Lösung entschieden. Allerdings bin ich 
mir nicht sicher ob und wie gut das funktionieren wird. Ganz konkret 
würde ich es dann so umsetzen:

1 Schaltregler für alle LEDs
1 7805 für den µC der nur ein paar mA braucht

Grund: Der Ripple auf der LED-Spannung stört mich nicht (und die LEDs 
eher noch weniger), die Abwärme des 7805 dürfte bei den paar mA sehr 
gering sein.

Hier bräuchte ich aber noch ein wenig Infos: Kann man das so machen? 
Würde den LEDs ein Ripple von einigen hundert mV etwas ausmachen? Eher 
nicht oder?
Besonders der Schaltregler müsste viel aushalten: Die LEDs werden per 
PWM gedimmt, d.h. es wird einige hundert mal pro Sekunde zwischen 2A und 
0A hin und hergeschalten.

Welcher Schaltregler wäre da zu empfehlen? Ich habe ein kleinere Projekt 
schonmal mit einem MC34063 umgesetzt wo ich 12V auf 5V heruntergeregelt 
habe und das auch mit ca. 1A.
In diesem Fall müsste ich dann aber wohl auf einen externen Transistor 
zurückgreifen.

Zu meinen Fragen: Ist das so machbar mit diesem Schaltregler?
Wieviel Spannung ist angemessen? Ich denke, wenn ich mehr Spannung 
nehme, dann steigt doch auch der Spulenstrom schneller an, damit kann 
ich höhere Schaltfrequenzen und mehr Energieübertragung erreichen, oder? 
Wie sieht es da mit dem Wirkungsgrad aus?

Um gleich Fragen vorzubeugen: Ja die LEDs laufen mit Vorwiderständen. 
Aber da die Vorwärtsspannung so hoch ist, geht kaum Leistung verloren 
bzw. befindet sich die Verlustleistung noch im angemessenen Bereich. 
Hier kann ich also nur schlecht etwas umbauen, besonders da diese Teile 
der schaltung schon komplett sind.

Autor: Tom (Gast)
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hi,

nur kurz was dazu:

Würde den LEDs ein Ripple von einigen hundert mV etwas ausmachen? Eher
nicht oder?


--> low esr Kondensator ein  -  Steppfrequenz hoch wählen und die Rippel 
sind quasi weg


Hobby-Schaltregel ( Step-Down ) 90% Wirkungsgrad sehr gut erreichbar  - 
hier läuft einer mit  TL494 mit ca. 92% bei 2 A von 48 auf 12V - ohne 
große Optimierung

Gruß

Tom

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  nicht "Gast" (Gast)

>dicken Kabeln kann das schonmal 1V und mehr sein. Das ist deutlich zu
>viel.

???
Was für Mikrofaserdrähte nimmst du denn? 0815 Kupferkabel mit 1mm^2 
Querschnitt (aka dickes Kabel) hat einen Widerstand von 18mOhm/m. Macht 
bei 3m für Hin- und Rückleitung 108mOhm. Bei 3A fallen dabei 300mV ab.

>Jedes Gerät verfügt über mehrere starke LEDs und einem Mikrocontroller.
>Die LEDs werden über PWM gesteuert.

Jaja, der liebe Zeitgeist.

>Besonders diese Steuerung erzeugt schon auf sehr kurzen Leitungen soviel
>Schwingungen, dass der µC manchmal abstürzt, da einfach die Spannung zu
>niedrig wird.

Da fehlt sicher der Pufferkondensator auf dem Board.

>Ich habe mich daher für die 4. Lösung entschieden.

Klingt OK.

> Allerdings bin ich
>mir nicht sicher ob und wie gut das funktionieren wird.

Es wird ziemlich gut funktionieren.

>1 Schaltregler für alle LEDs
>1 7805 für den µC der nur ein paar mA braucht

Wozu? Der Mikrocontroller ist ein digitaler IC, der ist keine Mimose. 
Der braucht keine ultrasaubere Versorgung.

>Hier bräuchte ich aber noch ein wenig Infos: Kann man das so machen?

Ja.

>Würde den LEDs ein Ripple von einigen hundert mV etwas ausmachen? Eher
>nicht oder?

Nöö, weil sie so oder so mit einer Konstantstromquelle gespeist 
werden müssen, siehe auch LED.
Ausserdem, wer sagt denn, dass ein Schaltregler einige hundert mV Ripple 
auspuckt? Selbst Billigteile haben nicht mehr als 150mV.

>Besonders der Schaltregler müsste viel aushalten: Die LEDs werden per
>PWM gedimmt, d.h. es wird einige hundert mal pro Sekunde zwischen 2A und
>0A hin und hergeschalten.

Mach es einfacher. Nimm gleich eine [[Konstantstromquelle fuer Power 
LED]] und steuere die mit PWM. Billig, getestet, keine Probleme.

>In diesem Fall müsste ich dann aber wohl auf einen externen Transistor
>zurückgreifen.

Ja.

>Zu meinen Fragen: Ist das so machbar mit diesem Schaltregler?

Ja.

>Wieviel Spannung ist angemessen?

12-42V.

> Ich denke, wenn ich mehr Spannung
>nehme, dann steigt doch auch der Spulenstrom schneller an, damit kann
>ich höhere Schaltfrequenzen und mehr Energieübertragung erreichen, oder?

Käse. Der Schaltregler muss gescheit dimensioniert sein, dann geht so 
ziemlich jede Spannung.

>Wie sieht es da mit dem Wirkungsgrad aus?

Gut. Weltrekorde wirst du aber als Nicht-Schaltnetzteilspezialist nicht 
erreichen.

>Um gleich Fragen vorzubeugen: Ja die LEDs laufen mit Vorwiderständen.

Ist bei dem Kaliber nicht sonderlich gut.

>Aber da die Vorwärtsspannung so hoch ist, geht kaum Leistung verloren
>bzw. befindet sich die Verlustleistung noch im angemessenen Bereich.

Glaub ich nicht. Denn jetzt hast du 5V, also sind es wahrscheinlich 3,6V 
Power LEDs. Macht gerade mal 72% Wirkungsgrad.

>Hier kann ich also nur schlecht etwas umbauen, besonders da diese Teile
>der schaltung schon komplett sind.

Es wäre ja auch vollkommen unsinnig, VOHER mal nachzudenken und einen 
Prototypen aufzubauen . . .

MFG
Falk

Autor: A. K. (prx)
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nicht "Gast" schrieb:

> Welcher Schaltregler wäre da zu empfehlen?

LM2575, LM2595. Der LM2595 ist effektiv kleiner, dafür teurer und macht 
mehr Ärger hinsichlich Layout/EMV. Der LM2575 ist umgänglicher und 
billiger, dafür sind Drosseln und Elkos etwas grösser.

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Der MC34063 is ne alte Rumpelgurke. Ist zwar nicht sonderlich 
kompliziert, aber freiwillig würd ich mir den nich mehr antun. Da sind 
die LM75.. wesentlich komfortabler :-)

Autor: nicht "Gast" (Gast)
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@ Falk Brunner:
War ja klar, dass von dir wieder so ein Beitrag kommen musste...

Zu den Kabeln: Wenn du es genau gelesen hättest: Es heißt MEHRERE 
Geräte. D.h. es werden auch mehrere male die 3A entnommen. Und damit 
kommen dann schonmal so 1V Leitungsverlust raus.
Die meisten Atmegas laufen auch nich bis 0.01V mit den 16Mhz. Da ist 
schon viel früher Schluss. Und bei den Tests mit langen Kabeln hat man 
es deshalb dann  auch schon bemerkt. Und bevor du wieder meckerst: Ja, 
die 16Mhz benötige ich durchaus, da der Controller noch mehr als PWM zu 
tun hat.
Und das liegt nicht an den 100nF Kondensatoren, da gibts mehr als genug 
auf dem Board. Es liegt ganz einfach am Spannungseinbruch, den ich auch 
messen konnte. Und worst-case Bedingungen geht es eben, wie meine Test 
gezeigt haben, schief. Und genau das wollte ich testen.

Was spricht gegen PWM? Lass mich doch meinen Spaß damit haben ;-)

Zum extra 7805: Ok danke, ich werds mal testen :-)


Zu deinem "nicht-Konstantspannungsquelle"-Gemeckere:
Es gibt ja schließlich nur genau DIE EINEN Powerleds.
Ich werde mehrere verschiedene LEDs einsetzen, die teils schon mit und 
teils ohne Vorwiderstände sind.
Verglichen mit der aktuellen Beleuchtung die verwendet wird 
(Glühlampen), sind selbst LEDs mit Vorwiderständen noch viel besser.

sry, aber es ist nur ein bisschen nervig, dass du hier immer überall wie 
der dr.dr.dr.prof. elektronik rumrennst und meinst auf jedem noch so 
kleinen Fehler/Unverständnis herumreiten zu müssen. Jeder Post wird von 
dir auseinandergenommen. Natürlich wird jeder als der Perfekte Bastler 
geboren, der sich schon im Kopf ausdenken kann, wie welche Schaltung 
dimensionieirt werden muss und wie man noch das letzte % an Wirkungsgrad 
verbessert.
Deine Antworten oft recht brauchbar, aber das gibt dir noch lange nicht 
die erlaubnis, dass du dich teils einfach unfreundlich verhältst.

@Tom und die anderen: Danke! Die ICs schauen recht praktisch aus und 
wäre auch genau das was ich gesucht hatte. Von diesem alten MC3irgendwas 
wollte ich langsam wegkommen! :-D

Autor: A. K. (prx)
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Ich seh grad dass du nicht 1A sondern 3A brauchst. Dann LM2576,LM2596.

Autor: Thomas R. (tinman) Benutzerseite
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nicht "Gast" schrieb:

> Zu den Kabeln: Wenn du es genau gelesen hättest: Es heißt MEHRERE
> Geräte. D.h. es werden auch mehrere male die 3A entnommen. Und damit
> kommen dann schonmal so 1V Leitungsverlust raus.
> Die meisten Atmegas laufen auch nich bis 0.01V mit den 16Mhz. Da ist
> schon viel früher Schluss.

mehrere male 3A entnommen sind immer noch mehrere male 300mV, oder sind 
die hintereinander geschaltet ?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  nicht "Gast" (Gast)

>Und das liegt nicht an den 100nF Kondensatoren, da gibts mehr als genug
>auf dem Board.

Die reichen nicht. Gerade bei der Konstellation braucht man dicke Elkos. 
Pi mal Daumen 470uF, ggf. mehr.

> Es liegt ganz einfach am Spannungseinbruch,

Auch, aber nicht nur.

>Was spricht gegen PWM? Lass mich doch meinen Spaß damit haben ;-)

Ach herje, meinetwegen doch.

>Zum extra 7805: Ok danke, ich werds mal testen :-)

?? Gerade den habe ich nicht empfohlen. EIN Schaltregler für 5V reicht, 
sowohl für die LEDs als auch den AVR.

>Zu deinem "nicht-Konstantspannungsquelle"-Gemeckere:

Kaum, eher Konstantstromquelle ;-)

>Es gibt ja schließlich nur genau DIE EINEN Powerleds.

Nöö, aber die sind im Prinzip alle sehr ähnlich. Die Halbleiterphysik 
lässt grüßen.

>Verglichen mit der aktuellen Beleuchtung die verwendet wird
>(Glühlampen), sind selbst LEDs mit Vorwiderständen noch viel besser.

Naja, das lass ich einfach mal unkommentiert.

>sry, aber es ist nur ein bisschen nervig, dass du hier immer überall wie
>der dr.dr.dr.prof. elektronik rumrennst und meinst auf jedem noch so
>kleinen Fehler/Unverständnis herumreiten zu müssen.

Kann es sein, dass du das ein wenig zu persönlich nimmst? Stichwort 
Kritikfähigkeit. Mal ganz abgesehen davon, dass ich dich kaum 
auseinandergenommen haben. Wenn dem so wäre, würde das ganz anders 
aussehen ;-)

>Deine Antworten oft recht brauchbar, aber das gibt dir noch lange nicht
>die erlaubnis, dass du dich teils einfach unfreundlich verhältst.

Ob dir mein, zugegeben nicht ganz politisch korrekter Stil, passt oder 
nicht ist mir ziemlich egal.

MfG
Falk

Autor: Hau Drauf (Gast)
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Falk liegt genau richtig. Eine LED-Bus Beleuchtung ist nicht eine so 
trivial Sache wie es scheinen mag. Da waere ein oder zwei Prototypen 
dringewesen. Da ist auf den Poster dreinkloppen schon angemessen.

Uebrigens 7805 fuer Prozessoren gehoeren in die Tonne. Ein LP2951 ist da 
besser.

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