Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltnetzteil mit hohem Wirkungsgrad für Attiny13


von Daniel L. (dannynrw)


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Hallo Leute :-),
habe die letzten Tage und Wochen ein wenig mit dem Attiny13 
herumexperimentiert und ein paar neue Erfahrungen gewinnen können.
Nun möchte ich allerdings noch ein wenig an meinem Netzteil nachbessern 
bzw. ein effizienteres haben. Bislang habe ich mit dem National LM2574 
gearbeitet, zugegebenermaßen ist das Netzteil auch stark 
überdimensioniert.
Mein 5V-Netzteil habe ich direkt aus dem Datenblatt des LM2574 
übernommen, welches 0,5A bereitstellen kann. Meine letzten zwei 
Schaltungen mit dem Attiny13 selbst verbrauchen max. 16mA (in der 
Zuleitung zum Netzteil gemessen), ich würde also (um es dennoch 
großzügig auszulegen) ca. 50mA einplanen.
Am wichtigsten ist mir wie schon geschrieben der Wirkungsgrad, denn ich 
habe festgestellt, daß der Stromverbrauch des Netzteils an sich höher 
ist als der Stromverbrauch der Schaltung dahinter würg.
Habe für Spaß mal den Stromverbrauch gemessen und dabei den Attiny13 aus 
der Fassung genommen. Dabei kam ein Strom von 5,46mA heraus. Mit 
Attiny13 war es ein Strom von 6,4mA, dabei waren keinerlei Ein-/Ausgänge 
geschaltet.
Meine Schaltungen finden ihren Einsatz im Auto, daher möchte ich schon 
noch zusehen, daß ich mit dem Stromverbrauch ein wenig herunterkomme.
Hat da jemand Tipps für mich? Vielleicht ein anderer Schaltregler z.B.?
Danke schon mal :).
Daniel

von raketenfred (Gast)


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SleepModes werden den Atiny zu noch mehr Sparsamkeit bringen

von Daniel L. (dannynrw)


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Danke Dir für den schnellen Beitrag, das habe ich auf die Schnelle auch 
mal ausprobiert:
Active Mode: 6,4mA
Idle: 5,77mA
Power Down: 5,46mA

Ohne gesteckten Attiny13 wie oben geschrieben waren es ebenfalls 5,46mA.
Ich denke (oder hoffe), da ist an der Netzteilsektion noch am meisten 
Sparpotential vorhanden.

von Daniel W. (roughdog)


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Hoi!

Hab auch einige batteriebetriebene Projekte mit Controllern. Das 
wichtigste dabei: Versorgungsspannung (3,3 / 5V), die nicht benötigten 
Teile des Controllers abschalten (sofern vorhanden: Brown-Out, ADC, 
AC...), überlegen ob zyklischer Betrieb mit PowerDown dazwischen reicht, 
Taktfrequenz auf das nötige Maß reduzieren (für ein bissl Logik und 
Schalterei braucht's keine 16MHz, da reichen ja auch 128kHz oder 
32,768kHz...) und die externe Beschaltung mal genau betrachten. Bei 
Transistoren welche mit hoher Stromverstärkung, spart Basisstrom, gute 
Elkos mit niedrigen Leckströmen und so weiter. Dann kannst Du Dir ein 
Schaltnetzteil sparen und einen Längsregler mit niedriger 
Ruhestromaufnahme nehmen, empfehlenswert hier ein TS90115 oder TS9011S 
(Eigenstromaufnahme: 2µA!!!), oder die guten alten 78L05, da gibts auch 
welche mit < 1mA...

Kurzum: da kommt man leicht unter 1mA, und da kannst jeden Schaltregler 
vergessen! Das lohnt sich nicht.

Viele Grüße

DOG

von Falk B. (falk)


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@  Daniel Lo (dannynrw)

>mal ausprobiert:
>Active Mode: 6,4mA
>Idle: 5,77mA
>Power Down: 5,46mA

Schlechtes Design.

>Ich denke (oder hoffe), da ist an der Netzteilsektion noch am meisten
>Sparpotential vorhanden.

Und ob. Siehe Versorgung aus einer Zelle und Sleep Mode. Aber 
bei einem Netzteil an der Steckdose spielt der Stromverbrauch keine 
Rolle, bestenfalls bei Batteriebetrieb.

MFG
Falk

von Daniel L. (dannynrw)


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Upps, da hab ich wohl mit dem Schaltregler auf's falsche Pferd gesetzt. 
In der Schule vor einiger Zeit wurden uns die Dinger als Allheilmittel 
vorgesetzt. Wahrscheinlich ist mein Nennstrom dafür schon wieder zu 
klein.
Der Attiny13 lässt sich ja leicht auch mit Spannungen unter 5V 
betreiben, vielleicht wäre es auch besser, es mal mit 3,3V statt der 5V 
zu probieren.
Was meine Beschaltung angeht, so werden die Ein-/Ausgänge über 
Photomos-Relais angekoppelt, die einen Nennstrom von 1mA benötigen.
Ich möchte das mit der Stromsparerei jetzt auch nicht übertreiben, aber 
wenn ich mir durch das Weglassen des Schaltnetzteils 4mA und auch noch 
Platz auf der Platine sparen kann, dann lohnt es sich vielleicht, am 
Netzteil noch was zu ändern.
Danke aber erstmal @ Daniel, das hilft mir sicherlich schon gut weiter.

von Daniel W. (roughdog)


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Jaja, die tollen Schaltregler... Kein Allheilmittel, vor allem nicht bei 
so kleinen Strömen! Wenn Du Batteriebetrieb hast und höhere 
Stromaufnahmen (LEDs o.ä.): super! Da wäre die verheizte Energie im 
Längsregler schade.

Noch was zu den Photomos-Relais: meinst Optokoppler? Da gibt es welche 
mit CT-Ratio >600% und braucht somit nur sehr kleine Ansteuerströme. 
Ansonsten viel Spaß beim Energiespar-Hype! ;-)

Viele Grüße

DOG

von Albert .. (albert-k)


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Der LM2574 braucht selbst recht viel Strom (5-9mA in Abhängigkeit der 
Eingangsspannung). Besser wäre da schon der LM2674 mit 2,5-3,6mA [2,61€ 
im SO8 Gehäuse bei Darisus). Noch besser wäre der LM2841 (max 1,85mA).

Oder von TI den TPS54233 mit nur 110µA Supply Current.

Das man mit Schaltreglern nicht auf Werte kommt die mit Linearreglern 
erreichbar sind (was eigener Stromverbrauch angeht) halte ich für ein 
Gerücht. man darf eifnach nicht auf den billigsten Regler setzen den es 
gibt.

von Anja (Gast)


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Daniel Lo schrieb:
> Meine Schaltungen finden ihren Einsatz im Auto,

Für kleine Ströme (bis etwa 50mA) auf der 5V-Seite könntest Du Dir den 
LP2950 oder LP2951 anschauen.

http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=39474;PROVID=2402

Gruß Anja

von Falk B. (falk)


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@  Daniel Weigand (roughdog)

>Noch was zu den Photomos-Relais: meinst Optokoppler?

Nö, Photomos, von Panasonic


http://www.panasonic-electric-works.com/peweu/en/html/photomos.php

von Daniel W. (roughdog)


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Falk Brunner schrieb:
> @  Daniel Weigand (roughdog)
>
>>Noch was zu den Photomos-Relais: meinst Optokoppler?
>
> Nö, Photomos, von Panasonic
>
>
> http://www.panasonic-electric-works.com/peweu/en/html/photomos.php

Öhm, bedankt ob der Aufklärung!

Grüße

DOG

von Purzel H. (hacky)


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Schaltregler : zB TPS62056 fuer 3.3V

von Daniel L. (dannynrw)


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So, hab mir nochmal ein wenig das Datenblatt des LP2950 angesehen und 
muß sagen, auf den ersten Blick vielversprechend. Allerdings scheint der 
Verbrauch des LP2950 mit größer werdendem Laststrom im Höchstfall auf 
bis zu 8mA anzusteigen, daher wahrscheinlich der Tipp von Anja, daß der 
LP2950 bis ca. 50mA Sinn macht. Da bleibe ich wohl weit drunter. Ich 
werde sogar noch unterhalb von 10mA landen, da wohl eine LED in meiner 
Messung enthalten war, die jedoch nicht vom 5V-Netzteil gespeist wird.
Noch was zum Thema Kühlung... Das wird dann wohl kein Thema sein, 
richtig?
Werde den LP2950 mit nem Eingangskondensator von 1µF und nem 
Ausgangskondensator von ebenfalls 1µF beschalten (laut Datenblatt soll 
man unterhalb eines Laststromes von 10mA die Ausgangskapazität auf bis 
zu 0,33µF reduzieren können). Wichtig ist wohl, daß der ESR des 
Ausgangskondensators sich unterhalb von 5Ohm bewegt, jedoch nicht viel 
kleiner wird. Außerdem sollte die Resonanzfrequenz 500kHz oder höher 
betragen. So, hab ich noch etwas vergessen?
Danke allen nochmal für die schnellen und guten Tipps :).
Daniel

von Daniel L. (dannynrw)


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Achso, ganz vergessen... Ist es ratsam, am Ausgang einfach nen 
50kOhm-Widerstand einzulöten, um auf jeden Fall die Minimallast (100µA) 
zu haben, damit es nicht zu Spannungen oberhalb von 5V kommt?

von bitte löschen (Gast)


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Vom LP2950 weiß ich das nicht. Das müsstest Du einfach mal ausprobieren. 
Aber ich habe noch einen Tip:
Der MCP1702 kostet nur 0,11€ mehr als der LP2950 (bei Reichelt) und hat 
einen Ruhestrom von 2 uA (statt 75 uA). Dass beim MCP1702 kein 
Lastwiderstand nötig ist, weiß ich aus Erfahrung.

von ... (Gast)


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Philipp Klostermann schrieb:
> Aber ich habe noch einen Tip:
> Der MCP1702

Schlecht, da nicht Spannungsfest genug.

Daniel Lo schrieb:
> Meine Schaltungen finden ihren Einsatz im Auto,

von bitte löschen (Gast)


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Dann die Auto-Version MCP1703, wobei auch 16 V durch Spannungsspitzen im 
Boardnetz deutlich überschritten werden. - Da kommen sogar negative 
Spannungsspitzen raus. Schau mal im Elektronik-FAQ das Stichwort 
Boardnetz.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Daniel Lo schrieb:
> So, hab mir nochmal ein wenig das Datenblatt des LP2950 angesehen und
> muß sagen, auf den ersten Blick vielversprechend.

Ich kann aus einer Anwendung mit LP2951-3.3 berichten: mit einem 
Freescale-Achtbitter im Standby hintendran zieht der zuverlässig um die 
300µA (einschließlich µC).

von Daniel L. (dannynrw)


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So, hab jetzt einfach mal probehalber nen LP2950 mit zwei 
Tantal-Kondensatoren (1µF) zusammengelötet und mit nem 47kOhm-Widerstand 
belastet. Ergebnis: 5V bei 180µA.
Als zweiter Test läuft gerade ein 500-Ohm-Widerstand an der Schaltung, 
diese zieht also in etwa 10mA. Denke nicht, daß da irgendwas warm wird, 
will's aber trotzdem mal ein Weilchen laufen lassen.
Wenn das alles klappt, wird das Platinenlayout geändert und der LM2574 
fliegt von der Platine. So spare ich mir nebenbei auch noch Platz bzw. 
die Platine wird deutlich kleiner ausfallen.
Danke schon mal an alle für die guten und zahlreichen Tipps :-).
Daniel

von Marc Prager (Gast)


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Mein Vorschlag: MAX16904, 3.3V Variante.

Der taugt f"ur die 12V Bordspannung.

Ruhestrom leider 1mA.
Die Frage ist bloss, ob das Ding effizient sein muss wenn der Controller 
l"auft oder wenn er aus ist. Wenn Du bereit bist mit 'nem Linearregler 
6mA*12V = 72mW zu verbruzeln im aktiven Zustand, w"ahrend der 
Schaltregler ca. 1mA*12V + 6mA*3.3V = 31.8mW im aktiven Zustand 
verbraucht, dann darf der Schaltregler in den Ruhephase auch etwas 
verschwenderischer sein. Und erst recht, wenn die Ruhephasen des 
Controllers gar nicht zu einer nennenswerten Stromersparnis f"uhren 
(siehe oben).

Der 'exposed pad' ist nat"urlich nicht bastlerfreundlich - ein 
Pizza-Ofen muss her, oder man investiert in ein wenig Gallium.

von Ich (Gast)


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- statt Tiny13 was aktuelles verwenden -> Tiny25
- LM2936 bei 3,0V
- Frequenz senken

von Anja (Gast)


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Daniel Lo schrieb:
> daher wahrscheinlich der Tipp von Anja, daß der
> LP2950 bis ca. 50mA Sinn macht.

Bei Bordnetzspannung wird oberhalb der 50mA der Regler zu warm.

Daniel Lo schrieb:
> So, hab jetzt einfach mal probehalber nen LP2950 mit zwei
> Tantal-Kondensatoren (1µF) zusammengelötet und mit nem 47kOhm-Widerstand
> belastet. Ergebnis: 5V bei 180µA.

Laut Datenblatt (S. 14) brauchst Du keine Mindestlast:

Unlike many other regulators, the LP2950 will remain stable
and in regulation with no load in addition to the internal voltage
divider. This is especially important in CMOS RAM keep-alive
applications.

Gruß Anja

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

seltsamerweise scheinen einige LP2950 ihr Datenblatt nicht gelesen zu 
haben... ;-)

Ich hatte das Problem, daß mehrere 3,3V Exemplare bei Last um 3µA mit 
der Spannung auf über 4V hoch liefen (12-14V am Eingang).
Da ich nicht wußte, ob das auf Dauern meinem 3,3V Flash gefiel, habe ich 
47k als Last investiert, dann war alles ok.
Hatte ich eigentlich nicht so erwartet...

Gruß aus Berlin
Michael

von Andreas K. (derandi)


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Die brauchen dafür (laut Datenblatt) aber auch ne minimale Kapazität am 
Ausgang.

von Daniel L. (dannynrw)


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Ah ok, hab also jetzt trotzdem einfach sicherheitshalber mal nen 
51kOhm-Widerstand genommen, um ne "Mindestlast" zu erreichen. Die 
Schaltung ist mittlerweile auch schon aufgebaut, nur der Attiny steckt 
halt noch nicht. Habe also einen Leerlaufstrom von 180µA, der tut mir 
(bzw. der Autobatterie) dann auch nicht weh. Mich hat eben nur das 
Stromverbrauchsverhältnis des vorher aufgebauten Schaltnetzteiles zu der 
Schaltung dahinter gestört. Wenn das Netzteil mehr Strom für sich 
benötigt als die komplette Schaltung dahinter, dann ist das schon 
ziemlich dumm ;-).
Wünsche allen ein frohes Osterfest :-).
Daniel

von Thomas (kosmos)


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ich habe jetzt mal einige Beträge übersprungen, es gibt aber lineare 
automotive Spannungsregler mit Standbykontakt und manche liefern dann 
trotzdem noch wenige µA um µCs auch im Standby laufen lassen zu können.

Gehts um die Abwärme oder warum einen Schaltregler verwenden ist deine 
Lima so schwach?

von avion23 (Gast)


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Ich verwende den MCP auch bei über 16V. Dafür schalte ich eine 
Zener-Diode in Serie.
Parallel nochmal eine um den Leckstrom und durchkommende 
Spannungsspitzen weg zu bügeln.

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