Moin Moin,
für mich ist das Thema mobile Stromversorgung mal wieder aktuell. Bei
einem AVR wäre das einfach - direkt einen LiIon oder drei Mignon-Zellen
ran, der Spannungsbereich von 1,8-5,5V passt super. Aber spätestens bei
den ARM-µCs wie dem STM32F030 wird das schwer, die wollen um die 3,3V
für die Versorgung.
Ich habe daher ein Sortiment an LDOs eingekauft, um etwa mit LiIon einen
µC zu versorgen. Für den Bissanzeiger auf Atmega328-Basis, den ich für
meinen Nachbarn gebastelt habe, setze ich derzeit auch noch auf 2
AA-Zellen in Serie; da wäre jedoch ein Step-Up sicherlich eine
geschicktere Lösung.
Beim Recherchieren habe ich zwar schöne Kurven in den Datenblättern
gefunden, aber nirgends brauchbare Vergleichswerte oder
Einsatzszenarien. Möglicherweise ist das auch zu trivial, aber mich
interessiert das grade. Könnte daher auch für andere hilfreich sein,
deshalb klatsche ich das jetzt mal hier mit hin.
Mit den LDOs habe ich eine 7-Segment-LED-µC-Uhr betrieben. Da ist
interessant zu sehen, dass die Effizienz mit sinkender
Versorgungsspannung steigt - ist aber logisch, da die Vorwiderstände und
LEDs weniger Strom verbraten (und dafür das Display auch ein wenig
geringere Leuchtstärke aufweist, für das Auge jedoch kein signifikanter
Unterschied).
Die Step-Ups teste ich mit STM32F030, der bei 48MHz Software-PWM zum
Dimmen einer grünen LED macht. Zudem misst der einmal die Sekunde
Spannung und Temperatur. Dadurch gibt es eine wechselnde Last zwischen
16 und 25mA, sodass die Effizienz mit unterschiedlichen Lasten sichtbar
wird.
Da meine Schottky-Dioden noch nicht da sind, habe ich den NCP1402 erst
mal mit 1N4148 aufgebaut - das frisst ordentlich; ein Nachtest mit SS14
folgt daher. Ich habe auch noch vier Bausteine als Samples bei TI
bestellt, die kommen dann auch noch mit rein. Hier insbesondere für mich
spannnend die Ladungspumpen.
1
Vin 3,90
2
LDO Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
3
MCP1700 3,28 1,89 1,88 1,30 7,37 6,17 83,71
4
PAM3101 3,30 1,96 1,88 57,60 7,65 6,21 81,21
5
MCP1825S 3,33 1,97 1,93 44,00 7,68 6,43 83,73
6
RT9166 3,26 1,87 1,86 6,10 7,29 6,06 83,12
7
Bat. dir. 3,90 2,41 9,40
8
9
Vin 1,25
10
Step-Up (PFM) Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
Hi,
1 Lixx Akku ist eigentlich super für 3,3V Geräte.
Wenn wenig Strom gezogen wird, z.B. kleiner 1/10C, kann man davon
ausgehen, dass der Lixx bei 3,3V absolut leer ist.
Nen LDO hat da im schlimmsten fall 78%, wenn man von 4,2V ausgeht.
(Quiesent nicht beinhaltet ;) )
Aus 1,2V und Step Up wird man kaum an die 80% rankommen.
Die 80% mit Buck zu erhöhen ist schon ein wenig herausforderung mit
Experimenten.
Grüße
Die BL8530 sind endlich angekommen. Die sind als StepUps völlig ok und
bestätigen bisherige Beobachtungen mit anderen Modellen:
Eingangsspannung nahe Ausgangsspannung, also zwei-Zellen-Betrieb, ist
mit denen eigentlich keine gute Idee, die Effizienz sackt auf miese 20%.
Im Laufe der Entladung wird das aber besser, im ein-Zellen-Betrieb lande
ich sofort >70%.
1
Vin 1,586
2
Step-Up (PFM) Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
3
BL8530 3,284 66,8 22,7 5,5 105,94 74,55 70,36
4
5
Vin 2,693
6
BL8530 3,284 177 30,9 5,5 476,66 101,48 21,29
Die Zahlen zum Nachtest des NCP1402 mit SS14-Schottky-Diode habe ich
nicht notiert, die liegen damit aber ebenfalls etwas über 70%. Die
Ladungspumpe von TI gefällt mir sehr gut:
1
Vin 1,23
2
Charge Pump Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
3
TPS60302 3,35 71 17 33 87,33 56,93 65,19
4
3,35 92 24 33 113,16 80,38 71,03
Im Dauertest mit 20mA Last (PWM mit LED-Lichterkette) und einer
AA-NiZn-Zelle schafft die Pumpe >16h Laufzeit; Effizienz sinkt dabei von
70% auf 50% im Laufe der Entladung. Leerlauf der Zelle danach bei 1,35V,
also schont die Ladungspumpe die Zellen sogar und ist eine gute Wahl für
Akkus.
Ich habe noch ein paar Bausteine im Zulauf - leider ändert sich mein
Testszenario immer ein wenig, sodass ein direkter Vergleich nicht
allgemeingültig zu machen ist. Das zeigt jedoch, dass die
unterschiedlichen Bausteine in ihrem Aufbau gemäß Datenblatt teils
einfach nur unterschiedlich effizient sind, teils unterschiedliche
optimale Einsatzzwecke bedienen.
Heute habe ich einen ST L6920 aufgebaut (Datenblatt:
http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00002171.pdf
). Ich wollte die Stromversorgung meiner LED-Lichterkette aus zwei
NiMH-AA-Akus optimieren.
Die Ergebnisse finde ich erstaunlich.
Am Ende der PWM kommen 3,3V gepulst bei 24mA/RMS raus. Gemessen habe ich
den Strom, der aus den Akkus gezogen wird, bei gleichem Ladestand (~2,6V
aus zwei AA-Zellen).
L6920D: 60-70mA
NCP1402: 100-175mA
BL8530: 50-55mA
Der billigste China-Baustein weist die teureren Bausteine hier auf die
Ränge.
Der PWM-Schaltung habe ich den 10µF-Kerko am Eingang geklaut. Das
erzeugt zwar ein paar Spikes und funkt daher ein wenig, jedoch sinkt
laut LTSpice der Eingangsstrom von 35mA auf <26mA (simulierter Ausgang
23,5mA).
Den NCP1402 habe ich dann nochmal unterschiedlich mit Kondensatoren
ausgestattet. Erst 47µF Tantal, mit 160-175mA am Eingang. 100µF Tantal
dazu: 100-125mA. Beide durch insgesamt einen 47µF X7R ersetzt - um die
130mA. Durch passend dimensionierte Ausgangskondensatoren kann man also
auch noch ein wenig optimieren.
Steht zwar irgendwie auch in den Datenblättern und ist den langjährigen
Bastlern sowie Profis und Experten zwar völlig klar, aber so in
nachgebaut und nachgemessen ist das doch noch mal eine Erwähnung wert -
in den Datenblättern zu StepUps stehen Empfehlungen, die sollte man
gegebenenfalls für erhöhte Effizienz anpassen.
Und auch wichtig - der erste Aufbau des BL8530 war mit dünnem
CuL-Fädeldraht. Seit ich das alles durch Silberdraht ersetzt habe, ist
die Effizienz stark angestiegen.
LDO Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
3
XC6206 3,299 315 2* 2240 1197 6,6 0,55
* Ausgangsstrom lässt sich nicht messen, der LDO startet bei
Einschleifen der Messtrippen am Ausgang nicht an. Messbereich (A, mA,
µA) und damit unterschiedliche Shunts sind dabei egal. Daher den
gemittelten Bedarf des Aufbaus angenommen.
Der LDO mag die Messungen mit meinem Multimeter offenbar nicht, da so
ein Schwachsinn bei rauskommt. Quiescent Current sollte 1µA sein ...
Fehler am Aufbau möchte ich eigentlich ausschließen, da gibt es nur zwei
1µF-Kerkos dranzuhängen, fertig.
Inwiefern willst Du die 2 NiMh Stromversorgung der LED Lichterkette
verbessern? Welche Ergebnisse versprichst Du Dir?
Kennst Du die U1V11F3 von von Pololu? Den gibt es auch mit anderer
Bezeichnung ohne Enable-Pin. Beide Versionen habe ich mit 2 NiMh in
verschiedenen Projekten bereits erfolgreich eingesetzt.
Das von Dir geschilderte Verhalten beim Einschleifen eines Multimeters
kann ich für die genannten Stepup (und -down) bestätigen.
Frank
Die Stromversorgung für die LED-Lichterkette? Ganz einfach, mit
Step-Up/PWM habe ich über einen langen Zeitraum konstante Lichtstärke,
anstatt von Anfangs Flutlicht bis nach paar Stunden/Tagen leichtes
Glimmen. Außerdem will ich damit den "Verbrauch" senken und mit einer
Akkuladung längere Laufzeit erreichen. (Und lernen, basteln, frickeln -
der allerwichtigste Teil daran.)
Polulu verbaut eigentlich nur bekannte ICs. Auf dem genannten Board wäre
das aber schon schwierig selber zu löten ;) Bei den ICs ergibt eine
fertige Platine daher Sinn.
Korrektur beim XC6206: Anstatt wie vom Datenblatt vorgegeben 1µF am
Eingang und Ausgang noch 4,7µF am Ausgang dazugelötet. Das stabilisiert
den IC. Ich erreiche nur immer noch nicht den sagenhaftem Leerlaufstrom
von 1-3µA.
1
Vin 3,80
2
LDO Vout mA in mA out NoLoad µA mW in mW out Eff. %
Dirk K. schrieb:> Korrektur beim XC6206: Anstatt wie vom Datenblatt vorgegeben 1µF am> Eingang und Ausgang noch 4,7µF am Ausgang dazugelötet. Das stabilisiert> den IC. Ich erreiche nur immer noch nicht den sagenhaftem Leerlaufstrom> von 1-3µA.
Wie sieht das Ganze denn statisch aus? Probier doch mal den XC6206-33
mit 1µF und einem 1,5K Widerstand als Last -> 2,2mA.
Und dann versorge das Teil mit dem Labornetzteil. Miss mit 2 Multimetern
gleichzeitig: den Strom aus dem Labornetzteil und die Spannung direkt
vor dem Regler, hinter dem ersten Multimeter. Damit fließt die Burden
Voltage des Multimeters nicht mit in die Messung ein.
Dann variiere mal die Eingangsspannung von z.B. 4,3V (Torex misst mit
Vout+1V) bis runter auf 3,3V und notiere jeweils den Strom.
Das klingt wie ein netter Test, bin nur schon im Sofamodus. Frisch
ausgepackter XC6206 mit X7R 4,7µF jeweils als Eingangs- und
Ausgangskondensator ist wesentlich dichter am erwarteten Bereich dran,
NoLoad sinkt auf 6,7-6,9µA.
Strommessung mag nun am Eingang nicht mehr klappen, sobald eine Last
dran hängt. Also kommt nun der Praxistest, ob der Regler längere
Akkulaufzeit ermöglicht als MCP1825 oder PAM3101.
Nach 7 Wochen endlich mal Akkuwechsel ;)
Der XC6206 hat aus dem 2400mAh-Akku die Uhr vom 09.01.2016 bis zum
26.02.2016 angetrieben. Das ist rund eine Woche mehr, als die anderen
guten LDOs abliefern.
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