Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik wie 3,3 V und 5,0 V mit Batterie/Akku erzeugen


von sucher (Gast)


Lesenswert?

Für eine Batterie/Akku betriebene Schaltung habe ich getrennte 3.3 V und 
5.0 V Abnehmer.
Wie kann ich die beiden Spannungen am effektivsten aus einer gemeinsamen 
Zelle erzeugen?

Die Hauptentscheidung:
Step-Down aus zB 9 V Block oder
Step-Up aus zB 3.7 V LiIon oder 2x 1,5 V Mignon

Wobei ich 9V Blöcke mit den vergleichbar kleinen Energiedichte lieber 
meiden würde.

Was würdet ihr vorschlagen?
Der Strombedarf ist max. 3 mA.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

sucher schrieb:
> Was würdet ihr vorschlagen?

Datenblätter wälzen, um festzustellen, wie genau die 3.3V und die 5V 
eingehalten werden müssen. Dann kann man weiter sehen.

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


Lesenswert?

ReGeLTeChNiScH schrieb im Beitrag #4562906:
> geht auch noch einfacher: alles was mit 5 V läuft, geht auch mit
> 3,7 oder nur 3,3 V!

Ja ja... und alles was mit 3,7 oder 3,3V läuft, läuft auch mit 2,5V. Und 
alles was mit 2,5V läuft, läuft auch mit 1,8V. Und alles was mit 1,8V 
läuft, läuft auch mit 1,2V, und alles was mit 1,2V läuft läuft auch mit 
0,7V.

Schlussfolgerung: Alles was mit 5V läuft, läuft auch mit 0,7V.

> typisch Internet - alles Schlaumeier, aber dumm wie Brot... so siehts
> aus - auch hier.

Schau mal in den Spiegel.

von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

Ich würde einfach eine kleine Powerbank nehmen, die ja gerade 
spottbillig sind (neulich einige für 4,99 gefunden). Akku inklusive 
Ladeschaltung und Stepup-Wandler auf 5 V. Für die 3,3V brauchst du bei 
3mA nichtmal einen Schaltregler.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Magnus M. schrieb:
> Schlussfolgerung: Alles was mit 5V läuft, läuft auch mit 0,7V.
So extrem muss man das nicht sehen, aber grundsätzlich ist der Einwurf 
berechtigt. Ich würde versuchen, eine batteriebetriebene Schaltung so 
auslegen, dass sie mit variabler Spannung zurechtkomnt. Und nur als 
allerletzten Notnagel diesen Spieß umdrehen...

Als Antwort auf die konkrete Frage hier: 9V Blocks sind die teuerste 
Energieform der vorgeschlagenen Ansätze. Ich würde die Akkulösung mit 
dem Lipo nehmen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Carsten R. (kaffeetante)


Lesenswert?

https://www.mikrocontroller.net/articles/Versorgung_aus_einer_Zelle

Für konkretere Antworten müßten mehr Details bekannt sein. Welche 
Hardware genau ist zu versorgen?

von m.n. (Gast)


Lesenswert?

Jobst Q. schrieb:
> Ich würde einfach eine kleine Powerbank nehmen, die ja gerade
> spottbillig sind (neulich einige für 4,99 gefunden).

Und auch gekauft und getestet, ob sich diese bei 3 mA nicht schon längst 
ausgeschaltet hat? Wohl nicht!

Wolfgang schrieb:
> Datenblätter wälzen, um festzustellen, wie genau die 3.3V und die 5V
> eingehalten werden müssen. Dann kann man weiter sehen.

Einmal so und dann vielleicht die 3,3 V direkt aus einem LiIon und die 5 
V mit einer Ladungspumpe erzeugen.

von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

m.n. schrieb:
> Und auch gekauft und getestet, ob sich diese bei 3 mA nicht schon längst
> ausgeschaltet hat? Wohl nicht!

Doch, ich hab sie mit verschiedenen Widerständen als Belastung getestet. 
Bei 22KOhm (ca 0,23 mA)ist noch eine saubere Spannung von 5,16 V da. 
Also dürften 3mA erst recht kein Problem sein. Bei noch geringerer 
Belastung fängt sie an zu pulsieren, im Leerlauf liegt die Akkuspannung 
(ca 4,13V) an.

Allerdings wird der Wirkungsgrad nicht besonders sein. Eine 
Spannungserhöhung mit geschalteten Kondensatoren (ICL7660 oder 
ähnlich)wär bei 3mA wohl effektiver.

von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

Um die Spannung ohne große Verluste herunterzuregeln wär der LT3009 
geeignet.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hallo,

suche mal nach Pololu.

Von denen gibt es verschiedene Step-Up/ Step-Down DC/DC Wandler.
Sind bezahlbar, klein und arbeiten je nach Typ runter bis zu 0,5 Volt 
Eingangsspannung.

Gruß
Jörg

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


Lesenswert?

Als erstes sollten wir mal klären, ob die Versorgung aus Akkus oder 
Einwegbatterien kommen soll und ob ein Standby Betrieb gefordert ist und 
wie hoch die Standby Stromaufnahme sein wird bzw sein darf.

von sucher (Gast)


Lesenswert?

ja die Pololu Dinger kenn ich.

Mittlerweile hab ich mich für Step-Up entschieden.
Jetzt ist die Frage, wo die Energieausbeute am größten ist:
- 1xAA = 1,2V --> StepUp -> 3,3V bzw. 5V
- 2xAA = 2,4V --> StepUp -> 3,3V bzw. 5V

Wegen Platzmangel kann ich also nur 1 bis 2 solcher AA Zellen einbauen.

Manche ICs haben einen Min-Input von nur 0,5V -> Es wäre doch extrem 
gut, zB NiMH Akkus mit inzwischen über 3000mAh möglichst komplett leer 
saugen zu können. Spricht was dagegen?

Irgend ein guter IC Vorschlag?
zB MAX1724, MAX85x,.. leider gibt es "zu viele" :)

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hallo,

ich würde mit 2 Zellen arbeiten. Leersaugen würde ich die Akkus nicht 
sondern bei ca. 0,8 Volt je Zelle abschalten. Das erhöht die Lebendauer 
der Akkus.

Bedenke das bei 5 Volt Out und einen Strom von z.B. 10 mA und einer 
Eingangsspannung von nur 0,5 Volt eine Eingangsstrom von über 100 mA 
fließt.

Was hälst Du als Spannungsquelle von z.B. "Wiederaufladbaren 
Li-Ionen-Akku's" 18650 oder auch in kleinerer Bauform. Die liefern im 
vollen Zustand 3,7 Volt. Das sind die Typen die die in modernen
LED-Hochleistungstaschenlampen und ich meine auch in E-Zigaretten zum 
Einsatz kommen. Ich würde aber nur geschützte Akkus nehmen, die mögen 
keine Tiefentladung.

Welche Ströme und für welche Zeit muss Deine Schaltung Strom liefern ?

Gruß
JR

von oszi40 (Gast)


Lesenswert?

sucher schrieb:
> zB NiMH Akkus mit inzwischen über 3000mAh möglichst komplett leer
> saugen zu können. Spricht was dagegen?

Ja der übliche Etikettenschwindel. Mein Ladegerät hat außer eneloop nur 
wenige Typen gefunden, die ihre aufgedruckte Kapazität wirklich erreicht 
haben.

von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Was hälst Du als Spannungsquelle von z.B. "Wiederaufladbaren
> Li-Ionen-Akku's" 18650 oder auch in kleinerer Bauform. Die liefern im
> vollen Zustand 3,7 Volt.

Voll geladen sind es 4,10 bis 4,20V, je nach Ladegerät. Für 3,3V Module 
meist zuviel. Kurioserweise sind sie einzeln teurer als eine Powerbank 
mit Ladeschaltung und Stepupwandler.

von Carsten R. (kaffeetante)


Lesenswert?

sucher schrieb:
> Jetzt ist die Frage, wo die Energieausbeute am größten ist:
> - 1xAA = 1,2V --> StepUp -> 3,3V bzw. 5V
> - 2xAA = 2,4V --> StepUp -> 3,3V bzw. 5V

Tendenziell wäre eher die zweite Variante besser, wenn du mit 
Energieausbeute den Wirkungsgrad meinst. Im Einzelfall kann es aber auch 
anders aussehen. Um solche Feinheiten zu entscheiden kann ich nur 
wiederholen:

Carsten R. schrieb:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Versorgung_aus_einer_Zelle
>
> Für konkretere Antworten müßten mehr Details bekannt sein. Welche
> Hardware genau ist zu versorgen?

von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

Bei dem angesagten Verbrauch von max 3mA spielt der Ruhestrombedarf die 
größte Rolle beim Wirkungsgrad. Optimal wäre da ein Ladungspumpenregler 
wie der MAX1759 , ist aber leider relativ teuer. Ob es sich lohnt, hängt 
von der Anwendung ab, wie leicht und häufig der Akku nachgeladen werden 
kann. Evt. wäre auch eine Nachladung über kleine Solarzellen sinnvoll.

von Carsten R. (kaffeetante)


Lesenswert?

Ein Klassiker. Wir raten hier weil der, der nach Hilfe und Antworten 
fragt keine Infos liefert was er eigentlich will.

Ironie on
Es macht ja auch überhaupt keinen Unterschied, ob man einen 
Mikrocontroller im Mittel mit 3 mA versorgt, der aber je nach Last mal 
deutlich mehr und oft im Tiefschlaf deutlich weniger verbraucht, oder 
eine Signal-LED mit 3 mA leuchten läßt. Vielleicht ist das "maximal" 3 
mA aber auch ernst gemeint.
Ironie off

sucher schrieb:
> Was würdet ihr vorschlagen?
> Der Strombedarf ist max. 3 mA.

Es ist noch nicht einmal klar ob je Spannung maximal 3 mA oder insgesamt 
3 mA benötigt werden, mit unbekannter Aufteilung. Dauertiefschlaf im 
µA-Bereich mit Stromspikes von maximal 3 ma ist was völlig anderes als 
durchgängig auf beiden Spannungen nahezu konstant 3 mA zu benötigen. 
Vielleicht merkst du nun anhand der Beispiele, daß die Rückfrage nicht 
zu ignorieren ist, wenn du eine vernünftige Antwort willst.

Was soll der Unfug nach Empfehlungen für den besten Chip zu fragen, wenn 
man nicht sagt wofür und was er können soll?

So wird das nichts!

von sucher (Gast)


Lesenswert?

Carsten R. schrieb:
> Ein Klassiker. Wir raten hier weil der, der nach Hilfe und
> Antworten
> fragt keine Infos liefert was er eigentlich will.
>
> Ironie on
> Es macht ja auch überhaupt keinen Unterschied, ob man einen
> Mikrocontroller im Mittel mit 3 mA versorgt, der aber je nach Last mal
> deutlich mehr und oft im Tiefschlaf deutlich weniger verbraucht, oder
> eine Signal-LED mit 3 mA leuchten läßt. Vielleicht ist das "maximal" 3
> mA aber auch ernst gemeint.
> Ironie off
>
> sucher schrieb:
>> Was würdet ihr vorschlagen?
>> Der Strombedarf ist max. 3 mA.
>
> Es ist noch nicht einmal klar ob je Spannung maximal 3 mA oder insgesamt
> 3 mA benötigt werden, mit unbekannter Aufteilung. Dauertiefschlaf im
> µA-Bereich mit Stromspikes von maximal 3 ma ist was völlig anderes als
> durchgängig auf beiden Spannungen nahezu konstant 3 mA zu benötigen.
> Vielleicht merkst du nun anhand der Beispiele, daß die Rückfrage nicht
> zu ignorieren ist, wenn du eine vernünftige Antwort willst.
>
> Was soll der Unfug nach Empfehlungen für den besten Chip zu fragen, wenn
> man nicht sagt wofür und was er können soll?
>
> So wird das nichts!

habe noch an der Umsetzung geändert. Es ist etwas einfacher geworden:
Nur noch 3,3V benötigt, für:
- AVR + Display (ohne Beleuchtung) = zusammen 1mA
- Displaybeleuchtung  = 3..16mA
Die meiste Zeit ist Beleuchtung nicht aktiv oder nur im unteren Bereich 
von 3mA.
-> hauptsächlich max. 5mA nötig und zeitweise mehr, bis 16mA.

> Bedenke das bei 5 Volt Out und einen Strom von z.B. 10 mA und einer
> Eingangsspannung von nur 0,5 Volt eine Eingangsstrom von über 100 mA
> fließt.
Guter Hinweis. Demnach sollte die Energiequelle lange Zeit eine hohe 
Spannung haben bis sie am Ende zusammenbricht. zB LSD-NiMH mit 1,2V 
Dauerspannung.

Also Anforderungen an den Regler (bei 1x LSD-NiMH):
- min. 20mA
- V_in_min von max. 1,2V

Automatische Abschaltung bei unter 1,2V muss dann der AVR erledigen 
indem er die Sache überwacht (in Sekundenabständen).

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hallo,

1 Akku wird schnell unter 1,2 V sinken. Besser Du nimmst 2.
LSD heißt geringen Selbstendladung, nicht Spannungsstabilität bis zum 
Schluß. Es gibt Batterien die das können, aber das wäre auf dauer zu 
teuer.

Du benötigst nurr noch eine Spannung von 3,3 Volt. Läuft Dein LCD damit 
?

Gruß
Jörg

von sucher (Gast)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Hallo,
>
> 1 Akku wird schnell unter 1,2 V sinken. Besser Du nimmst 2.

http://www.pocketnavigation.de/wp-content/uploads/2016/02/akku-technik-vergleich.png
OK in den Bildern sieht man 1,2V bleiben lange Zeit stabil.. bei ner 
eneloop zB sollte das passen.
Ansonsten kann man ja auch 1,1V als Schwelle definieren.

Oder eben 2.. ich werde mal beides ausprobieren und berichten.


> LSD heißt geringen Selbstendladung, nicht Spannungsstabilität bis zum
> Schluß. Es gibt Batterien die das können, aber das wäre auf dauer zu
> teuer.

genau, soll ein Akku sein, den ich fest verbaue.


>
> Du benötigst nurr noch eine Spannung von 3,3 Volt. Läuft Dein LCD damit
> ?

ja läuft damit. ist ein DOGM128.


Als Boost IC hab ich einen passenden gefunden für den Einsatz mit einer 
Mignon Akkuzelle und 3,3V Ausgang bei entsprechender Stromstärke und 
kleinem Iq: LTC3525-3.3

Nur kann man ihn nirgends kaufen :-/

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


Lesenswert?


von Jobst Q. (joquis)


Lesenswert?

Wenn du nur 3,3V brauchst, nimm einen LiFePo Akku, dann kannst du dir 
die ganze Spannungswandlung und deren Verluste sparen. Er liefert 3,3 
Volt von Natur aus über fast die gesamte Entladungszeit. Laden kannst du 
ihn mit 3,5V, dann hat er schon über 95% seiner Kapazität und hält fast 
ewig.

von Carsten R. (kaffeetante)


Lesenswert?

sucher schrieb:
> ja läuft damit. ist ein DOGM128.

Eeeeeeeeeeeeendlich erfahren wir ein bisschen mehr. AVR ist aber noch 
immer ziemlich vage. Nebenbei bemerkt gib es auch Modelle mit einem 
integrierten Boost-IC.

Jetzt ist die Frage mit welcher Taktrate du den ominösen AVR betreibst, 
denn das bestimmt seine notwendige Betriebsspannung. Das Display kann ja 
auch auf 3 Volt herunter. Je nacht Takt kann der AVR da mithalten. Und 
bei der Beleuchtung hängt es vom Modell ab, bzw. der Farbe wie weit die 
Spannung nach unten gehen darf.

Ich würde bei derzeitigem Kenntnisstand einen normalen Lithiumakku mit 
einem Low-Drop-Regler nahelegen (siehe zuvor verlinkten Artikel). Einen 
höheren Wirkungsgrad wird man mit einem Step-up kaum hinbekommen in 
dieser Konstellation. Beachte die geringe Ausgangsspannung. Der gesamte 
Strom muß durch die Diode. Allenfalls ein synchroner Regler hätte da 
eine Chance mitzuhalten. Das ist aber schon höheres Niveau.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.