Hallo,
ich glaube es ist Schwachsinn, aber ich komm nicht drauf warum. Folgende
Hypothese:
Vcc = 5V und nicht veränderbar.
Jetzt schließe ich z.B. einen ATmega an den ich mit 1Mhz takte.
Der µC kann aber auch noch bei sagen wir 3V sauber arbeiten und
verbraucht dort weniger Strom. Wenn ich jetzt eine Diode in Reihe
schalte, um die Spannung zu verringern (Vf=2V), dann fällt ja
Verlust-Strom von
2V/3V * Iatmega an der Diode an..
Das heißt die Leistung, die an der Diode abfällt ist proportional zur
Leistung, die am ATmega abfällt. Im Datenblatt vom ATmega8A s. 255 Abb.
26-7. ist eindeutig zu sehen, dass der Strombedarf vom Controller nicht
linear zur Spannung ist. Das würde doch heißen, dass, wenn ich eine
Diode zwischenschalte um die Spannung am µC zu verringern, gleichzeitig
den Strom 'mehr als linear' reduziere, sodass auch der Anteil des
Stroms, der an der Diode in Wärme umgewandelt wird, kleiner ist - denn
er steht ja in direktem Verhältnis zu dem Strom der den ATmega versorgt.
Das heißt doch, dass ich so zwar an der Diode einen Verlust habe; dieser
Verlust wird allerdings durch den geringeren Strombedarf des ATmega bei
geringer Spannung mehr als ausgeglichen. Ist das so richtig? ich kann
also durch den Einsatz einer Diode, die selbst Leistung vernichtet
insgesamt Leistung gewinnen, dadurch, dass der Stromverbrauch anderer
Bauteile durch die forward voltage der Diode verringert wird? Das wäre
ja mal ein echter Trick für Batteriebetriebene Anwendungen...
Aber ich vermute, dass ich falsch liege bitte klärt mich auf.
Normalerweise ist Leistung U mal I
und der MC hat ja eine gewisse Leistungsaufnahme,also U sinkt, dann
muss I steigen, damit die gleiche Leistung umgesetzt wird.
So klingt die Behauptung eigentlich logisch
Gruß
Matthias
Wenn ich mir besagte Abbildung aus dem ATmega8A Datenblatt hernehme,
dann hat der µC bei 5V eine Leistungsaufnahme von ~315 µW und bei 3,5V
sind es 182µW.
Dann fließt doch durch die Diode bei der 3,5V Variante, also Vf = 1,5V,
der gleiche Strom von 182µW.
182µW * 1,5V = 273µW + 182µW = 455µW also 140µW mehr als ohne Diode?
Also ist es quatsch.
Matthias schrieb:> Normalerweise ist Leistung U mal I> und der MC hat ja eine gewisse Leistungsaufnahme,also U sinkt, dann> muss I steigen, damit die gleiche Leistung umgesetzt wird.> So klingt die Behauptung eigentlich logisch
Ein Mikrocontroller hat aber nunmal keine konstante Leistungsaufnahme,
und damit ist deine Rechnung für die Katz.
Die Verlustleistung eines digitalen ICs ist im wesentlichen (von
Leckströmen abgesehen) proportional zu f*U^2. Damit sinkt die
Verlustleistung bei konstantem Takt um ca. 64%, wenn die Spannung von 5V
auf 3V (also um 40%) gesenkt wird. Der Stromverbrauch nimmt proportional
zur Spannung ab.
Andreas
hasnwurst schrieb:> Dann fließt doch durch die Diode bei der 3,5V Variante, also Vf = 1,5V,> der gleiche Strom von 182µW.
Ein Strom von 182µW, aha. Und:
> 182µW * 1,5V = 273µW + 182µW = 455µW
µW * V gibt µW.
Später:
> jetzt bin ich total verwirrt.
Keine Sorge, das warst Du einen Artikel vorher auch schon, s.o.
Tatsächlich sinken mit sinkender Spannung die Umladungsverluste.
Solange der µC bei kleinerer Spannung die Frequenz noch kann, arbeitet
er dort effektiver, selbst wenn die kleinere Spannung verlustbehaftet
aus der ursprünglichen erzeugt wird.
hasnwurst schrieb:> Wenn ich mir besagte Abbildung aus dem ATmega8A Datenblatt hernehme,> dann hat der µC bei 5V eine Leistungsaufnahme von ~315 µW und bei 3,5V> sind es 182µW.
Häh? Ich sehe da ca. 1,69mA bei 5V und 25℃, macht nach Adam Riese
8,45mW. Auch im Idle-Zustand wären es 0,38mA und 1,9mW.
> Dann fließt doch durch die Diode bei der 3,5V Variante, also Vf = 1,5V,> der gleiche Strom von 182µW.
Seit wann wird Strom in Watt gemessen?
Bei 3,5V und 25℃ sind's ca. 1,47mA, macht 5,145mW. Dazu kommen 2,205mW
an den Dioden. Insgesamt also 7,35mW, unterm Strich also eine Ersparnis
von ca. 1,1mW oder 13%.
Auch aufgrund des "Knicks" in der Kurve bei ca. 3V (der wohl von
parasitären Effekten herrühren dürfte) wären 3 Dioden noch besser. Damit
kommt man dann auf ca. 6,8mW Gesamtverbrauch, also ca. 20% Ersparnis.
Alle Werte gelten für den aktiven Zustand. Je nach Anwendung können da
die Ersparnisse durch Anwendung der Sleep-Modi so hoch sein, dass die
durch den "Dioden-Trick" Peanuts dagegen sind! Insgesamt halte ich das
daher für eine eher akademische Überlegung...
Andreas
Was der TO doch wissen will, ist ob er evtl. Glück hat und der mc bei
Reduzierung der Spannung von 5V auf 3V so viel weniger Strom verbaucht
(oder eben so viel weniger Leistung benötigt) daß die verbratene
Leistung in der Diode (bei dem bei 3.5V im mc fliessenden Strom) dies
nicht wieder wettmacht, im negativen Sinne.
mc bei 5V: 315uW, bei 3.5V: 182uW.
I5 = 63uA, I3.5 = 36,4uA
Id5 = NA, Id3.5 = 36.4uA (keine Diode bei 5V)
Pd5 = 0uW, Pd3.5 = 54.6uW (5V: Keine Diode, bei 3.5V Vfd = 1.5V)
Summen für 5V und 3.5V:
Pg5 = 315uW, Pg3.5 = 238.4uW
Also nach meiner Rechnung, falls die Durchschnittswerte aus dem
zitiertem Datenblatt stimmen verbrät die Diode 54.6uW um aber (315-182uW
= 133uW) zu sparen.
Diese Bilanz ist ok. Das liegt daran, dass der Strom des mc bei
steigender Spannung ÜBERPROPORTIONAL zunimmt.
Aber vielleicht stimmt ja entweder die obige Rechnung nicht oder die
Werte aus dem Datenblatt, dann muss man aber einfach neu Rechnen mit den
richtigen Werten...
Grüße,
Mike
Es ging ja auch nicht darum genaue Werte zu berechnen. Es macht sowieso
wenig Sinn nur den µC in die Rechnung einzubeziehen, weil Die Schaltung
sicher noch mehr Bauteile beinhaltet. Es ging lediglich um das Prinzip.
Ich habe übrigens die Abbildung hergenommen, die sich auf den 32Khz
Oszillator-Betrieb bezieht, weil diese am unlinearsten aussah.
Die Rechnung ist doch ganz einfach:
Die Gesamtleistung ist
P = U · I
U ist immer 5V, I fließt der Reihe nach durch die Diode und den µC, ist
also gleich dem µC-Strom. Sinkt dieser, weil durch die Diode die
µC-Spannung abgesenkt wird, sinkt natürlich in entsprechendem Maße auch
die Gesamtleistung. Das ist alles :)
Dabei ist völlig unerheblich, ob die I(U)-Kennlinie des µC gerade oder
krumm verläuft. Die eingesparte Leistung hängt lediglich von der
mittleren Steigung der Kennlinie (also dem differentiellen Leitwert) im
interessierenden Bereich ab. Ist diese Steigung positiv, was bei den
meisten Bauteilen der Fall ist (z.B. auch bei gewöhnlichen Widerstän-
den), spart man mit der Diode Strom und Leistung.
Bei Prozessoren steigt die Leistungsaufnahme in ganz brauchbarer
Näherung quadratisch zur Versorgungsspannung und linear zum Takt. Dazu
gibt es natürlich noch eine Temperaturabhängigkeit, die zu beachten
führt jetzt aber zu weit. Wenn also dein µC an 2V weniger läuft, braucht
er weniger Leistung, selbst, wenn du den Vorwiderstand mit einbeziehst.
Wieso so kompliziert ?
Aus den Datenblatt ergibt sich eine Stromaufnahme von 2,7mA bei 5V und
1,7mA bei 3V.
Mehr gibt es doch dazu nicht zu sagen.
Die Leistung interessiert doch nur, wenn man einen Schaltregler
einsetzt.
Gruss
Axel
Ich versteh den sinn nicht so ganz? ;) Klar kann man Leistung am
Controller "sparen", wenn man den mit einer kleineren Spannung versorgt.
Ist bei Digitalschaltungen ja auch (wie oben gesagt) üblich, dass die
heute sogar nur mit 1V CoreSpannung laufen (Computer).
Aber im Falle der AVRs darf dann halt die Taktgeschwindigkeit nicht so
hoch sein. Also ist die Rechenleistung auch nicht so groß. Also hat man
im Prinzip so gut wie nix gespart, weil die Rechenleistung (angenähert)
proportional mit der elektrischen Leistung am Controller geht.
Durch welche Maßnahmen man jetzt die Spannung verringert (Diode oder
Widerstand) ist dabei eigentlich unerheblich. Okay, die beiden genannten
Bauteile erzeugen natürlich auch noch Verlustleistung, die man bei einem
Schaltwandler nicht hätte. Aber das sollte ja wohl klar sein.
