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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ATTiny85 an 6V Batterie möglichst lange betreiben


Autor: Joachim (Gast)
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Hallo!

Ich habe einen 6V Batterie, an der ich einen ATTiny85 betreiben möchte. 
Dieser ist die meiste Zeit am schlafen und wacht durch den WDT nur alle 
8 Sekunden für ca. 1 Sekunde auf. Weitere Peripherie ist nicht 
vorhanden, die 6V Batterie ist vorgegeben.

Der uC soll möglichst lange mit dieser Batterie laufen und im Schlaf 
möglichst wenig Strom verbrauchen.

Mangels Erfahrung auf dem Gebiet ist mir nicht ganz klar, wie ich am 
besten die Stromversorgung des uC realisiere. Zwei grundlegende Fragen 
stellen sich mir:

1.) Mit welcher Spannung betreibe ich den uC am sinnvollsten? (3,3V vs 
5V)
2.) Wie stelle ich die Spannung her? (Linearregler, StepDown)

Grundsätzlich hab ich mal ganz viele Infos dazu gefunden, kann aber 
nicht die richtigen Schlüsse daraus ziehen.

Welches ist die optimale Lösung, um am wenigsten Energie zu 
"verschwenden" und die beste Laufzeit herauszuholen?

Danke und Gruß
Joachim

Autor: Sascha W. (sascha-w)
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Hallo,

also wenn der μC die meiste Zeit am schlafen ist und dabei nur paar μA 
braucht suchst du dir am besten einen Linearregler mit sehr geringem 
Eigenverbrauch.
5V o. 3.3V ist eigenlich egal, bei 3.3V sind die Verluste im Regler 
höher aber du kannst die Ladung der Batterie besser ausnutzen 
(Primärbatterie oder Akku?).

Sascha

Autor: Stefan K. (stefan64)
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Joachim schrieb:
> Dieser ist die meiste Zeit am schlafen und wacht durch den WDT nur alle
> 8 Sekunden für ca. 1 Sekunde auf.

Die "meiste Zeit" ist das nicht, sondern schon eine nennenswert lange 
Wachdauer. Wodurch ist diese gegeben? Muss der mc auf etwas warten oder 
soviel rechnen?

> 1.) Mit welcher Spannung betreibe ich den uC am sinnvollsten?
Möglichst niedrig -> 3,3V
Bei 3,3V braucht der mc wesentlich weniger Strom als bei 5V.

> 2.) Wie stelle ich die Spannung her? (Linearregler, StepDown)
Bei langen Schlafphasen -> Linearregler, weil dieser den niedrigeren 
Quiescent current hat.
Bei den Auswahl auf "low quiescent current" achten, gute Werte liegen im 
einstelligen uA-Bereich.

Viele Grüße, Stefan

: Bearbeitet durch User
Autor: Max D. (max_d)
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Ich hätte gesagt 1.8 V  LDO und entsprechender maximaler Takt am tiny. 
Wenn du die meiste Zeit schläfst, dann ist der Verlust im linear-Regler 
um Vergleich zur selbstentladung und leckströmen klein. Und mit 1.8 V 
kannst du deine Batterie effektiv komplett leer saugen.
Einen Akku darf man natürlich nicht so behandeln (nur falls hier 
Verwirrung bzgl. Akku/Batterie besteht).

Autor: Christian M. (chrigi001)
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Ich hatte einmal ein ähnliches "Problem" und bin damals auf den MCP1801 
gestossen. Dieser hat zwar ein quiescent current von etwa 30uA, verträgt 
aber Eingangsspannungen bis zu 10V. Die Regler mit niedrigerer quiescent 
current (< 10uA) vertragen meistens nur 5.5V wobei dass die Absolut 
Maximum Rating ist.

Falls jemand einen Besseren (kleinere quiescent current) kennt, währe 
ich auch interessiert.

Autor: Karsten B. (kastenhq2010)
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Man kann auch einen Schaltregler nehmen, dessen Ruhestrom im Bereich 
guter Linearregler liegt, sodass du auch in den Wachphasen eine gute 
Effizienz hast. Den TPS62745 habe ich mal benutzt (~0,5 nA Iq), ist aber 
beim Löten etwas anspruchsvoller.

Christian M. schrieb:
> Falls jemand einen Besseren (kleinere quiescent current) kennt, währe
> ich auch interessiert.

TPS709 oder MIC5231 z.B.

: Bearbeitet durch User
Autor: Marc V. (Firma: Vescomp) (logarithmus)
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Joachim schrieb:
> Welches ist die optimale Lösung, um am wenigsten Energie zu
> "verschwenden" und die beste Laufzeit herauszuholen?

 Bei 8MHz internem Clock:
 In Active Mode verbraucht der Tiny ungefähr soviel mA wie die
 Spannung beträgt, also 3.3mA bei 3.3V, 5mA bei 5V usw.
 In Idle Mode ist der Verbrauch ungefähr Vcc/4, also 0.8mA bei 3.3V,
 0.45mA bei 1.8V usw.

 Bei 7s Idle und 1s Active sind es bei 3.3V knapp uber 1.1mA.
 Und das meiste davon verbrauchst du im Active Mode, da musst du
 ansetzen - ob danach Idle oder Power Down ist ziemlich egal.

 1sec Active ist ziemlich lang - was machst du da eigentlich ?

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan K. (stefan64)
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Tom S. schrieb:
> Den TPS62745 habe ich mal benutzt (~0,5 nA Iq), ist aber
> beim Löten etwas anspruchsvoller.

Cooles Teil!

Autor: Marc V. (Firma: Vescomp) (logarithmus)
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Marc V. schrieb:
> Und das meiste davon verbrauchst du im Active Mode, da musst du
>  ansetzen - ob danach Idle oder Power Down ist ziemlich egal.

 Natürlich nicht egal, da 1:200 Verhältnis aber trotzdem.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Mit welcher Spannung betreibe ich den uC am sinnvollsten?

Je niedriger die Spannung, umso geringer ist die Stromaufnahme. Wenn du 
wirklich keine Peripherie hast (aber wozu dient dann die Schaltung?) 
würde ich ihn mit 3V betreiben.

> Wie stelle ich die Spannung her? (Linearregler, StepDown)

Ich würde ihn möglichst ohne Spannungsregler direkt mit der Batterie 
versorgen. Geht allerdings nicht bei 6V. Kannst du auch 4,5V runter 
gehen?

: Bearbeitet durch User
Autor: Peter D. (peda)
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6V sind ungünstig, da wird der Hauptverbrauch beim Spannungsregler 
liegen.
Ich würde daher einfach ~1,4V mit 2*1N4148 in Reihe vernichten.

Autor: Peter D. (peda)
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Joachim schrieb:
> 8 Sekunden für ca. 1 Sekunde auf.

12,5% Wachzeit ist ja sehr weit weg vom Tiefschlaf, dann sollte jeder 
Regler <100µA Eigenverbrauch dicke ausreichen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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zu 1.
Bei 3.3V verbraucht er weniger Strom, schau aber erst mal ob dein 
Controller bei der Taktfrequenz auch mit 3.3V läuft.

zu 2.
Ideal wäre es natürlich gar keinen Spannungsregler zu nutzen, da der 6V 
Akku aber auch eine Spannung von max 6.9V besitzen kann solltest du 
einen Linearregler besorgen der einen möglichst geringen Eigenverbrauch 
hat und die 7V aushält.

Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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Stefan K. schrieb:
>> Den TPS62745 habe ich mal benutzt (~0,5 nA Iq), ist aber

Das sind Iq=400nA laut Datenblatt. Du meintest 0,5uA oder µA.

Autor: Karsten B. (kastenhq2010)
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Stimmt, 0,5µA natürlich, mein Fehler.

Mike J. schrieb:
> zu 2.
> Ideal wäre es natürlich gar keinen Spannungsregler zu nutzen, da der 6V
> Akku aber auch eine Spannung von max 6.9V besitzen kann solltest du
> einen Linearregler besorgen der einen möglichst geringen Eigenverbrauch
> hat und die 7V aushält.

Warum? Der Stromverbrauch ist doch am geringsten, je niedriger die 
Versorgungsspannung des Attiny ist? Optimum ist afaik niedrige Frequenz 
+ dazu passende niedrigste mögliche Spannung.

Autor: S. Landolt (Gast)
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> Der uC soll möglichst lange mit dieser Batterie laufen
> und im Schlaf möglichst wenig Strom verbrauchen.
Ich weiß nicht, ob solche Anforderungen zielführend sind, zu viel 
'möglichst'.
  Welche Kapazität hat die Batterie, welche Lebensdauer wird angestrebt?

Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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Tom S. schrieb:
> Warum? Der Stromverbrauch ist doch am geringsten, je niedriger die
> Versorgungsspannung des Attiny ist?

Das ist ja richtig, aber wenn dein Controller nur 250nA im PowerDown 
zieht und der Spannungsregler selbst einen Ruhestrom von 3µA bis 7µA 
besitzt, dann ärgert man sich schon darüber.

Den höheren Stromverbrauch hat der Controller auch eher wenn er gerade 
nicht im Tiefschlafmodus ist.

Ich hatte es mal mit einer Diode probiert, aber wenn nur die 250nA 
gezogen werden fällt eine viel zu geringe Spannung ab.
So ein billiger Spannungsregler mit Iq=7µA verbrät zwar einiges an 
Energie, aber bei einem 1000mAh Akku würde der Akku dann eben 16,3 Jahre 
halten anstatt 456 Jahre wenn er permanent im Tiefschlaf sein würde.

Es ist letztendlich bei solch einem großen Akku besser einen 
ordentlichen Spannungsregler zu nutzen.

Eine etwas ungenaue Spannungsquelle die nur um die 1-2µA zieht kann man 
sich leicht mit diskreten Bauelementen aufbauen.

Autor: S. Landolt (Gast)
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Christian M. schrieb:
> Falls jemand einen Besseren (kleinere quiescent current) kennt, wäre
> ich auch interessiert.

Z.B. MCP1702, habe ich zwar noch nie benutzt, aber im Datenblatt steht:
Iq <= 5 uA, Ui <= 13.2 V; gibt es bei Reichelt für 57 ct im 
bastlerfreundlichen TO-92 Gehäuse mit 3.3 und 5.0 V.

Autor: Karsten B. (kastenhq2010)
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Mike J. schrieb:
> Tom S. schrieb:
>> Warum? Der Stromverbrauch ist doch am geringsten, je niedriger die
>> Versorgungsspannung des Attiny ist?
>
> Das ist ja richtig, aber wenn dein Controller nur 250nA im PowerDown
> zieht und der Spannungsregler selbst einen Ruhestrom von 3µA bis 7µA
> besitzt, dann ärgert man sich schon darüber.

Der Attiny85 liegt bei 10µA im Power Down Modus, die hier angesprochenen 
Spannungsregler haben einen Iq <1µA.

> Den höheren Stromverbrauch hat der Controller auch eher wenn er gerade
> nicht im Tiefschlafmodus ist.

Richtig, und daher sollte man auch hier ansetzen und einen vernünftigen 
Schaltregler einem Linearregler oder der Bastellösung mit x Dioden in 
Reihe vorziehen. Der oben erwähnte TPS62745 schafft >80% Effizienz 
sowohl in den Wach- als auch in den Tiefschlafphasen, LDO und Co 
erreichen keine 30%, wenn der Tiny auf 1,8V läuft.

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