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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DIY KFZ Alarmanlage - Ruhestrom Spannungsregelung minimieren


Autor: Thomas S. (schlot)
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Hallo zusammen,

ich möchte eine GSM-Erweiterung für eine serienmäßige Autoalarmanlage am 
CAN bauen. Die entsprechenden Nachrichten, die im Alarmfall verschickt 
werden, kenne ich.

Dazu möchte ich ein kleines Board aufsetzen:
- GSM / GPS-Schnittstelle: SIM808
- Controller und CAN-Schnittstelle: AT90CANxxx + MCP2551
- Erschütterungssensor: ADXL345

Jetzt ist natürlich in dem Fall der Ruhestrom wichtig, weil ich ja auch 
über eine längere Standzeit die Batterie nicht leerziehen will.

Der SIM808 läuft bei 4 V, braucht im network standby ca. 1 mA. Peak ist 
mit 2 A angegeben (man beachte hier die Spanne über ein paar 
Größenordnungen). Bei Anruf wird ein Interrupt ausgelöst, der den Rest 
aufwecken kann.

Beim AT90CAN habe ich leider noch nichts gefunden, was der im Sleep 
braucht, wenn man ihn dabei am CAN lauschen lässt (soll ja aufwachen, 
sobald das Fahrzeugnetzwerk aufwacht). Ich brauche nur die direkten 
Interruptleitungen INT0..3 und CAN als wake up event. Die Taktquelle 
muss ich wohl leider recht hoch wählen, weil der AT90CAN sonst die 
oberen CAN-Datenraten nicht schafft.

Der MCP2551 muss mit 5 V laufen.

Den ADXL345 lasse ich durchlaufen - der läuft mit 2,5 V und braucht ein 
paar uA. Man kann ein "tap event" als Interruptereignis definieren, also 
minimale Amplitude und maximale Dauer eines Events, womit man denke ich 
ganz gut einen Schlag detektieren kann.

Kommuniziert wird seriell und mit Hardwired Interrupt Leitungen.
ADXL345 <--SPI/INT--> AT90CAN <--UART/INT--> SIM808


Jetzt meine Frage:
Wie versorge ich das Ding mit Spannungen? Meine Idee:

Zuerst generiere ich mir 5 V, woran ich den AT90CAN und den Transceiver 
laufen lasse. Über zwei Dioden baue ich mir einen Spannungsfall auf 
knapp unter 4 V, woran ich den SIM808 laufen lassen kann. Der wiederum 
hat einen internen 2,8 V-Regler, der rausgeführt wird. Daran möchte ich 
den ADXL345 laufen lassen, der ja nicht viel zieht.
Levelshifter möchte ich abwärts mit Spannungsteiler und aufwärts mit 
einem nMOS und zwei Pullups bauen.

Das Problem ist jetzt, dass ich einen effizienten Spannungsregler für 
die 9..15 V des Fahrzeugs auf 5 V brauche. Ich bin Digitali und verstehe 
Analogtechnik immer nur mit Anlauf. Wenn ich das richtig sehe, ist es 
nicht so leicht, einen Step Down-Wandler mit hoher Effizienz UND sehr 
niedriger Leerlaufspannung zu bauen, richtig? Denn es wird ja in den 
meisten Fällen irgendwo im einstelligen mA-Bereich dümpeln, kann aber 
auch mal auf gut 2 A hoch gehen. Wie macht man das geschickt?

Ich habe auch schon den Ansatz gelesen, einen Linearregler zu verwenden 
und einen Step Down per Enable-Eingang zuzuschalten, wenn es heiß her 
geht. Nur ist es ja in meinem Fall nicht so, dass ich z. B. einen Motor 
einschalte und vorher per uC den Step Down zuschalte. Also bräuchte ich 
das Zuschalten selbsttätig vom Strom abhängig. Kann man mit einem 
Komparator über einen Shunt ab einer bestimmten Stromschwelle wie 15 mA 
den Step Down zuschalten? Vielleicht mit etwas Hysterese?
Ist es in Ordnung, den Linearregler parallel einfach weiterlaufen zu 
lassen oder muss ich den dann abschalten? Schadet es umgekehrt dem 
Schaltregler, wenn er disabled ist und vom Linearregler quasi 
"rückwärts" versorgt wird? Ich will ja nicht nochmal Dioden zur 
Entkopplung einbauen, die mir meine mühsam eingesparte Leistung wieder 
verbraten...

Fragen über Fragen... Hat jemand eine Idee, wie man das geschickt löst?

Gruß
Thomas

Autor: soul eye (souleye)
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Thomas S. schrieb:

> Das Problem ist jetzt, dass ich einen effizienten Spannungsregler für
> die 9..15 V des Fahrzeugs auf 5 V brauche.

Es gibt genügend LDOs mit geringem Ruhestrom. Infineon TLE7270-2 braucht 
gerade mal 30 µA wenn der Laststrom bei 100 µA liegt (Controller im Stop 
Mode). Oder wenn es billig sein muss, STM L5150CJ. Da hängst Du 
Controller und Sensor dran.

Das Funkgedöns kann an einen Schaltregler, der vor dem SMS-Versand vom 
Controller aktiviert wird.

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas S. (schlot)
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soul e. schrieb:
> Es gibt genügend LDOs mit geringem Ruhestrom. Infineon TLE7270-2 braucht
> gerade mal 30 µA wenn der Laststrom bei 100 µA liegt (Controller im Stop
> Mode). Oder wenn es billig sein muss, STM L5150CJ. Da hängst Du
> Controller und Sensor dran.

Leuchtet mir ein. Die maximale Verlustleistung, mit der ich in allen 
Betriebssituationen rechne, liegt bei ca. 1/4 W, was sich ja über das 
PCB abführen lässt.

> Das Funkgedöns kann an einen Schaltregler, der vor dem SMS-Versand vom
> Controller aktiviert wird.

Jetzt hatte ich darüber nachgedacht, auch eine Abfragefunktion 
einzubauen, bei der ich eine SMS an das System schicke und beantwortet 
bekomme, ob abgeschlossen ist oder ähnliches. Da ich Listen-Only am CAN 
teilnehmen will, reicht es ja, wenn ich mir den letzten gehörten Status 
in einer Art Zustandsautomat mitschreibe. Oder eine Ortungsfunktion (das 
SIM808 hat auch GPS).

Die Funktion erfordert dann allerdings, dass das Funkmodul standby 
läuft. Das würde ich dann vielleicht nach 2 Tagen abschalten, um die 
Stromaufnahme für lange Standzeit weiter zu senken. Wenn ich zwei Tage 
lang vergesse abzuschließen, brauche ich danach auch nicht mehr 
abfragen. ;-)

Mit welchem minimalen Leerlaufstrom muss ich denn bei dem 4 V, 2 A 
Schaltregler für das Funkmodul rechnen?

case 0,5 mA: Ich lasse einfach diesen Schaltregler 2 Tage durchlaufen 
und schalte ihn dann ab. Gibt es einen Schaltregler mit günstigem Iq und 
nicht allzu schwerer Beschaltung (möglichst auch integrierter FET), der 
sich da anbietet und den ich nicht nur im Großhandel bekomme?

case 20 mA: Können wir doch nochmal über die Kombination Linear- und 
Schaltregler reden? Oder gibt es eine einfachere Lösung, die ich nicht 
sehe?


Letzte Frage:
Für die 2,5 V, 23 uA für den ADXL345 habe ich das Gefühl, dass ein 
Spannungsregler Verschwendung ist. Wäre es ein ohmscher Verbraucher, 
komme ich auf > 100 kOhm. Gibt es da einen Trick, wie das Teil an einem 
einfachen Spannungsteiler (2x 10k) zu betreiben? Oder fließt der Strom 
in kurzen Peaks und ergibt nur DC-äquivalente 23 uA? Was, wenn ich über 
einen Spannungsteiler einen Kondensator lade und daran den Sensor 
betreibe?
Oder ist das alles Quatsch und ich messe dann nur noch Grütze?

: Bearbeitet durch User
Autor: soul eye (souleye)
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Thomas S. schrieb:

> Mit welchem minimalen Leerlaufstrom muss ich denn bei dem 4 V, 2 A
> Schaltregler für das Funkmodul rechnen?

Ich habe gerade einen TI LM43602-Q1 eingesetzt. Ausgeschaltet braucht 
der max 10 µA, und schaltend ohne Last typisch 27 µA. Das sind Werte aus 
dem Datenblatt und die 27 µA sind mit einem Feedback-Spannungsteiler von 
1 MOhm gemessen. In der Praxis wirst Du wohl eher mit 100 µA Ruhestrom 
rechnen müssen.


> Letzte Frage:
> Für die 2,5 V, 23 uA für den ADXL345 habe ich das Gefühl, dass ein
> Spannungsregler Verschwendung ist.

Da nimmst Du einen point of load-LDO und hängst den an einen Portpin des 
Controllers. Z.B. einen TPS70925QDBVRQ1.

Vorwiderstand und Zenerdiode dürften es für ein Einzelstück auch tun. 
Vorwiderstand alleine nur mit schlechtem Gewissen und dickem 
Abblockkondensator.

Autor: Thomas S. (schlot)
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soul e. schrieb:
> Ich habe gerade einen TI LM43602-Q1 eingesetzt.

> In der Praxis wirst Du wohl eher mit 100 µA Ruhestrom rechnen müssen.

Perfekt, den könnte ich nehmen.

> Da nimmst Du einen point of load-LDO und hängst den an einen Portpin des
> Controllers. Z.B. einen TPS70925QDBVRQ1.

Wo kann ich denn ICs von TI als Privatperson sinnvoll kaufen? TI hat 
Wahnsinns Schaltregler, aber bei meinen üblichen Quellen (C, rei, ebay, 
Ali) finde ich keine davon.

> Vorwiderstand und Zenerdiode dürften es für ein Einzelstück auch tun.
> Vorwiderstand alleine nur mit schlechtem Gewissen und dickem
> Abblockkondensator.

Na gut, lassen wir das sein. Soll ja nix kaputt gehen -.-

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