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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung des µC bei mobilen Anwendungen.


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von Godi S. (godi22)


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Hallo,

ich habe eine mobile Anwendung die über einen LiFePo4 2S versorgt wird.
Als µC wird ein SAM4E verwendet. Über einen Taster wird dieser in den 
Backupmodus versetzt (ausschalten des Gerätes) und mit einem Interrupt 
wieder aufgeweckt.

Nun ist aber die permanente Spannungsversorgung des µC ein/mein Problem.
Wie komme ich von den 6,6V des Akkus auf 3,3V ohne dass ein Ruhestrom 
von >1mA fließt?

Momentan habe ich den Baustein LM2937 vorgesehen für die allgemeine 
Spannungsversorgung und für eine genaue 3,3V Spannungsreferenz eventuell 
den ADR4533 oder den LM4120AIM5-3.3.
Jedoch würde mir der LM2937 mit der Zeit (schneller als mir lieb ist) 
den Akku leersaugen, obwohl der µC nur eine Stromaufnahme im unteren µA 
Bereich hat.

Im ausgeschaltenem Zustand sollen/werden alle Komponenten (ausgenommen 
µC) mittels eines Relais abgeschaltet.
Deshalb ist eine Überlegung ob eine Umschaltelektronik die 
Spannungsversorgung für den µC dann so umschaltet das die mitte des 2S 
Akkus abgegriffen wird. Da hätte ich dann die 3,3V und würde keinen 
Spannungswandler mehr benötigen.
Jedoch ist hier meine Sorge, dass ich dadurch die Zellen des LiFePo2 
zerstöre, da dieser ohne Balancer aufgeladen wird.

Wie würdet ihr dies lösen?

Godi

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Godi S. schrieb:
Versorge den µC mit einem entsprechenden Low-Power-Regler.
Mit https://www.google.de/?#q=low+drop+low+power findest du z.B. den 
TPS783 und den NCP4682 und andere, die für sich selbst deutlich weniger 
als 1µA brauchen...

> Im ausgeschaltenem Zustand sollen/werden alle Komponenten (ausgenommen
> µC) mittels eines Relais abgeschaltet.
Du solltest dann aber aufpassen, dass bei abgeschalteten, 
spannungsfreien Komponenten der µC an keinem Pin ein High ausgibt. Denn 
sonst kann es sein, dass du über die ESD-Schutzdioden ein paar 
Peripheriebausteine versorgst...

von Rolf M. (rmagnus)


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Godi S. schrieb:
> Im ausgeschaltenem Zustand sollen/werden alle Komponenten (ausgenommen
> µC) mittels eines Relais abgeschaltet.

Muss der µC denn weiter laufen? Und statt eines Relais würde ich einen 
FET nehmen, wenn's auf den Stromverbrauch ankommt.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Lothar M. schrieb:
> Godi S. schrieb:
> Versorge den µC mit einem entsprechenden Low-Power-Regler.
> Mit https://www.google.de/?#q=low+drop+low+power findest du z.B. den
> TPS783 und den NCP4682 und andere, die für sich selbst deutlich weniger
> als 1µA brauchen...
>
>> Im ausgeschaltenem Zustand sollen/werden alle Komponenten (ausgenommen
>> µC) mittels eines Relais abgeschaltet.
> Du solltest dann aber aufpassen, dass bei abgeschalteten,
> spannungsfreien Komponenten der µC an keinem Pin ein High ausgibt. Denn
> sonst kann es sein, dass du über die ESD-Schutzdioden ein paar
> Peripheriebausteine versorgst...

Die og. Reglertypen vertragen nur 5,5V am Eingang...
Ob bei dem geringen Eigenverbrauch eine Reihen-Z-Diode (2V) 
funktioniert? Keine Ahnung, wahrscheinlich nicht.
Der TPS709 verträgt 30V am Eingang, braucht aber 1µA Ruhestrom.
Ansonsten ist der Betrieb des MC an nur einer Zelle optimal, und es 
ergeben sich einige Optionen daraus:
-je nach Verhältnis Energieverbrauch sleep/active kann das durchaus 
direkt funktionieren
-du könntest auch den "oberen" Akku mit einem passenden Widerstand 
belasten für einen in etwa gleich grossen Verbrauch
-evtl. statt 2S 2P wählen und die externen Komponenten mit einem stepup 
versorgen

von Godi S. (godi22)


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Lothar M. schrieb:
> Versorge den µC mit einem entsprechenden Low-Power-Regler.

Danke! Wusste nicht dass es so etwas gibt, bzw ist es mir noch nicht 
untergekommen.

Lothar M. schrieb:
> Du solltest dann aber aufpassen, dass bei abgeschalteten,
> spannungsfreien Komponenten der µC an keinem Pin ein High ausgibt. Denn
> sonst kann es sein, dass du über die ESD-Schutzdioden ein paar
> Peripheriebausteine versorgst...

Darauf passe ich auf. Es wird beim drücken des Austasters eine 
Abschaltroutine durchgeführt.

Rolf M. schrieb:
> Muss der µC denn weiter laufen?

Ja, da ich den integrierten RTC benötige. Ausserdem sollte das Gerät 
beim Abschalten in einen "spezifischen" Zustand verfahren. Also einfach 
das Gerät mit einem Schalter abschalten ist auch nicht drinn. 
Desweiteren soll/muss es auch möglich sein das Gerät automatisch (also 
vom Programm aus) bei bestimmten Betriebszuständen abschalten zu können.

Rolf M. schrieb:
> Und statt eines Relais würde ich einen
> FET nehmen, wenn's auf den Stromverbrauch ankommt.

Darüber habe ich auch schon nachgedacht und für mich die Vor und 
Nachteile aufgelistet.
Im eingeschalteten Zustand kommt es nicht vollkommen auf den 
Stromverbrauch an, da es nach jeder Benützung aufgeladen werden sollte. 
Im ausgeschalteten Zustand schon, da ich nicht weiß wie lange das Gerät 
ungeladen herumliegt und somit der Akku zu weit entladen werden könnte.

Der große Nachteil des FET ist, dass er auch im geschaltenen Zustand 
einen Widerstand von >0,1Ohm hat (zumindest habe ich keine anderen 
gesehen). Bei meiner Anwendung können Ströme von über 2A auftreten. Was 
eine Verlustleistung von ~0,5W zur Folge hat.

Noch ein Vorteil des Relais ist, dass er zwei Kontakte hat. Also ich 
kann die 6,6V und 3,3V schalten.

H.Joachim S. schrieb:
> Der TPS709 verträgt 30V am Eingang, braucht aber 1µA Ruhestrom.

Der Baustein genügt mir schon vollkommen. Danke!

H.Joachim S. schrieb:
> Ansonsten ist der Betrieb des MC an nur einer Zelle optimal, und es
> ergeben sich einige Optionen daraus:
> -je nach Verhältnis Energieverbrauch sleep/active kann das durchaus
> direkt funktionieren

Ja das ist der große Vorteil.

H.Joachim S. schrieb:
> -du könntest auch den "oberen" Akku mit einem passenden Widerstand
> belasten für einen in etwa gleich grossen Verbrauch

Gute Idee.

H.Joachim S. schrieb:
> -evtl. statt 2S 2P wählen und die externen Komponenten mit einem stepup
> versorgen

Ist nicht so günstig da ich einen 6V Motor damit betreiben muss.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Godi S. schrieb:
> Der große Nachteil des FET ist, dass er auch im geschaltenen Zustand
> einen Widerstand von >0,1Ohm hat (zumindest habe ich keine anderen
> gesehen)

Da musste noch mal genauer suchen, da haste dich um den Faktor 100 
vertan :-)

von Der Andere (Gast)


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Godi S. schrieb:
> LiFePo4

<Klugscheißermodus>
korrekt: LiFePO4
das P steht für Phosphor, das O4 für 4 Sauerstoffatome.
</Klugscheißermodus>

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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http://www.vishay.com/docs/63302/si2342ds.pdf
Selbst im läppischen SOT23-Gehäuse: 17mR, 6A.

von Godi S. (godi22)


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Der Andere schrieb:
> korrekt: LiFePO4
> das P steht für Phosphor, das O4 für 4 Sauerstoffatome.

Danke, damit hast du natürlich recht.

H.Joachim S. schrieb:
> Da musste noch mal genauer suchen, da haste dich um den Faktor 100
> vertan :-)

H.Joachim S. schrieb:
> http://www.vishay.com/docs/63302/si2342ds.pdf
> Selbst im läppischen SOT23-Gehäuse: 17mR, 6A.

Ist zwar nicht Faktor 100 aber wesentlich besser als ich mir vorgestellt 
habe. :-)

Ich habe noch den folgenden gefunden: STR2N2VH5
Der hat einen größeren Spannungsbereich (bis 20V), was mir auch lieber 
ist, da es eventuell noch sein kann dass irgendwann mal ein 3S (9,9V) 
Akku eingesetzt wird.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Godi S. schrieb:
> Ist zwar nicht Faktor 100

Es gibt gnügend Typen <1mR, aber nicht im SOT23.

von Manfred (Gast)


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Godi S. schrieb:
> Wie komme ich von den 6,6V des Akkus auf 3,3V ohne dass ein Ruhestrom
> von >1mA fließt?

Längsregler MCP1702 / MCP1703 - ersterer ist sogar bei Reichelt 
bezahlbar zu haben. Ruhestrom unter 10 µA.

von Rolf M. (rmagnus)


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Der Andere schrieb:
> Godi S. schrieb:
>> LiFePo4
>
> <Klugscheißermodus>
> korrekt: LiFePO4
> das P steht für Phosphor, das O4 für 4 Sauerstoffatome.
> </Klugscheißermodus>

Genau genommen eigentlich LiFePO₄.

Godi S. schrieb:
> H.Joachim S. schrieb:
>> http://www.vishay.com/docs/63302/si2342ds.pdf
>> Selbst im läppischen SOT23-Gehäuse: 17mR, 6A.
>
> Ist zwar nicht Faktor 100 aber wesentlich besser als ich mir vorgestellt
> habe. :-)

Und man bedenke, dass auch der Kontakt eines Relais nicht ohne 
Innenwiderstand ist und hier eben noch zusätzlich die Spule bestromt 
werden muss.

von Godi S. (godi22)


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H.Joachim S. schrieb:
> Es gibt gnügend Typen <1mR, aber nicht im SOT23.

Kannst du mir einen Tipp geben?

Manfred schrieb:
> Längsregler MCP1702 / MCP1703 - ersterer ist sogar bei Reichelt
> bezahlbar zu haben. Ruhestrom unter 10 µA.

Diese Bauteile sehen auch sehr vielversprechend aus. Vielen Dank!

Rolf M. schrieb:
> Und man bedenke, dass auch der Kontakt eines Relais nicht ohne
> Innenwiderstand ist und hier eben noch zusätzlich die Spule bestromt
> werden muss.

Habe ich auch schon bedacht, deshalb muss ich da nochmal meine Liste mit 
den Vor und Nachteilen erweitern. Aber momentan spricht wieder mehr für 
einen MOSFET, da mir hier doch ein paar gute Bausteine vorgeschlagen 
wurden.

von Manfred (Gast)


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Godi S. schrieb:
> Im ausgeschaltenem Zustand sollen/werden alle Komponenten (ausgenommen
> µC) mittels eines Relais abgeschaltet.

Dazu fällt mir noch der AVR-Transistortester ein: Einschalten mit 
mechanischer Taste, ab da hält der µC den Transistor in der Plus-Leitung 
offen und klemmt sich dann selbst wieder ab, wenn er fertig ist. Sollte 
auf jeden Fall weniger Strom als ein Relais brauchen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Godi S. schrieb:
> H.Joachim S. schrieb:
>> Es gibt gnügend Typen <1mR, aber nicht im SOT23.
>
> Kannst du mir einen Tipp geben?

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN1R0-25YLD.pdf
Für deine läppischen 2A brauchst du aber nichts anderes.

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