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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dropout Voltage minimieren?


Autor: Günter N. (turtle64)
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Hallo,
ich muss eine Baugruppe mit 2 Mikrocontrollern und diversen Sensoren für 
60 Minuten mit 5V 300mA versorgen. Minimum ist 4.75V. Das Ganze findet 
draußen statt, muss klein und leicht sein.

Gestern habe ich frische 4 AA-Batterien und 1 TS2940 mit 5V 
Ausgangsspannung genommen. Die Schaltung lieferte 55 Minuten lang 
4.990V, dann war die Batteriespannung so weit abgesunken, dass durch die 
Dropout Voltage die Ausgangsspannung zu sinken begann. Nach 95 Minuten 
wurden 4.75V unterschritten.

Damit werden die Anforderungen zwar erfüllt, ich möchte aber noch mehr 
Sicherheit haben.

Ich habe schon einige Optimiermöglichkeiten gefunden:
- Die Zuleitungen vom Batteriehalter zum Regler sind zu dünn, da fallen 
schon 10mV pro Ader ab.
- die Federn im Batteriehalter haben auch je 10mV Spannungsabfall
Wenn ich das verbessere, dauert es länger, bis die Dropout Voltage die 
Ausgangsspannung beeinflusst.

Laut Datenblatt des TS2940 ist die Dropout Voltage bei 100mA ca. 200mV, 
bei 500mA ca. 500mV. Ich habe bei 300mA 260mV gemessen. Die 
Dropout-Voltage steigt also mit dem Strom an.

Funktioniert es, durch Parallelschalten von 2 Reglern die Dropout 
Voltage zu minimieren? Wenn jeder Regler nur 150mA liefert, hat er auch 
einen niedrigeren Dropout.

Ja, ich habe die Threads zum Parallelschalten von Reglern gelesen. Bei 
dieser Anwendung wäre es möglich, Regler mit möglichst gleicher 
Ausgangsspannung zu selektieren. Kann man es so schaffen, dass beide 
Regler gleich belastet werden?

Autor: hm (Gast)
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The output structure of these
regulators allows voltages in excess of the desired output
voltage to be applied without reverse current flow.

Du könntest den Regler einfach mit einem kleinen PMOS überbrücken sobald 
da nur noch ~5V anliegen.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Günter N. schrieb:

> ich muss eine Baugruppe mit 2 Mikrocontrollern und diversen Sensoren für
> 60 Minuten mit 5V 300mA versorgen. Minimum ist 4.75V. Das Ganze findet
> draußen statt, muss klein und leicht sein.

Kannst Du dein Gerät nicht einfach direkt aus der Batterie  speisen?

> - Die Zuleitungen vom Batteriehalter zum Regler sind zu dünn, da fallen
> schon 10mV pro Ader ab.
> - die Federn im Batteriehalter haben auch je 10mV Spannungsabfall

Ich nehme einfach ein Stück Litze und klemme dieses zwischen elle
und Feder des Batteriehalters ohne die Lötösen zu  benutzen.

Autor: Günter N. (turtle64)
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> Kannst Du dein Gerät nicht einfach direkt aus der Batterie  speisen?

Geht leider nicht, 5.25V ist Obergrenze.

> Ich nehme einfach ein Stück Litze und klemme dieses zwischen elle
> und Feder des Batteriehalters ohne die Lötösen zu  benutzen.

Gute Idee!

Autor: Georg (Gast)
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Günter N. schrieb:
> Ich habe schon einige Optimiermöglichkeiten gefunden:

Du wirst vom Ergebnis enttäuscht sein. Batterien liefern eine nahezu 
konstante Spannung, erst am Ende der Kapazität fällt die Spannung 
schnell ab. M.a.W. deine Batterien sind so gut wie leer und eine 
geringere Dropoutspannung bringt höchstens ein paar Minuten zusätzlich.

Georg

Autor: S. Landolt (Gast)
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Das erstaunt mich, gute AA-Batterien (Mignon) sollten doch so 2 bis 3 Ah 
haben, und ich hätte gedacht, dass die 300 mA kein Problem darstellen.

Autor: Günter N. (turtle64)
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Zugegeben, ich bin nicht sicher, wie alt die Batterien waren, sie waren 
aber unbenutzt.
Hier unter 
http://www.ndr.de/ratgeber/verbraucher/Batterien-i... 
gibt es einen Vergleichstest von Aldi-, DM- und Varta-Batterien, bei dem 
die DM-Batterien ca. 50% länger halten als die Aldi-Batterien. Ich werde 
meine Messung mit DM-Batterien wiederholen.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Und wie wäre es 5 Zellen zu nehmen? Dann kannst Du sie bis auf 1V und 
damit vollständig entladen.
Schade ist nur
- dass mehr Energie verheizt wird
- es keine (?) Batteriehalter für 5 Zellen gibt.

Autor: MaWin (Gast)
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Günter N. schrieb:
> Laut Datenblatt des TS2940 ist die Dropout Voltage bei 100mA ca. 200mV,
> bei 500mA ca. 500mV. Ich habe bei 300mA 260mV gemessen. Die
> Dropout-Voltage steigt also mit dem Strom an.
>
> Funktioniert es, durch Parallelschalten von 2 Reglern die Dropout
> Voltage zu minimieren? Wenn jeder Regler nur 150mA liefert, hat er auch
> einen niedrigeren Dropout.

Nimm einfach einen besseren Regler, ADP3338 oder so.
Beachte, dass manche low drop bei Erreichen des drop out massiv Strom 
ziehen.
2 parallel macht das nicht besser.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Dietrich L. schrieb:
> - es keine (?) Batteriehalter für 5 Zellen gibt.

Gibt es doch: Ebay-Artikel Nr. 262319061991

Autor: Klaus (Gast)
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Günter N. schrieb:
> ich muss eine Baugruppe mit 2 Mikrocontrollern und diversen Sensoren für
> 60 Minuten mit 5V 300mA versorgen. Minimum ist 4.75V. Das Ganze findet
> draußen statt, muss klein und leicht sein.

USB Power Bank? Bekommt man im Moment als Werbegeschenk 
hinterhergeschmissen.

Ebay-Artikel Nr. 252531382323

MfG Klaus

Autor: Falk B. (falk)
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@Günter Nowinski (turtle64)

>ich muss eine Baugruppe mit 2 Mikrocontrollern und diversen Sensoren für
>60 Minuten mit 5V 300mA versorgen. Minimum ist 4.75V. Das Ganze findet
>draußen statt, muss klein und leicht sein.

Wer braucht dort DAUERHAFT 300mA? Da kann man wahrscheinlich mit [[Sleep 
Mode]] noch viel Strom sparen.

>- Die Zuleitungen vom Batteriehalter zum Regler sind zu dünn, da fallen
>schon 10mV pro Ader ab.
>- die Federn im Batteriehalter haben auch je 10mV Spannungsabfall

Lohnt sich alles kaum. Das ist fast so, wie damals beim Silberpfeil die 
Farbe abschleifen (jaja, so enstehen Legenden!) ;-)

>Laut Datenblatt des TS2940 ist die Dropout Voltage bei 100mA ca. 200mV,
>bei 500mA ca. 500mV. Ich habe bei 300mA 260mV gemessen. Die
>Dropout-Voltage steigt also mit dem Strom an.

Das ist schon recht wenig, wenn gleich es andere Regler gibt, die mit 
weniger auskommen.

>Funktioniert es, durch Parallelschalten von 2 Reglern die Dropout
>Voltage zu minimieren? Wenn jeder Regler nur 150mA liefert, hat er auch
>einen niedrigeren Dropout.

Das ist keine gute Idee, da könnte sich die Regler gegenseitig 
destabilisieren!

>Ausgangsspannung zu selektieren. Kann man es so schaffen, dass beide
>Regler gleich belastet werden?

Lohnt sich nicht, es gibt bessere Regler fertig zu kaufen.

Alternativ nimmt man halt dickere Batterien, C-Zellen statt AA etc.

Autor: Dirk K. (dekoepi)
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Für solche Dauerlasten ist LDO doch grenzwertig, da die Energie einfach 
verbrannt wird.

Ein Schaltregler könnte helfen, da gibt es recht effiziente Buck-ICs.

Zum Beispiel
MP2105
http://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-10pcs...
http://www.mantech.co.za/Datasheets/Products/MP210... - max. 
6Vin, 600µA Quiescient.

TD6810
http://www.aliexpress.com/item/10PCS-TD6810-SOT23-...
http://www.techcodesemi.com/datasheet/TD6810.pdf Vin bis 5,5V (absolute 
max. 6V), 400µA Quiescient

usw usf.

Oder man nimmt Boost-Bausteine und regelt von LiIon oder 3 NiMH-Zellen 
hoch (da gerne die C-Klopper, die Falk vorschlägt).
TD8208, SX1308, SDB628, MCP1640, ... usw.

: Bearbeitet durch User
Autor: Ralf (Gast)
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Autor: Günter N. (turtle64)
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Danke für die vielen Anregungen!

@Klaus: Powerbanks sind meistens recht schwer, allein eine normale 
Powerbank wiegt mit 400g mehr als das ganze Gerät wiegen darf. Aber der 
von Dir verlinkte Ebay-Artikel ist ja relativ leicht.

@Falk: Sleep Mode: Kann man sicher machen.
Dickere Batterien: schwer zu machen, es gibt ja Gewichtsbeschränkungen.

@Dirk K.: LDO hatte ich im Visier, weil die Schaltung damit
ganz klein ist. Buck/Boost hat den Vorteil, dass man die Batterie
quasi leerlutschen kann, aber den Nachteil, dass die Schaltung mehr 
Platz braucht.

Ralf schrieb:
> http://www.ti.com/product/tps63070

Der klingt gut. Werde ich mir mal ansehen.

Der Einfachheit halber werde ich jetzt mal ganz frische DM-Batterien 
testen und berichten, wie die sich so schlagen.

Autor: Manfred (Gast)
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Harald W. schrieb:
> Kannst Du dein Gerät nicht einfach direkt aus der Batterie  speisen?

Mit diesem Vorschlag enttäuscht Du aber: Frische Alkalis haben bis 1,65 
V im Leerlauf ... mal vier wird zuviel.

Aber dennoch bringt das einen guten Ansatz: 4 NiMH in der Bauart 
eneloop, damit sollte das Ding ohne Regler lange genug im Arbeitsbereich 
5V 5% bleiben. Kann man zwar nur geschätzte 50% der Kapazität nutzen, 
aber das wäre vermutlich egal.

Georg schrieb:
> Du wirst vom Ergebnis enttäuscht sein. Batterien liefern eine nahezu
> konstante Spannung, erst am Ende der Kapazität fällt die Spannung
> schnell ab.

Was erstmal mittelschwerer Unfug ist - siehe Anhang! Deine Annahme passt 
für LiIon-Akkus, die liegen relativ lange um 3,6V.

S. Landolt schrieb:
> Das erstaunt mich, gute AA-Batterien (Mignon) sollten doch so 2 bis 3 Ah
> haben

Ja, bis zu einer Endspannung von 0,8 oder 0,85 Volt - das ignorieren 
fast alle Pfuschentwickler.

> und ich hätte gedacht, dass die 300 mA kein Problem darstellen.

Denke ich auch, wenn denn die Spannungslage passen würde.

Autor: Manfred (Gast)
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Klaus schrieb:
> USB Power Bank? Bekommt man im Moment als Werbegeschenk
> hinterhergeschmissen.

Genau, mit Angabe "true und really 2600 mAh" und in der Realität 
Chinamüllakkus mit 1000 - 1400 mAh drin, habe selbst einige davon 
gemessen.

Da kauft man besser vom Chinesen nur ein Wandlerplatinchen und holt sich 
die 18650 von einem ehrlichen deutschen Anbieter.

Autor: S. Landolt (Gast)
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Manfred schrieb:
> S. Landolt schrieb:
>> Das erstaunt mich, gute AA-Batterien (Mignon) sollten doch so 2 bis 3 Ah
>> haben
>
> Ja, bis zu einer Endspannung von 0,8 oder 0,85 Volt

Mag sein, aber verlangt wurde

> 60 Minuten mit 5V 300mA

Also gerade mal 0.3 Ah. Also ich kann mir keinen Reim darauf machen.

Autor: Günter N. (turtle64)
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Ja, ich brauche 60 Minuten 5.0V 300mA. Schluss ist bei 4.75V 
Ausgangsspannung.
Die Dropdown Voltage des verwendeten TS2940 beträgt bei 300mA gemessene 
260mV. Also muss die Batteriespannung der 4 Batterien mindestens noch 
4.75V + 0.260V = 5,010V betragen, bevor die Ausgangsspannung unter 4.75V 
abfällt, macht pro Batterie immerhin noch 1.25V.
Die Batterie ist also noch längst nicht entladen, wenn meine Versorgung 
zusammenbricht. Daher die scheinbar geringe Kapazität.

Da ich mit dem anfänglichen Aufbau die geforderten 60 Minuten schon 
geschafft habe, werde ich - wie gesagt - jetzt einmal mit Batterien, die 
in einem Test eine höhere Kapazität hatten, testen. Wenn das nicht 
signifikant besser wird, werde ich auf einen Buck-Boost-Konverter 
umsteigen.

Auf jeden Fall berichte ich!

Autor: Minimalist (Gast)
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Du brauchst 1.5 Wh. Ein Handyakku eines normalen Smartphone hat so 5-7 
Wh. Mehr als genug Power. Nimm die Platine aus ner Ramsch PowerBank und 
häng die an einen Leistungsstarken Handyakku. Dank zerbrechlicher 
Displays überlegen heutzutage die Handys ihre Akkus. Sind also 
billig/für lau zu haben, wenn man nur dreist fragt.
Damit hättest du mindestens 3-Fache Sicherheit. Mein Handyakku wiegt 
z.B. 38.5 g. Durch die flache Bauweise sind die auch meist gut unter der 
Platine zu Verstauen.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Such dir auf jeden Fall einen besseren Regler, der TS2940 hat je nach DB 
10mA und mehr Eigenverbrauch bei 300mA OUT.

Arno

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Ich wuerd auch erst mal die 300mA hinterfragen. Und dann wuerde ich die 
5.25-4.75V hinterfragen. Scheint recht veraltete Technologie zu sein.
Mit einem ATMega eine Powerled antreiben ?

: Bearbeitet durch User
Autor: S. Landolt (Gast)
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Da mich das von Manfred bereitgestellte Duracell-Datenblatt (danke 
dafür) doch stutzig machte, habe ich mal eine eigene Messung an einer 
gerade vorhandenen AA-Zelle Varta 'high energy' (Reichelt 4 Stück 1.90 
EUR) durchgeführt, und mit diesem Typ ist es doch leicht grenzwertig:
bei 21 °C, mit einer Last von 4.7 Ohm waren
1.32 V nach 50'
1.30 V nach 64'
1.28 V nach 83'
erreicht. Leerlaufspannung frisch war 1.62 V.

Nur am Rande: wie schon von anderen angemerkt, ist der Batteriehalter 
mit Bedacht zu wählen, meinen ersten konnte ich gleich entsorgen, da die 
eingepressten Federkontakte ihre Aufgabe, eben guten Kontakt zu geben, 
nicht erfüllten.

Autor: Manfred (Gast)
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S. Landolt schrieb:
> Da mich das von Manfred bereitgestellte Duracell-Datenblatt (danke
> dafür) doch stutzig machte, habe ich mal eine eigene Messung an einer
> gerade vorhandenen AA-Zelle Varta 'high energy' (Reichelt 4 Stück 1.90
> EUR) durchgeführt

Damit liegt Deine Spannung doch recht ähnlich dem Diagramm der Duracell 
(Seite 2 / 0,25 Amp.) und Deine Spannung genügt nicht mehr für den 
sicheren Betrieb des Längsreglers. Es ist schwierig, Datenblätter zu 
finden, eines von Energizer aus 2011 sieht sehr ähnlich aus. Zu den 
Vartas finde ich nur bunte Werbebilder.

Kannst Du es Dir im Wirkbetrieb leisten, den Spannungsbereich 4,75 bis 
5,25 voll auszunutzen? Ich würde wirklich mal gucken, wie weit Du mit 4 
MiMH-Akkus ohne Regler kommst - wobei ich hoffe, dass die frisch geladen 
unter 1,3V bleiben.

Autor: Manfred (Gast)
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Manfred schrieb:
> wie weit Du mit 4 MiMH-Akkus ohne Regler kommst - wobei ich
> hoffe, dass die frisch geladen unter 1,3V bleiben.

Mist, liegen in der Anfangsspannung zu hoch :-(

Autor: Klaus (Gast)
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Manfred schrieb:
> Klaus schrieb:
>> USB Power Bank? Bekommt man im Moment als Werbegeschenk
>> hinterhergeschmissen.
>
> Genau, mit Angabe "true und really 2600 mAh" und in der Realität
> Chinamüllakkus mit 1000 - 1400 mAh drin, habe selbst einige davon
> gemessen.
>
> Da kauft ..

Mit Geschenk meinte ich Geschenk, sehen ähnlich aus, wie auf dem Link, 
halt nur igendein Logo drauf.

Aber selbst wenn man soetwas kauft, ist man schon viel weiter als der 
Thread hier und könnte schon mal mit dem Messen anfangen.

MfG Klaus

Autor: Schlumpf (Gast)
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Also die Powerbank, die mir neulich der freundliche FAE von 
(sagichnicht) auf den Tisch gelegt hat, wiegt 69g und hat laut Angabe 
2600mAh.
Selbst wenn das dann real an den 5V nur noch 1000mAh sind, dann reicht 
das für die Anforderungen doch dicke.

Versteh gar nicht, was es hier noch zu basteln gibt.
Da ist alles fix-fertig, klein, leicht, kompakt und am Stecker purzeln 
5V raus.

Autor: Schlumpf (Gast)
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Muhaaaahaaa..
Wo wir grad bei den USB-Bänken sind:
Bissle auf ebay gekramt und folgendes Teil gefunden:
Ebay-Artikel Nr. 272331075823

Respekt: 100.000 mAh .. Die Chinesen wissen halt, wie´s geht :-)

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