Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Leistung von 3,3V und 5V beim µC


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von DerPaul (Gast)


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Hallo,

irgendwie verstehe ich da grad was nicht... Als Beispiel: Den Arduino 
pro mini (den habe ich grade zu Hause liegen) gibt es als 3,3V und als 
5V Version. Wenn ich jetzt eine Anwendung habe, in der ich möglichst 
wenig Energie aufwenden möchte (Versorgungsspannung ist 12V)... Welcher 
ist das besser geeignet? Im Prinzip ja der 3,3V, aber gleichzeitig 
"verbrät" da ja aber der Spannungsregler mehr Energie... Lohnt es sich 
da trotzdem den 3,3V einzusetzen? (Mal ganz abgesehen von der Taktrate 
usw. also rein Energietechnisch)...

Könnt ihr mich da mal etwas erleuchten?

von Peter II (Gast)


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DerPaul schrieb:
> Lohnt es sich
> da trotzdem den 3,3V einzusetzen?

kommt auf den Spannungsregler an. Meist aber ja, denn die 
Leistungsaufnahme steigt mehr als Linear zu Spannung.

du hast doch die Datenblätter da, rechne doch einfach mal.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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DerPaul schrieb:
> Könnt ihr mich da mal etwas erleuchten?
Wenn man es schlau macht, dann legt man die Versorgung so aus, dass sie 
die übrige Spannung nicht verbrät, sondern mit einem Schaltregler mit 
wenig Verlusten wandelt.

> in der ich möglichst wenig Energie aufwenden möchte
Kannst du da auch mal Zahlen nennen? Was willst du versorgen? Und wie 
lange muss dann welcher Strom fließen? Willst/kannst du Powerdown- oder 
Standby-Modi des uC verwenden?

von DerPaul (Gast)


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Der µC soll 24h das Jahr durch laufen im optimalen Fall.
Mir geht es um den direkten Vergleich, da beide Varianten über diverse 
Modi verfügen - ich also beide gleich konfigurieren kann.

Also hier etwas genauer... Der µC schaltet MOSFETs, diese Wiederrum 
schalten LEDs mit 12V und da ich nicht ein extra Netzteil zusätzlich für 
die Arduinos verwenden möchte, will ich die 12V auch verwenden (Sind ja 
eh schon da). Deswegen die Frage, ob dann 3,3V noch weniger Energie 
aufnimmt...

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


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DerPaul schrieb:
> Welcher ist das besser geeignet?

Ich schätze mal folgende Leistungsaufnahme bei 12V Input und 12 MHz 
Taktfrequenz (höher sollte es laut Datenblatt bei 3.3V nicht sein) ab:

5.0V VCC
Leistungsaufnahme: 12V x 7.5mA = 90mW
Jahresverbrauch: 365 x 24 x 90mW = 788.4W

3.3V VCC
Leistungsaufnahme: 12V x 4.0mA = 48mW
Jahresverbrauch: 365 x 24 x 48mW = 420.48W

Das sind Energiekosten von unter 30 Cent. In deinem Anwendungsfall wird 
der Verbrauch allein durch Netzteil und LEDs um ein Vielfaches darüber 
liegen. Also ist es in der Hinsicht egal ob der Arduino nun mit 5V oder 
mit 3.3V läuft.

: Bearbeitet durch User
von THOR (Gast)


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Wattstunden, nicht Watt.

Bei Versorgung aus 12V wird man StepDown-Wandler einsetzen und ob die 
auf 5 oder auf 3,3V wandeln macht im Wirkungsgrad kaum nen Unterschied.

Bei der Versorgung aus LI-Ion Akkus wäre das jetzt was anderes, die 5V 
Version mit Step-Up würde die komplett entladen können, während die 3,3V 
Version mit StepDown oder LDO das nicht schafft.

@PeterII: Leistungsaufnahme bei CMOS steigt quadratisch mit der Spannung 
und linear mit der Taktfrequenz.

Allerdings ist bei nem µC ja eher von Belang welche Ströme an den Pins 
fließen, die CPU selbst ist meistens vernachlässigbar.

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


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THOR schrieb:
> Wattstunden, nicht Watt.

Ja, tut mir leid, war mir gerade auch aufgefallen, aber da hattest du 
schon geantwortet.

von Peter II (Gast)


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THOR schrieb:
> @PeterII: Leistungsaufnahme bei CMOS steigt quadratisch mit der Spannung
> und linear mit der Taktfrequenz.

immer? Im Idle ist doch die Leistungsaufnahme abhängig von den nicht 
perfekten Isolierungen im CMOS. Diese sind aber nur Linear zu Spannung.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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THOR schrieb:
> Bei Versorgung aus 12V wird man StepDown-Wandler einsetzen und ob die
> auf 5 oder auf 3,3V wandeln macht im Wirkungsgrad kaum nen Unterschied.
Es kommt darauf an, welchen Laststromverlauf man hat. Wenn der 
Schaltregler im Leerlauf mehr Strom braucht als der uC, dann kann man 
evtl. auch gleich linear regeln.

Peter II schrieb:
> Im Idle ist doch die Leistungsaufnahme abhängig von den nicht
> perfekten Isolierungen im CMOS. Diese sind aber nur Linear zu Spannung.
Richtig, der Leckstrom steigt linear mit der Spannung.
Aber weil die Spannung steigt und der Strom steigt, steigt die 
Leistung im Quadrat...

: Bearbeitet durch Moderator
von THOR (Gast)


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Der quadratische Verlauf im Betrieb ergibt sich einfach aus dem Umladen 
der Gates, siehe Formel für Ansteuerleistung von Leistungs-MOSFETs.

An die Leckströme hatte ich gar nicht gedacht. Aber ja, die sind bei 
extrem fein integrierten FETs wie in Computern grob ohmsch und daher 
auch quadratisch mit der Spannung.

Bei nem µC würde ich jetzt die Leckströme mal vernachlässigen. Wie weit 
runter kommt man bei nem AVR im Sleep, 1µA? Das ist ein hauchfeiner 
Bruchteil von den diversen Hundert µA die er im Betrieb braucht.

Zum Vergleich: Bei ner 45µm CPU geht man von grob 50% 
Gesamtstromverbrauch durch Leckströme aus.

Und das mit dem Standbystromverbrauch des Schaltwandlers stimmt 
natürlich auch, aber hier war ja 12V angegeben.

von Peter II (Gast)


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THOR schrieb:
> Zum Vergleich: Bei ner 45µm CPU geht man von grob 50%
> Gesamtstromverbrauch durch Leckströme aus.

das kann kaum sein, aktuelle Intel CPUs brauchen im Sleep weniger als 
1Watt - bei Last aber über 30Watt.

Da können die Leckströme doch gar nicht so hoch sein.

von Jim M. (turboj)


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Peter II schrieb:
> THOR schrieb:
>> Zum Vergleich: Bei ner 45µm CPU geht man von grob 50%
>> Gesamtstromverbrauch durch Leckströme aus.
>
> das kann kaum sein, aktuelle Intel CPUs brauchen im Sleep weniger als
> 1Watt - bei Last aber über 30Watt.
>
> Da können die Leckströme doch gar nicht so hoch sein.

Schlechtes Beispiel, bei Intel CPUs sind reichlich Power-Gates drin. 
Da wird im Sleep also an allen möglichen Stellen der Strom ganz 
abgestellt, um eben genau die Leckströme zu reduzieren.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Peter II schrieb:
> aktuelle Intel CPUs brauchen im Sleep weniger als 1Watt
> Da können die Leckströme doch gar nicht so hoch sein.
Bei 0,8V Corespannung sind das noch gut 1,2A ...

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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"In deinem Anwendungsfall wird der Verbrauch allein durch Netzteil 
undLEDs um ein Vielfaches darüber liegen."

Hallo

Bleibt das Netzteil für die Lampen dauerhaft eingeschaltet?
Wieviel Strom braucht es denn im Leerlauf bereits? Dieser 
Leerlauf-Verbrauch dürfte am meisten ins Gewicht fallen.

Mit freundlichem Gruß

von M. K. (sylaina)


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THOR schrieb:
> Wie weit
> runter kommt man bei nem AVR im Sleep, 1µA?

Eine Zehnerpotenz weniger, 150 nA sind locker drin ;)

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