Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Energiearme Spannungsmessung mit MCU


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von Ro R. (rond_es)


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Hallo
ich möchte mit einem MCU eine Spannung messen und über einen Ausgang 
entsprechend dem Wert eine LED kurz blinken lassen um den 
Spannungszustand anzuzeigen.
Die Schaltung soll das nur beim Einschalten machen, danach geht der MCU 
in den sleep um möglichst Energie zu sparen. Der Ausgang muss dann nicht 
mehr geschaltet werden.

Erst wollte ich das ganze über einen Spannungsteiler betreiben, um aber 
noch weniger zu verbraten habe ich mich nun für einen LDO zur Speisung 
entschieden.
Die für den ADC nötige Spannnung ist aber zu hoch, den Spannungsteiler 
will ich aber auch nicht gegen GND schalten, sonst wird dort wieder was 
verbraten.
- Ist es wirklich möglich so differenziell zu messen über zwei ADC 
Eingänge?
- Gibt es noch andere Wege die ich übersehen habe um möglichst 
energiearm zu messen? Ich muss gewisse Blinksequenzen ausgeben weshalb 
ein einfacher Komparator nicht ausreicht sondern der MCU nötig ist.

von schotter (Gast)


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Aus AD1 würde ich einen ganz normalen GPIO machen, den dann beim Samplen 
auf low schalten und den Spannungsteiler einigermaßen hochohmig 
dimensionieren.

von Manfred (Gast)


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Ro R. schrieb:
> einem MCU
Der MCU? Welcher Typ?

Erstmal pauschal halte ich Deinen Ansatz für unbrauchbar, weil an den 
AD-Ports Spannungen auftreten können, die höher als die Betriebsspannung 
des µC liegen.

In (m)einer Stromsparanwendung habe ich mir einen P-MOSFET gegönnt und 
schalte den Spannungsteiler nur für die Messung ein.

von HildeK (Gast)


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Manfred schrieb:
> In (m)einer Stromsparanwendung habe ich mir einen P-MOSFET gegönnt und
> schalte den Spannungsteiler nur für die Messung ein.

Mit nur einem wird es hier nicht gehen, weil er ja bis zu 15V an der 
Quelle hat.
Also zwei, mit einem nMOS den pMOS schalten, der den Teiler zur Messung 
an den ADC-Pin legt.

von c-hater (Gast)


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Ro R. schrieb:

> ich möchte mit einem MCU eine Spannung messen und über einen Ausgang
> entsprechend dem Wert eine LED kurz blinken lassen um den
> Spannungszustand anzuzeigen.

Hoppla, mir scheint, du hast da eine der sehr wenigen Anwendungen 
gefunden, wo der Einsatz eines µC deutlich kontraproduktiv wäre.

Das würde ich mit einem 4093 + etwas Hühnerfutter lösen. Spart den LDO 
und die im Thread bereits genannten Probleme bezüglich zu hoher 
Spannungen an den ADC-Eingängen und verbraucht nach Messung und Anzeige 
praktisch garnix mehr.

Das einzige Problem wäre eventuell Betrag und Genauigkeit der benötigen 
Spannungsreferenz. Wo soll denn der Schwellwert liegen und wie genau 
muss er eingehalten werden?

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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Ro R. schrieb:
> Erst wollte ich das ganze über einen Spannungsteiler betreiben, um aber
> noch weniger zu verbraten habe ich mich nun für einen LDO zur Speisung
> entschieden.

Was verleitet Dich zur Annahme, der LDO würde den Stromverbrauch senken?

Wenn der Controller im aktiven Zustand z.B. 1 mA benötigt, benötigt der 
LDO diese 1 mA auch eingangsseitig, d.h. aus den 5 mW des Controllers 
(bei 5 V Betriebsspannung) werden 6 bis 15 mW (bei 6 bis 15 V 
Eingangsspannung), die der LDO aufnimmt. Die Differenz zu dem 1 mW des 
Controllers fackelt der LDO als Abwärme ab.

Diesbezüglich ist gegenüber einem Spannungsteiler nichts gewonnen.

Der Spannungsteiler ist Unfug, weil die von ihm abgegebene Spannung 
lastabhängig ist (oder der Spannungsteiler muss so niederohmig sein, daß 
die Lastschwankungen des Controllers ihn nicht mehr relevant 
beeinflussen).

von Anja (Gast)


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Hallo,

ich empfehle einen J-FET als Spannungsregler (kein Ruhestromverbrauch) 
und einen N-Kanal-FET im Spannungsteiler.

Siehe: Batteriewächter

Gruß Anja

von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
>> In (m)einer Stromsparanwendung habe ich mir einen P-MOSFET gegönnt und
>> schalte den Spannungsteiler nur für die Messung ein.
> Mit nur einem wird es hier nicht gehen, weil er ja bis zu 15V an der
> Quelle hat.
> Also zwei, mit einem nMOS den pMOS schalten, der den Teiler zur Messung
> an den ADC-Pin legt.
Das ist natürlich richtig, der P-FET muß gesteuert werden. Ich mache das 
mit einem BC_irgendwas, weil ich nicht für jeden Sc**** FETs kaufen 
will. Aber ja, hätte ich dort einen FET genommen, könnte ich alle 15 
Minuten für jeweils 2,x Millisekunden knapp 65µA einsparen.

Anja schrieb:
> ich empfehle einen J-FET als Spannungsregler (kein Ruhestromverbrauch)
Das ist mir unklar - Bastelschaltung mit selektierten FET?

> einen N-Kanal-FET im Spannungsteiler.
> Siehe: Batteriewächter
Sehe ich das richtig, dass der N-Kanal mittig im Spannungsteiler sitzt? 
Die Idee gefällt, geht aber nur, solange die Versorgung des µC deutlich 
höher als die Spannung am AD-In ist.

von Ro R. (rond_es)


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Vielen Dank für die vielen Antworten. Ev. reicht wirklich ein 4093. Mit 
FETs kenne ich mich zu wenig aus, nehme immer Bipolare, aber vielleicht 
ist jetzt Zeit das auch mal anzuschauen.


Manfred schrieb:
> Der MCU? Welcher Typ?
Voraussichtlich PIC oder AVR. Sicher 8-bit, nichts grösseres.


c-hater schrieb:
> Wo soll denn der Schwellwert liegen und wie genau
> muss er eingehalten werden?
bei 8V, 7.5V und 6V.
auf 0.1V genau


Rufus Τ. F. schrieb:
> Was verleitet Dich zur Annahme, der LDO würde den Stromverbrauch senken?
Meine Annahme ist, dass wenn der Mikrocontroller im sleep ist, der 
Stromverbrauch des LDO kleiner ist, als wenn ich einen Spannungsteiler 
habe, der meine 6-15V auf 2-5V teilt.


Anja schrieb:
> Siehe: Batteriewächter
Danke, sieht interessant aus, schaue ich mal an.

von Anja (Gast)


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Manfred schrieb:
> Die Idee gefällt, geht aber nur, solange die Versorgung des µC deutlich
> höher als die Spannung am AD-In ist.

Beim BSS138 reichen 1.5V headroom.

Manfred schrieb:
> Das ist mir unklar - Bastelschaltung mit selektierten FET?

Ich habe bis jetzt noch keinen BF245C/BF545C wegwerfen müssen.
(bei 15 Leiterplatten insgesamt).

Wer Angst hat oder eine stabilere Spannung (als Referenz) braucht kann 
ja den XC6216 nehmen der in der Regel auch unterhalb der Selbstentladung 
der Akkus liegt.

Ro R. schrieb:
> Voraussichtlich PIC oder AVR. Sicher 8-bit, nichts grösseres.
Ich wollte auch schon mal eine ähnliche Schaltung realisieren (mit 
2-farbiger LED) und habe dafür auch schon den PIC10F322 in der 
Schublade. (mit interner Bandgap-Referenz und ein paar bytes EEPROM für 
die Kalibrierwerte).

Gruß Anja

von Manfred (Gast)


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Ro R. schrieb:
> Rufus Τ. F. schrieb:
>> Was verleitet Dich zur Annahme, der LDO würde den Stromverbrauch senken?
> Meine Annahme ist, dass wenn der Mikrocontroller im sleep ist, der
> Stromverbrauch des LDO kleiner ist, als wenn ich einen Spannungsteiler
> habe, der meine 6-15V auf 2-5V teilt.
Ich lese hier immer LDO und vermisse den Sinn, scheint genauso Modewort 
wie ESR geworden zu sein. In solchen Anwendungen ist doch primär ein 
niedriger Querstrom gefragt, auf Englisch "Low Quiescent Current".

Anja schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Die Idee gefällt, geht aber nur, solange die Versorgung des µC deutlich
>> höher als die Spannung am AD-In ist.
> Beim BSS138 reichen 1.5V headroom.
Man muss also in jedem Fall gegen die interne Bandgap messen, am AT328 
mit 5V Ub und 1,1V URef in jedem Fall genug.

> Manfred schrieb:
>> Das ist mir unklar - Bastelschaltung mit selektierten FET?
> Ich habe bis jetzt noch keinen BF245C/BF545C wegwerfen müssen.
> (bei 15 Leiterplatten insgesamt).
Habe ich noch nie probiert, BF245 müsste ich noch vorrätig haben.

> Wer Angst hat oder eine stabilere Spannung (als Referenz) braucht kann
> ja den XC6216 nehmen der in der Regel auch unterhalb der Selbstentladung
> der Akkus liegt.
Ich überfliege gerade mal das Datenblatt: Der XC6216 macht nur Sinn, 
wenn man ihn abschalten kann (0,1µA). Für Dauerbetrieb bleibe ich bei 
meinen MCP1702 / MCP1703 um 4µA Querstrom.

von Anja (Gast)


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Hallo,

Manfred schrieb:
> Für Dauerbetrieb bleibe ich bei
> meinen MCP1702 / MCP1703 um 4µA Querstrom.

Der 1702 ist bei 15V arg knapp dimensioniert.
Und je nach Toleranz der 15V der 1703 ebenfalls.
und das bei gerade mal 1uA Unterschied zum 6216.

Manfred schrieb:
> Habe ich noch nie probiert, BF245 müsste ich noch vorrätig haben.
Hoffentlich den C-Typ. Und: Abblockkondensatoren nicht vergessen.

Gruß Anja

von Manfred (Gast)


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Anja schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Für Dauerbetrieb bleibe ich bei
>> meinen MCP1702 / MCP1703 um 4µA Querstrom.
>
> Der 1702 ist bei 15V arg knapp dimensioniert.
Nein, er wäre außerhalb der Spec. (< 13,2V).

> Und je nach Toleranz der 15V der 1703 ebenfalls.
Der darf.

von Der Andere (Gast)


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Ro R. schrieb:
> c-hater schrieb:
>> Wo soll denn der Schwellwert liegen und wie genau
>> muss er eingehalten werden?
> bei 8V, 7.5V und 6V.
> auf 0.1V genau

Wenn du statt dieser Herumeierei einfach sagen würdest was du genau 
erreichen willst (also welches Problem du lösen willst) dann könnte dir 
hier bestimmt jemand besser helfen, evt. mit einem IC das genau für dein 
Problem passt.
Das sieht mir nämlich irgendwie nach einem Akku Spannungswächter aus.

von Thomas E. (picalic)


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HildeK schrieb:
> Mit nur einem wird es hier nicht gehen, weil er ja bis zu 15V an der
> Quelle hat.

Es reicht auch ein einzelner P-Kanal bzw. PNP, um den Spannungsteiler 
zur Messung einzuschalten. Die Messung dauert ja nur einige, ggf. -zig 
Mikrosekunden, da kann man den Transisor über einen Kondensator als 
DC-Entkopplung auch direkt vom µC-Port ansteuern.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Bevors vergessen Geht, ein LDO ist ein Spannungsregler der ein Low 
Differental Output liefert.
Also signifikant weniger als die 2V zB beim 7805 benoetigt. Sie koennen 
mit weniger als 0.5V operieren. also, zB aus 5.2V 4.7V machen.

Ich verwend sowas, wenn ich einen 5V AVR an einem hochgedrehten 5V DC 
wandler laufen lasse. Nicht, dass der AVR mit weniger nicht klar kaeme, 
aber andere Logik/Analogik daneben eben nicht. Die kommt aber mit 4.7 
noch klar.

Wie funktioniert ein LDO ? Indem er P-Halbleier anstelle von 
N-Hableitern als Verbrater einsetzt. Weshalb verwendet man denn nicht 
ausschlieslich LDO ? LDO  sind ueblicherweise in der Eingangsspannung 
begrenzt. Sie haben mehr Ruhestrom, und mit dem Rauschen muesst man 
schauen, mit der PSRR muesst man auch schauen.

Falls die Anwendung sowieso hohe Spannung zum Verbraten beinhaltet ist 
ein LDO falsch am Platz.

: Bearbeitet durch User
von Thomas E. (picalic)


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Sapperlot W. schrieb:
> Weshalb verwendet man denn nicht
> ausschlieslich LDO ? LDO  sind ueblicherweise in der Eingangsspannung
> begrenzt. Sie haben mehr Ruhestrom, und mit dem Rauschen muesst man
> schauen, mit der PSRR muesst man auch schauen.

... und sie sind kritischer bzgl. der Auswahl/Dimensionierung der 
Kondensatoren.

: Bearbeitet durch User

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