Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsreduktion bei Temperaturen bis -40°


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von Marco (Gast)


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Servus,
wir bauen einen Stratosphärenballon und benutzen für Temperaturmessung, 
etc. einen Raspberry Pi. Für die Stromversorgung benutzen wir Batterien 
mit der Gesamtspannung von 6V. Für den Pi müssen wir die Spannung aber 
auf 5,1V reduzieren.
Da Dioden ja Temperaturabhängig sind und auch bei Tests nicht 
funktioniert haben, brauchen wir eine andere Möglichkeit um die Spannung 
auch bei bis zu -40° zu reduzieren.
Was könnte man da benutzen?
Grüße,Marco

von Der Andere (Gast)


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Marco schrieb:
> einen Raspberry Pi

Und der Pi funktioniert zuverlässig bis -40°C?

von Klaus R. (klara)


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Hält denn die Batterie bei -40 V die 6,0 V? Eigentlich müsste die ja 
isoliert werden. Was ist mit dem Raspberry Pi bei der Temperatur?
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
von Ulf (Gast)


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Hallo

Welchen Strom muß denn der Regler können ? Der MCP1703 ist ein LowDrop 
Regler der bis -40° spezifiziert ist, aber halt nur 500mA. Wenn Du aber 
mit dem Stichwort "LowDrop Regler" suchst müßte sich was finden lassen.

Gruß Ulf

Beitrag #5165340 wurde vom Autor gelöscht.
von komiker (Gast)


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Marco schrieb:
> Da Dioden ja Temperaturabhängig sind und auch bei Tests nicht
> funktioniert haben, brauchen wir eine andere Möglichkeit um die Spannung
> auch bei bis zu -40° zu reduzieren.

Wieder was gelernt, Dioden funktionieren nicht bei -40°! Gleich ins 
Forumslogbuch eintragen damits nicht in Vergessenheit gerät.
Wischmeyer hat auch so Logbuch, wie nennt sich das doch gleich..?

von Klaus R. (klara)


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komiker schrieb:
> Wieder was gelernt, Dioden funktionieren nicht bei -40°!

@komiker Ich nehme dies mit Augenzwinkern Deinerseits auf.
Dioden haben eine gewisse, bekannte Temperaturabhängigkeit.
https://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperaturabh.C3.A4ngigkeit

Ut wird beeinflusst. Dies würde die Funktion einer komplexen Schaltung 
wie bei einem OP verändern, sollte sie nicht dementsprechend 
temperaturstabil konstruiert sein.

Die Diode selber müßte im Prinzip aber funktionieren.
mfg Klaus

von Fragaga? Fregaga! (Gast)


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Habe neulich einen Wetterballon von der Bundeswehr gefunden. Ganz cooles 
Ding. Die Batterien (3x normale AA) sind in Styropor verpackt und von 
einer Art U-Förmigen "Flasche" umgeben. In der "Flasche" ist eine 
Flüssigkeit, die mit Sicherheit Wärme (chemische Reaktion?) abgegeben 
hat. Vielleicht auch nur warmes Wasser.

von Hp M. (nachtmix)


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Fragaga? Fregaga! schrieb:
> Vielleicht auch nur warmes Wasser.

Vielleicht sogar nur kaltes Wasser.

Beim Gefrieren wird eine ziemlich grosse Wärmemenge frei (333J/g) und 
die Temperatur bleibt lange bei 0°C stehen.
Vergleichsweise bringt die Abkühlung von 60°C auf 0°C "nur" etwa 250 
J/g.

Wenn die Elektronik kältere Temperaturen zulässt, kann man Salze in dem 
Wasser lösen und so den Gefrierpunkt senken.
Weil die Temperaturdifferenz zur Umgebung dann nicht so groß ist, dauert 
es damit länger, bis alles erstarrt ist.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus R. schrieb:
> Ut wird beeinflusst. Dies würde die Funktion einer komplexen Schaltung
> wie bei einem OP verändern
Aber in wahrnehmbarem Bereich nur, wenn der einen total lausigen 
Versorgungsspannungsdurchgriff (aka. PSRR) hat:
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-043.pdf
Ich würde den OP dann sowieso aus den 6V versorgen...

Marco schrieb:
> Da Dioden ja Temperaturabhängig sind und auch bei Tests nicht
> funktioniert haben
Und warum nicht? Ich hätte anderes erwartet.

> Batterien mit der Gesamtspannung von 6V.
Konstante 6V? Oder welchen Spannungsverlauf hat diese Versorgung?

> Für den Pi müssen wir die Spannung aber auf 5,1V reduzieren.
Auf genau 5,1V?

BTW: diese LDO haben alle den industriellen Temperaturbereich von 
-40..+125°C
http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/linear-regulators-ldo-products.page#p238min=-40;6&p238max=6;125&p634min=-37;5&p634max=5;125&p451max=1;7.5&&qComponent=usedInputs

: Bearbeitet durch Moderator
von Hp M. (nachtmix)


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Lothar M. schrieb:
>> Für den Pi müssen wir die Spannung aber auf 5,1V reduzieren.
> Auf genau 5,1V?

Der Pi läuft intern sowieso nicht mit 5V, sondern setzt die auf 3,3V 
herab.
Beim Pi3 mit einem Schaltregler, bei den Vorgängern mit einem 
Linearregler.
5V werden nur für die USB-Schnittstelle benötigt.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hp M. schrieb:
> Der Pi läuft intern sowieso nicht mit 5V, sondern setzt die auf 3,3V herab.
Mir scheint, das Versorgungskonzept muss nochmal durchdacht werden.
Blöderweise vertragen die Schaltregler PAM2306AYPKE und RT8088A nur 5,5V 
als maximale Eingangsspannung. Aber wenigstens können dich schon mal die 
nötigen -40°C ab...

> 5V werden nur für die USB-Schnittstelle benötigt.
Wird ja wohl kein für etwa Zimmertemperatur spezifizierter USB-Stick 
drinstecken.

von Alex W. (a20q90)


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Der Andere schrieb:
> Und der Pi funktioniert zuverlässig bis -40°C?

Lothar M. schrieb:
> Aber wenigstens können dich schon mal die
> nötigen -40°C ab...

Ein Pi wird sicher nicht "nackt" am Ballon hängen! Durch dessen 
Eigenerwärmung sollte ausreichend "Heizung" vorhanden sein!

Man kann den Pi in eine Styroporbox bauen, wie bei den Wetterballonen. 
Zusätzlich kann man innen noch eine Rettungsfolie anbringen (wenn es 
schick aussieht auch aussen mit der Goldseite).

Die Wärme wird dann im Gehäuse gehalten.

Interessannt wäre dann zusätzlich die Innentemperatur zu messen.

Tip: wenn es ein Pi sein muss, schaut euch mal den Pi Zero an! Schon 
wieder etwas Gewicht gespart ;-)

Die 5V würde ich aus nem Schaltregler generieren! Nehmt einen Akku mit 
und speißt ihn am Besten noch über kleine Solarpanele (keine fertigen 
Module da zu schwer). Bei ausreichend Sonnenlicht können diese die 
Entladung des Akkus verlangsamen.

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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Lothar M. schrieb:
> Mir scheint, das Versorgungskonzept muss nochmal durchdacht werden.

Nicht nur das.
Der Raspi ist für eine Ballonsonde kaum geeignet, denn er enthält viel 
für eine solche Anwendung unnötige Hardware und ist deshalb ist recht 
schwer.
Außerdem  hat er wegen seiner unnütz hohen Rechenleistung einen großen 
Energiehunger, der durch entsprechend schwere Batterien gestillt werden 
müsste.

von Alex G. (dragongamer)


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Solche Ballons tragen locker eine Gopro mit Zusatzakku. Also etwas 
Traglast ist gut möglich.

von Jochen (Gast)


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Ich hatte mal einen Raspberry Pi (B+ glaube ich) spaßeshalber bei einer 
Kalibrierung mit in die Klimakammer gelegt. Der angeschlossene USB-Stick 
hat als erstes seinen Dienst eingestellt, bei knapp unter Null. Ob das 
an dem Stick selbst lag oder der Steckverbindung kann ich nicht sagen.

Der Raspberry Pi ist bei knapp unterhalb -40°C ausgestiegen, hat aber 
nach Aufwärmen und Abtrocknen wieder funktioniert. Ich würde mich aber 
nicht drauf verlassen.

von Jobst M. (jobstens-de)


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1. kein R¶.
2. Gute Isolierung
3. Heizung

Ein AVR läuft zwischen 2V und 5V. Damit ist ein Betrieb ohne 
Spannungsregler möglich.

Break-Even zwischen Gewicht für Isolierung und Akkugewicht für Heizung 
finden. (Weniger Isolierung benötigt mehr Akkukapazität.)
Evtl. findet man auch eine leichte Thermoskanne.


Gruß
Jobst

von Mani W. (e-doc)


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komiker schrieb:
> Wieder was gelernt, Dioden funktionieren nicht bei -40°!

Falsch!

1N4148 hat einen Temp. Bereich von -65 bis +175 Grad

Der Themperaturkoeffizient liegt bei ca. -2mV/K

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