Hallo,
ich möchte aus einer ungeregelten Eingangsspannung mit Schaltreglern
zwei geregelte Ausgangsspannungen generieren:
+4.0V für ein SIM800C-Modul (Verbrauch 1mA-400mA, Surge bis 2A!)
+3,3V für einen µC mit etwas Peripherie (Verbrauch <100mA).
Sollten die beiden Schaltregler
- parallel mit jeweils eigenen Filtern an die ungeregelte
Eingangsspannung gehängt werden
- oder besser in Serie geschaltet werden, d.h. der zweite Regler würde
von der Ausgangsspannung des ersten gespeist (evtl. mit einer kleinen
Drossel davor, um ihn zu "befrieden") ?
@MM: Hört sich plausibel an - man könnte aber auch argumentieren, dass
Regler 1 mit 2A oder besser 3A so dimensioniert sein muss, dass ihn die
<100mA für Regler 2 nicht jucken, und Regler 2 hätte dann den Vorteil
einer stabilen, geregelten Eingangsspannung. Was ist aber "richtig"
(tm)?
@Karl: Ja, das ist eine Alternative. Damit vermeide ich aber nur die
Antwort auf die Frage. ;-)
Außerdem dürften dann keine Schaltregler an Li-Ionen Akkus verbaut
werden - aber ich glaube, Smartphones, Kameras etc. sind voll davon.
Doppelschalter schrieb:> Außerdem dürften dann keine Schaltregler an Li-Ionen Akkus verbaut> werden - aber ich glaube, Smartphones, Kameras etc. sind voll davon.
Bei 3,3V Betriebsspannung glaube ich das nicht. Karl sieht das schon
richtig.
Andreas B. schrieb:> Bei 3,3V Betriebsspannung glaube ich das nicht.
Beispiel: LM3671xx-3.3
Andreas B. schrieb:> Karl sieht das schon richtig.
Ich bezweifele ja nicht, dass dies eine mögliche oder sogar sinnvolle
Lösung ist. Aber es ist keine Antwort auf die Frage.
@Lothar:
Variante 1: Eingangsspannung aus Blei-Akku, also 12,x-14,6V.
Bariante 2: Eingangsspannung aus 12V~, nach Gleichrichter und Glättung
also theoretisch 15,5V, praktisch aber lastabhängig 13-18V.
@Dieter:
http://simcomm2m.com/UploadFile/TechnicalFile/SIM800C_Hardware_Design_V1.05.pdf
(login erforderlich)
S. 17:
"The power supply range of SIM800C is from 3.4V to 4.4V.
Recommended voltage is 4.0V.
The transmitting burst will cause voltage drop and the power supply must
be able to provide sufficient current up to 2A."
Die Bursts verlangen, dass die Quelle entsprechende Bufferkondensatoren
enthaelt. Diese sind nicht auf dem Modul. Dh wenige ms muessen
abgefangen werden. Die Spannung muss dabei noch ueber der unteren Grenze
bleiben. Der Bufferkondensator muss sehr nahe dem Modul plaziert werden.
Hintereinanderschalten moeglich der Spannungswandler. Der zweite sorgt
dafuer. , dass der erste Wandler auf 4V unter Mindestlast arbeitet.
Doppelschalter schrieb:> Außerdem dürften dann keine Schaltregler an Li-Ionen Akkus verbaut> werden - aber ich glaube, Smartphones, Kameras etc. sind voll davon.
Das sind Stepups von LiIon auf 5V oder Stepdown auf 1.8V. Oder im Raspi
von 5V auf 3.3V.
Du liegst mit 4V auf 3.3V in einem Bereich, wo es sich wirklich nicht
lohnt.
Wenn Du es genauer wissen willst, musst Du es halt durchrechnen.
Der Linearregler verbrät 72mW (0.7V x 100mA). Wirkungsgrad 82%
Der Stepdown an 4V muss also erstens besser als 82% sein und er muss mit
0.7V Differenz arbeiten können. Geht, aber: Viel Spass.
Der Stepdown an 12V ist leichter auf 82% zu bringen, aber sein Verbrauch
addiert sich zum Eigenverbauch des anderen Stepdown, der eventuell im
Leerlauf rödelt.
Doppelschalter schrieb:> Beispiel: LM3671xx-3.3Karl schrieb:> Das sind Stepups von LiIon auf 5V
Es wäre schön, wenn wir die Kritik an der Frage an dieser Stelle beenden
und die Frage einfach beantworten könnten.
@Dieter: Bufferkondensatoren. Richtig. Die müssen da hin. Dennoch muss
aber auch der Regler genug Power haben. Denn sonst bräuchte ich bei 2A
und 4V ca. 6mF, wenn U nach 2ms noch über 3,4V sein soll (wenn ich das
jetzt auf die Schnelle richtig gerechnet habe).
Mindestlast ist auch ein gutes Stichwort. Da gibt es aber Regler, die
für >2A gut sind und trotzdem eine min. on-time von 0% haben. Idle
braucht der SIM800C 12,5mA. Da bin ich nicht wirklich besorgt.
Vielleicht ist es nicht deutlich geworden:
Mir geht es nicht einfach nur um eine pragmatische Lösung des konkreten
Problems. - Im konkreten Fall wird wohl beides funktionieren (oder alles
drei): Schaltregler parallel, Schaltregler in Serie oder Schaltregler
mit Linearregler in Serie.
Mir geht es mehr um die prinzipielle Frage (und die Überlegungen dazu).
@Karl: Du argumentierst mit dem Wirkungsgrad. OK.
Heutzutage gibt es ja viele Schaltregler, die bis 2 oder 3A gut sind und
doch im Bereich des durchschnittlichen Stromverbrauchs des SIM800C einen
Wirkungsgrad von bis 95% versprechen. Der o.g. LM3671 macht aus 3,6V
3,3V mit 90-96%.
Mit dem Wirkungsgrad-Argument müsste man die Dinger also immer parallel
an die Ausgangsspannung hängen, nie in Serie.
Ich hatte aber noch auf andere Argumente gehofft.
Z.B. Stabilität. Schwingungen der Eingangsspannung, wenn beide
Schaltregler parallel daran zerren. Und das noch mit unterschiedlichen
Frequenzen, nicht synchronisierbar usw.
Wobei, wenn Regler2 in Serie am Ausgang von Regler1 zieht und
gleichzeitig das SIM-Modul von idle auf GPRS geht...
Oder EMI. Klar, mit dem Linearregler in Serie hat man nur einen
Schaltregler, der hochfrequent vor sich hin jallert. Es reicht ja auch,
wenn das SIM800C sendet...
Aber es würde mich doch interessieren, ob unter diesem Gesichtspunkt
parallele oder Serien-Schaltung von Schaltreglern zu bevorzugen wäre.
Einfach prinzipiell. Und warum.
Oder, wenn man das nicht so pauschal beantworten kann: Wonach würde man
vorher abschätzen, was besser ist, statt nur es hinterher nach zu
mesen?
Im Dokument standen Bursts von us die sich in ms wiederholen. Diese
sind massgeblich fuer den Strom, dh hierfuer den Mittelwert berechnen
und etwas Sicherheitszuschlag geben.
Darauf gibt es keine allgemeingültie Antwort. Das sind Entscheidungen
anhand des konkreten Falls. Aber dazu fehlen Informationen. Prinzipiell
sind beide Wege gangbar. Die genauen Anforerungn geben dann die
richtung vor.
-Wie kritisch ist das Thema EMV
-Batterieanwendung oder Netzgebunden? Hier ist es woh beides, irgendwie.
Oer Soll der Akku nur mal so ab und an für Notfälle herhalten. Wo liegen
da die Prioritäten?
- Wie sieht es mit dem Budget aus? Einzelfall oder Massenproduktion?
Konstensensitiv oder ist dies eher zweitrangig? So ist es z.B. ein
Unterschied ob man mt einem Billigreler planen muß oder ob das Budget,
Know-How und die Rahmenbedingungen (SMD im Hobbybereich?) einen
hochwertigen und hocheffizienten Regler erlauben, wie hier z.B. mit dm
LM3671 arguntiert wird.
- 3,3 Volt mit <100 mA ist insbesondere bei einer Battarieanwendung
extrem vage. Das kann durchschnittlich 80 mA oder auch überwiegen
Tiefschlaf im µA-Bereich mit gelegentlichen Peaks bedeuten.
Und und und
Ergänzung zur Effizienz des Linarreglers von 4 auf 3,3 Volt:
In dem Fall sind wir im Bereich oberhalb von 80%. Betrachtet man das
aber von der Rohspanung aus (parallel), dann sieht das schon wieder ganz
anders aus. Aber Effizinz allein ist zum Einen nicht alles und zum
Anderen ist es so einfach nicht zu Berechnen, da die Angaben über die
Lastverteilung auf den Spannungen viel zu ungenau sind. Ohne die
Verteilung zu kennen ist es unmöglich die Gesamteffizienz einer
Reihenschaltung zu bewerten.
Deine Frage ist in diesr allgeminen Form völlig unbrauchbar, auch wenn
du keine Kritik an der Frage hören willst. Das ändert nichts daran.
Beide Methoden sind prinzipiell machbar.
Für konkrete Antworten werden konkrete Vorgaben und Zielsetzungen
benötigt!
Doppelschalter schrieb:> Es wäre schön, wenn wir die Kritik an der Frage an dieser Stelle beenden> und die Frage einfach beantworten könnten.
Die Frage ist an der Stelle beantwortet, Du kapierst es nur anscheinend
nicht.
Doppelschalter schrieb:> Der o.g. LM3671 macht aus 3,6V> 3,3V mit 90-96%.
Ach, und das Datenblatt haben wir auch gelesen?
"The LM3671-ADJ can operate at 100% duty cycle (no switching; PMOS
switch completely on) for low dropout support of the output voltage. In
this way the output voltage will be controlled down to the lowest
possible input voltage."
Der macht bei geringer Differenz zwischen Eingang und Ausgang genau das:
Er arbeitet als Linearregler.
Er kann aber auch aus 5.5V 1.5V machen, und da ist er dem Linearregler
deutlich überlegen.
Er erkauft sich den hohen Wirkungsgrad damit, dass die Freilaufdiode
durch einen Mosfet ersetzt wird. Das macht man vor allem bei Reglern,
die mit niedriger Eingangsspannung arbeiten, eben der Effizienz wegen.
Du kannst ihn aber nicht an 12V hängen.
Was Deine anderen Kriterien betrifft, das ist völlig variabel und kommt
auf den Einsatzzweck an.
Habe ich ein Batteriegerät, würde ich mit einem stromsparenden Step-Down
auf 3.3V gehen und mit diesem den stromfressenden Regler nur bei Bedarf
zuschalten.
Muss ich bei Stromausfällen ein sauberes Runterfahren gewähren, z.B.
Werte im Eeprom abspeichern, würde ich den 3.3V-Regler über eine Diode
und einen Ladeelko entkoppeln, so dass er selbst bei einem Kurzschluss
der 12V die 3.3V noch einige 100ms versorgen kann.
Habe ich eine brauchbare Stromversorgung, muss aber Platz sparen, kommt
der Linearregler an die 4V, eine Spule, eine Diode und einen fetten Elko
gespart.
Dito wenn ich ADC-Werte messen muss und eine saubere 3.3V-Versorgung
brauche. Die 4V ordentlich sieben und dann ein Linearregler dahinter.
So, ich hoffe Dein Prof ist damit zufrieden und Du bekommst ein
Sternchen.
Stefan U. schrieb:> Ich würde einfach beide Teile mit 3,6V betreiben.
Ja, dachte ich auch. Leider verträgt der SIM800C nur 2,8V am Eingang.
Kann man mit Spannungsteiler alles herunterteilen, klar. Oder
Pegelwandler - aber dann brauche ich wieder eine zweite Spannung. Die
2,8V des SIM800C sind leider nicht zugänglich.
Carsten R. schrieb:> Deine Frage ist in diesr allgeminen Form völlig unbrauchbar,
OK, dann nehmen wir doch einfach mal den Kopf aus der Grasnarbe, wischen
die Erde von der Nase und treten einen Schritt zurück:
"The big picture"
Welche Argumente gibt es für oder gegen Reihen- oder Parallel-Schaltung
von Schaltreglern?
1. Effizienz: Karl möchte aus Effizienzgründen lieber einen Linearregler
in Serie zum Schaltregler. Tatsächlich aber führt das Effizienz-Argument
zur Parallel-Schaltung zweier Schaltregler.
Aber wie Carsten schon schrieb, Effizienz ist nicht alles.
2. EMV: Tja, wie kritisch mag das wohl sein, wenn daneben ein GSM
Funkmodul werkelt und dadurch versorgt wird? (Sorry, war 'ne
rhetorische Frage.)
Gäbe es hier Vorteile für eine Parallel- oder Reihen-Schaltung? Warum?
Wäre eine von den beiden Varianten leichter ruhig zu stellen?
3. Stabilität: Egal wie, es hängt immer an derselben Stromquelle.
Gäbe es bei einer der beiden Varianten Vorteile, wenn z.B. die
Eingangspannung im Surge nachgibt? Trafos sind da ja etwas variabel...
Bei der "Batterie" ist das in diesem Fall eher nicht zu befürchten.
4. SMD-Löten: OK, wenn ich SMD nicht löten kann, dann sollte ich von
modernen Schaltreglern wohl besser die Finger lassen. Dann würde ich
mich aber auch nicht für Parallel- oder Reihenschaltung davon
interessieren.
5. Budget: Interessantes Argument... Ist es denn billiger, wenn ich zwei
Regler in Reihe statt parallel schalte? (Oder diente dieses Argument nur
dazu, mir die "Untauglichkeit" meiner Frage zu beweisen?)
Carsten R. schrieb:> Ohne die Verteilung zu kennen ist es unmöglich die Gesamteffizienz> einer Reihenschaltung zu bewerten.
Nee, musst Du ja auch nicht. Aber wenn Du mir z.B. sagen würdest, dass
die Effizienz das einzige (oder wichtigste oder ausschlaggebende)
Kriterium wäre, dann kann ich die ja selber ausrechnen.
Carsten R. schrieb:> Für konkrete Antworten werden konkrete Vorgaben und Zielsetzungen> benötigt!
Genau. Ich hatte aber um allgemeine Antworten zu der allgemeinen
Frage gebeten.
Das schaffen Physiker, Chemiker oder Mathematiker doch auch: Sie können
allgemeine Antworten zu allgemeinen Fragen geben und verlieren trotzdem
nicht die Fähigkeit, auch konkrete Probleme zu lösen.
Karl schrieb:> Ach, und das Datenblatt haben wir auch gelesen?
Oh, warum denn so gehässig?
Der Linearregler hätte eine Effizienz von 82,5% abzüglich
Eigenverbrauch.
Der LM3671 liegt bei deutlich über 90%. Und er arbeitet bei 0,7V
Unterschied nicht als Linearregler. Das täte er bei Vin min (= Vout +
V(dropout)). Und V(dropout) ist hier irgendwo bei 0,05V.
Außerdem ist der Wirkungsgrad des Linearreglers nur 82%, wenn man auf 4V
bezieht. Auf die Eingangsspannung bezogen sind es 0,9*0,82 = 74% (wenn
man 90% Wirkungsgrad des vorgeschalteten Schaltreglers annimmt).
Das schlägt ein guter parallel geschalteter Schaltregler locker.
Natürlich nicht der LM3671 - der brennt dann ab.
Der Linearregler hat dagegen seine Vorteile in Bezug auf EMV.
Insofern ist Deine Idee ja gut. Aber das Argument passt nicht dazu, denn
es führt zum parallelen Schaltregler.
Kann ja mal passieren. Ist ja nicht schlimm.
Also komm doch bitte von der Palme wieder runter.
Doppelschalter schrieb:> Und er arbeitet bei 0,7V> Unterschied nicht als Linearregler.Doppelschalter schrieb:> Der o.g. LM3671 macht aus 3,6V> 3,3V mit 90-96%.
Nee, ich hab keine Lust mehr, Du änderst die Parameter wie es Dir gerade
passt. Es gibt keine Standardantwort, und wenn Du das nicht kapierst:
Dein Problem.
Lieber Karl,
Du kannst doch Parameter nehmen, welche Du willst.
Auch bei 4,5V->3,3V hat er noch über 90% Wirkungsgrad.
Auch bei 0,3V Unterschied arbeitet er nicht als Linearregler.
Deine Beiträge hierzu waren also leider nicht richtig.
Kein Problem. Jeder macht mal Fehler. Das ist doch nicht schlimm!
- Zumindest nicht vor dem Punkt, wo Du als Mimöschen auftrittst und Dich
durch Deine eigene Fehlleistung emotionalisieren lässt. Denn dann wird
es menschlich abgründig, irgendwo zwischen ekelig und lächerlich:
Karl schrieb:> Du kapierst es nur anscheinend nicht.
[...]
> Ach, und das Datenblatt haben wir auch gelesen?
[...]
> So, ich hoffe Dein Prof ist damit zufrieden und Du bekommst ein> Sternchen.
Apropos "Standardantwort" - ich weiß nicht, was Du darunter verstehst.
Ich stelle mir da eine Antwort vor, die Denkfaule - häufig vor Prüfungen
- auswendig lernen, um sie dann bei passenden und gerne auch unpassenden
Gelegenheiten zum Besten zu geben.
Um allen Missverständnissen vorzubeugen:
Genau so eine Antwort möchte ich nicht.
Ich möchte auch nicht, dass mir jemand meine Schaltung designt. Das
mache ich lieber selbst.
Aber über Denkanstöße und Anregungen, Kriterien und Begründungen zum
Thema "Schaltregler - parallel oder in Serie" würde ich mich freuen.
>> Ich würde einfach beide Teile mit 3,6V betreiben.> Ja, dachte ich auch. Leider verträgt der SIM800C nur 2,8V am Eingang.
Inwiefern löst dein Doppelnetzteil mit 3,3V und 4V dieses Problem?
Doppelschalter schrieb:> Aber über Denkanstöße und Anregungen, Kriterien und Begründungen zum> Thema "Schaltregler - parallel oder in Serie" würde ich mich freuen.
Ich verstehe nicht so ganz die Motivation hinter der Frage. Zumal sie
eigentlich beantwortet wurde: Es kommt auf den konkreten Fall an.
Zwei Gründe kann ich dir noch nennen:
Parallel, falls die niedrigere Spannung beim Einschalter schneller oder
genausoschnell anliegen muss.
Hintereinander wenn die Versorgungsspannung viel höher ist oder einen
Weiteingangsbereich hat, sonst muss man beide Regler für diese
schwierigeren Anforderungen designen.
Hallo Stefan,
schön, dass Du noch da bist.
Stefan U. schrieb:> Inwiefern löst dein Doppelnetzteil mit 3,3V und 4V dieses Problem?
Gar nicht.
Ich brauche ja auch dann 2 Spannungen.
Allerdings folgt das genau der Empfehlung des Design Guides des
Herstellers. Für µC mit 3 oder 3.3V empfiehlt der Pegelwandlung per
Spannungsteiler. Darüber per Transistor.
3.6V funktioniert sicher auch per Spannungsteiler. 4V wahrscheinlich
auch noch. Was soll schon passieren? Etwas andere Signalform... so
schnell ist die Übertragung ja nicht. Aber vielleicht hat sich der
Hersteller etwas dabei gedacht. Soll ja schon vorgekommen sein.
Und für den SIM800C ist 3,6V schon sehr nahe der Unterkante. Wenn da im
Burst die Spannung etwas nachlässt...
@Der Andere (Gast)
Danke!
Das sind ja noch zwei gute Ideen.
Da aber niemand bisher auf EMV oder Stabilität eingegangen ist, nehme
ich an, es ist eigentlich gleichgültig ob parallel oder seriell.
Es sei denn die Schaltung macht spezielle Ansprüche:
- Wirkungsgrad muss auf den letzten Prozentpunkt optimiert werden
(Vorteil für parallel)
- Reihenfolge der Versorgung wichtig (=> parallel)
- Quelle macht den Regler teuer, aufwendig oder "zu groß" (=> seriell)
- und für EMV ist sicher ein LDO in Serie für die 2. Spannung am besten.
Oder hätte doch eine der reinen Schaltregler-Varianten noch Vorteile in
bezug auf Stabilität oder EMV?
Doppelschalter schrieb:> - Reihenfolge der Versorgung wichtig (=> parallel)
Bevor über Verluste und Pipapo diskutiert wird, sollte man wissen, ob
die Einschaltreihenfolge beachtet werden muß. Sonst läuft evtl. ein
Motor schon los bevor der µC Strom hat!
> (Spannungsteiler) Was soll schon passieren?
Also ich verwende an seriellen Schnittstellen immer nur Spannungsteiler.
Zum Beispiel 1k/2,2k Ohm um von 5V auf 3,3V runter zu kommen. Das hat
bei mir mit 115200 Baud bisher immer geklappt.
oszi40 schrieb:> sollte man wissen, ob> die Einschaltreihenfolge beachtet werden muß
Ja, richtig. Genau darum ging es.
Wobei die Schlussfolgerung, die ich oben geschrieben hatte, nicht ganz
richtig ist.
Je nach gewünschtem Ergebnis würde man Parallel- oder Reihenschaltung
wählen müssen und/oder Enable/Shutdown benutzen.
