Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC/DC Step Up Wandler für 3V-3.3V Output


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von Tim S. (Firma: Google) (tuxut83)


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Hallo,

ich würde meinen Arduino Pro Mini gerne mal mit einem einzigen AA-Akku 
powern (NiMH, 2600 mAh).

Dafür benötige ich wohl einen DC/DC Wandler.
Das Teil müsste um die 30mA Iout liefern bei 3,0V - 3,3V Vout.
Hat jemand eine Empfehlung für mich?

Von welcher Verlustleistung kann ich ausgehen?

DANKE!

: Verschoben durch Moderator
von Pete K. (pete77)


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


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Tim S. schrieb:
> Von welcher Verlustleistung kann ich ausgehen?
Geh von einem Wirkungsgrad im Bereich um 70-80% aus.

von Tim S. (Firma: Google) (tuxut83)


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Okay Danke.
Und wie hoch wäre Iout?

Mal die 2600mAh beim Akku vorausgesetzt.
Der Mikrocontroller verbraucht 0,422mA im Schnitt.
Wie lange hält der Akku dann?

70% Wirkungsgrad: 2600mAh * 0,7 = 1820mAh

1820mAh / 0,422 mA = 4312h = 180 Tage ???

Danke!

von Deneriel (Gast)


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von Jobst Q. (joquis)


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Tim S. schrieb:
> Okay Danke.
> Und wie hoch wäre Iout?
>
> Mal die 2600mAh beim Akku vorausgesetzt.
> Der Mikrocontroller verbraucht 0,422mA im Schnitt.
> Wie lange hält der Akku dann?
>
> 70% Wirkungsgrad: 2600mAh * 0,7 = 1820mAh
>
> 1820mAh / 0,422 mA = 4312h = 180 Tage ???
>
> Danke!

Hast du was mit Milchmädchen? Die 2,75-fache Spannung bekommst du nicht 
geschenkt,die musst du mit Strom bezahlen. Also höchstens 65 Stunden.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Jobst Q. schrieb:
> Tim S. schrieb:
>> Okay Danke.
>> Und wie hoch wäre Iout?
>>
>> Mal die 2600mAh beim Akku vorausgesetzt.
>> Der Mikrocontroller verbraucht 0,422mA im Schnitt.
>> Wie lange hält der Akku dann?
>>
>> 70% Wirkungsgrad: 2600mAh * 0,7 = 1820mAh
>>
>> 1820mAh / 0,422 mA = 4312h = 180 Tage ???
>>
>> Danke!
>
> Hast du was mit Milchmädchen? Die 2,75-fache Spannung bekommst du nicht
> geschenkt,die musst du mit Strom bezahlen. Also höchstens 65 Stunden.

wären dann also 28mA auf der Akkuseite. Einen StepUp mit diesem 
Wirkungsgrad/Eigenverbrauch würde ich besser dem Milchmädchen geben. :)

Gruß aus Berlin
Michael

von Jörg R. (solar77)


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Tim S. schrieb:
> Der Mikrocontroller verbraucht 0,422mA im Schnitt.

Tim S. schrieb:
> Das Teil müsste um die 30mA Iout liefern bei 3,0V - 3,3V Vout.

30 mA oder 0,422 mA?

von Dieter (Gast)


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von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

dies kann ein Sperrwandler bewerkstelligen. Diese gibt es auch mit 
Regelung.

http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap7/Kapitel7.html

Fündig wird man auch unter Joule-thief.

MfG

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Christian S. schrieb:
> Hallo,
>
> dies kann ein Sperrwandler bewerkstelligen. Diese gibt es auch mit
> Regelung.
>
> http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap7/Kapitel7.html
>
> Fündig wird man auch unter Joule-thief.

Um Himmels Willen! Nicht das Dreckding schon wieder.

Sperrwandler (mit Trafo) ist bei 0.9 .. 1.5V auf 3.3V unnötig aufwendig. 
Ein simpler Stepup- (aka Boost) Wandler reicht und braucht nur eine 
handelsübliche Drossel von der Stange. Der bereits genannte MCP1640 
würde gut passen. Aber auch andere Hersteller bieten ähnliche IC. 
Einfach mal die Suchfunktion benutzen. Stichwort "single cell boost 
converter".

Zur Batterielaufzeit: es wurden jetzt einmal 30mA und einmal 0.42mA auf 
der 3.3V Schiene genannt. Für erstere kann man von ~80% Wirkungsgrad des 
Stepup ausgehen. Dann braucht er bei einer mittleren Eingangsspannung 
von 1.2V einen mittleren Eingangsstrom von 103mA. Dann reichen die 
2600mAh für knapp 26h.

Bei lediglich 0.42mA auf der 3.3V Schiene wird der Wirkungsgrad sinken. 
Rechnen wir mal mit 70% - dann gibt das 1.65mA aus der Batterie und 
folglich ca. 65 Tage.

von Dieter (Gast)


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Damit hier die Ratschläge nicht zu sehr in die falsche Richtung laufen 
gäbe es ein paar Fragen.

Deine Angabe war 30mA und 0,5mA im Mittel für 3,3-3,0V.

1) Wie verhält es sich mit der Stromaufnahme genau?
2) Wie oft (minmaler Zeitabstand) und wie lange sind die Peaks von 30mA?

Für die Auslegung einer Lösung sind diese Kriterien nicht ganz 
unwichtig.

Die Wandler meiner Empfehlung haben:
<3 mA typical no-load quiescent current
oder:
gute Effizienz bei niedriger Belastung: <1mA typische Leerlauf Spannung

Somtit immerhin 1000h bzw. 40 Tage Betrieb mit einer Zelle möglich beim 
ersten Typ, mit dem zweiten sollte es bis zur dreifachen Zeitspanne 
möglich sein.

Mit einer Solarzelle aus eine Solargartenleuchte könnte die Zeit noch 
deutlich verlängert werden, wie schon Andere hier schrieben.

Ein Selbstbausperrwandler mit Regelung könnte bereits mit zwei 
Transistoren realisiert werden.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Wer mag, kann an Stelle des "Drecksdigens" ein feines Edelding verwenden 
und somit einen vorzeigbaren Aufwärtswandler mit sauberen Eigenschaften 
bei Gelegenheit vorweisen.

Immerhin wollte schon jemand mit zwei Transistoren ans Ziel gelangen.

MfG

MfG

von Dieter (Gast)


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> Christian S. schrieb:
> Immerhin wollte schon jemand mit zwei Transistoren ans Ziel gelangen.

Bis zu einer Last von 5mA läßt sich das mit zwei Transistoren 
realisieren. Wenn die Peaks von 30mA so kurz wären, dass ein Elko 
(höchstens ein paar hundert uF) dies abfangen könnte, dann wäre dies 
möglich.

von Deneriel (Gast)


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Mein vorgeschlagener MCP1640 kostet 60-70ct in Einzelstückzahlen, dazu 
braucht es noch 2 Kondensatoren, 1 Spule und zwei Widerlinge. Zusammen 
um nen Euro. Das passt auf 1cm² Platine.

Für den Preis und Aufwand braucht man sich IMHO gar nicht irgendwelche 
Tricksereien einfallen lassen.


Wenn man das trotzdem will ist das einfach Hobby: Erreichen eines Zieles 
mit meist unverhältnismäßig hohem Aufwand.
Ist dann auch ok. ;-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Christian S. schrieb:
> Wer mag, kann an Stelle des "Drecksdigens" ein feines Edelding verwenden
> und somit einen vorzeigbaren Aufwärtswandler mit sauberen Eigenschaften
> bei Gelegenheit vorweisen.
>
> Immerhin wollte schon jemand mit zwei Transistoren ans Ziel gelangen.

Ja, mit 2 oder noch besser 3 Transistoren kann man schon einen passablen 
geregelten Stepup-Wandler bauen. Nur ist das dann eben kein 
"Joule-Thief" mehr.

Aber auch dieser Wandler wird im Vergleich zu einem MCP1640

- mehr Platz auf der Leiterplatten brauchen
- schlechter regeln
- einen schlechteren Wirkungsgrad haben
- wegen der niedrigeren Schaltfrequenz größere und teurere Spulen und 
Kondensatoren erfordern; ergo unter dem Strich nicht billiger sein

Mit anderen Worten: was soll das? Zum Lernen und Herumspielen kann man 
das durchaus mal aufbauen. Aber der TE will anscheinend eine Lösung für 
den produktiven Einsatz. Kein Spielzeug für "Papi, Papi! Du hast doch 
gesagt, diese Batterie wäre leer; guck mal, meine LED leuchtet damit 
trotzdem noch!"

von Dieter (Gast)


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Auf einem der DCDC-Wandler der Links ist so ein Chip oder Clone wie von 
Deneriel vorgeschlagen verbaut. Die 1 oder 3mA im Leerlaufbetrieb (auch 
wenn der Chip 0,2 oder weniger benötigen sollte) verursachen die 
Widerstände des Spannungsteilers. Zu hochohmig können diese aber auch 
nicht ausgelegt werden.

von Dieter (Gast)


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Die Entscheidung komplett diskrete Bastlerloesung, fertige Modul, oder 
Aufbau mit Chip liegt beim Fragenden letztendlich.

von Jobst Q. (joquis)


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Axel S. schrieb:
> Aber der TE will anscheinend eine Lösung für
> den produktiven Einsatz.

Für den produktiven Einsatz würde ich doch gleich einen Akku mit 
passender Spannung wählen, nämlich LiFePO4. Und damit die ganzen 
Wandlungsverluste einsparen.

Aber warum einfach, wenn es auch umständlich geht.

von Dieter (Gast)


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Mit einfachen NiMH Akkus es zu loesen finde ich gut.  Mit zwei 
Batteriehalter waere es moeglich waehrend des Betriebes den Akku zu 
tauschen.

von S. B. (piezokristall)


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> Aber der TE will anscheinend eine Lösung für
> den produktiven Einsatz.
was und warum der TO es so haben will bleibt völlig unklar, weil er sich 
nicht mehr rückmeldet. Am Ende vielleicht nur Designgründe?
Noch schlimmer - er gibt auch gleich die Lösung vor:
> ich würde meinen Arduino Pro Mini gerne mal mit einem einzigen AA-Akku
> powern (NiMH, 2600 mAh).
> Dafür benötige ich wohl einen DC/DC Wandler.
da kann ich mich nur dem bereits Gesagtem anschließen:
"Aber warum einfach, wenn es auch umständlich geht."

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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S. B. schrieb:
> Noch schlimmer - er gibt auch gleich die Lösung vor:
>> ich würde meinen Arduino Pro Mini gerne mal mit einem einzigen AA-Akku
>> powern (NiMH, 2600 mAh).

ich tippe mal auf wenig Fachkenntnisse.

NiMh 2600mAh werden zwar beworben halten aber kaum was sie versprechen, 
dann ist die Selbstentladung auch recht hoch.

Wenn dann würde ich Eneloop oder andere LSD Zellen, ready to use wählen 
die um 1900-2000 mAh haben echt und auch noch bei Lagerung oder wenig 
Nutzung nach einem Jahr noch 90% Ladung aufweisen.

1 Zelle als Vorgabe kann auf vorhandenes Ladegerät hindeuten oder auf 
Ersatz durch Alkaline welche ja fast überall kaufbar ist.

Andere würden bei einer Zelle lieber 3,7V/2400 mAh LiIo 18650 wählen den 
stepup sparen, aber da ist Ladegerät und Ersatz nicht so leicht möglich.

von Alexander S. (alex998)


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Hier bieten sich die TPS603xx an:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps60310.pdf
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps60302.pdf

Ausgelegt auf Single-Cell Betrieb, 20mA@3.3V, keine Spule (da 
Ladungspumpe). Dürfte bei den geringen Strömen die effizienteste Lösung 
sein.

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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Alexander S. schrieb:
> keine Spule (da
> Ladungspumpe).

sowas hatte ich mal, aber während der AVR schlief (powerdown) lutschte 
die Ladungspumpe die Akkus immer leer und mit einer Zelle startet der 
AVR nicht.

Man müsste also die Ladungspumpe manuell oder per RTC starten und dann 
per AVR on halten.

von Karl (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> sowas hatte ich mal, aber während der AVR schlief (powerdown) lutschte
> die Ladungspumpe die Akkus immer leer und mit einer Zelle startet der
> AVR nicht.

Und Du meinst ein Step-Up mit Spule lutscht die Akkus nicht leer? Wenn 
man das vermeiden will, muss man gezielt nach Step-Ups oder 
Ladungspumpen mit geringem Eigenverbrauch suchen.

Ist dann wieder ein zusätzliches Kriterium.

von Alexander S. (alex998)


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Joachim B. schrieb:
> Man müsste also die Ladungspumpe manuell oder per RTC starten und dann
> per AVR on halten.

Ich hatte das bei einer ähnlichen Ladungspumpe (TPS60210) einfach über 
den "Snoozemode" geregelt, also Grundzustand Snooze=ein, der Controller 
darf aber Snooze selbstständig ausschalten (bei höherer Last, zb. 
SD-Karte schreiben). Gab da eigtl. keine Probleme.

von Taubnuss (Gast)


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Wie würde sich hier ein TPS61221 schlagen? Ok oder eher nicht so gut?

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