Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Boostregler für MSP430 aus AA-Zelle


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von Matthias W. (matt007)


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ein MSP430 soll preisgünstig, stabil und energiesparend aus einer 
AA-Zelle mit 3.3V versorgt werden mittels Boost-Wandler. Ein Vergleich 
verschiedener Schaltregler zeigt daß dies nicht so einfach ist:

LTC3402: Wirkungsgrad bei kleinen Strömen ok dank Boost-Mode. Die 
Spannung schwankt dann jedoch lt. Datenblatt bis zu 100mV.
Bei Iload<1mA soll der Wandler bei typisch 0.85V anschwingen. Laut 
Grafik für Startup-Voltage sind bei 0.85V ~30mA möglich. Was stimmt nun?
Der Preis erscheint mit 6.- bei Mouser hoch im Vergleich zur MSP430-CPU.

NCP1421: preisgünstig. Bei Vin=1.5V und 1mA liegt der Wirkungsgrad >70%. 
Eine AA-Zelle erscheint eher nicht brauchbar möglich.

NCP1423: preisgünstig. Bei Vin=1.2V und 1mA liegt der Wirkungsgrad >80%. 
Die Startspannung soll lt. Datenblatt bei ~0.8V liegen und das etwa bis 
50mA Last. Oberhalb 100mA steigt die Startspannung deutlich an.

CE8301: preislich interessant ist dieser China-Typ der auf gängigen 
Boostconvertern DCDC 1-5V verbaut ist. Im Datenblatt ist das 
Wirkungsgradbild unten zu grob um zu sehen was da wirklich los ist. Das 
Bild zur Stromlieferfähigkeit ist ebenso grob. Eine Kurve für 0.9V 
Batteriespannung ist eingezeichnet. Der Abfall der Ausgangsspannung 
beginnt demnach bereits bei 10-20mA.

Fazit: Es gibt eine Menge Boost-Regler. Es scheint nicht so einfach 
etwas zu finden das preisgünstig, stabil, gut lötbar, sicher anlaufend 
bei ~1V unter Last ist. Siehe auch: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Versorgung_aus_einer_Zelle

: Verschoben durch Moderator
von Arno (Gast)


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Ohne jetzt alle Datenblätter studiert und gelesen zu haben, werf ich 
nochmal zwei Typen in die Runde, die mit 1x AA funktionieren und die ich 
mit guten Ergebnissen im Einsatz habe:

- TPS61070 - runter bis 0,9V Eingangsspannung, bis zu 75mA@3,3V 
Ausgangsspannung, superklein, Stückpreis ca. 1 Euro bei Mouser
- L6920 - Betrieb runter bis 0,6V Eingangsspannung (Anlauf bis 1V), 
verpolgeschützt, bei Reichelt erhältlich - habe ich eingesetzt, um Raspi 
Zero W aus 2xAA zu versorgen, neues Projekt verwendet 2x AA für ESP12F

MfG, Arno

von Philipp_k59 (Gast)


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Ich hab mal die TLV61225DCKR gefunden, wohl etwas schwieriger zu löten.

0,7v 40ma 5ua quiescent

von nachtmix (Gast)


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Beitrag #5338025 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Matthias W. (matt007)


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Arno schrieb:
> - TPS61070 - runter bis 0,9V Eingangsspannung, bis zu 75mA@3,3V
> Ausgangsspannung, superklein, Stückpreis ca. 1 Euro bei Mouser

Danke Arno. TPS6107x hat mehrere Varianten, 3 mit 1.2MHz, eine mit 
600kHz. Du hast also die Powersave-Enable mit 1.2MHz probiert. Das 
Datenblatt zeigt den Wirkungsgrad über einen großen Bereich - bis weit 
nach unten. Bei Vbat=0.9V, Vo=3.3V, Last=100uA soll der Wirkungsgrad 
>60% liegen.

> - L6920 - Betrieb runter bis 0,6V Eingangsspannung (Anlauf bis 1V),
> verpolgeschützt

sehr guter Hinweis. Verpolschutz macht Sinn wenn Verpolung nicht 
konstruktiv einfach zu lösen ist. Die einfachen Batteriehalter erlauben 
Verpolung. Paralleldiode und Polyswitch/Sicherung kosten Geld und Platz.

von Matthias W. (matt007)


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Philipp_k59 schrieb:
> TLV61225DCKR gefunden

Danke Philipp !

von Egon N. (egon2321)


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Behalte den Formfaktor doch einfach und greife auf eine 14500er zurück. 
Dann brauchst du nur noch einen LDO mit niedrigem Querstrom ala 
MCP1702T, fertig aus.

Wenn du noch mehr Platz hast würde ich zu einer 18650er greifen, die 
bekommt man überall hinterhergeworfen wenn man z.B. mit einer Zelle aus 
einem Laptopakku zufrieden ist, die haben in der Regel noch ausreichend 
Restkapazität für µC Kram...

von Matthias W. (matt007)


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Egon N. schrieb:
> Dann brauchst du nur noch einen LDO mit niedrigem Querstrom ala
> MCP1702T, fertig aus.

da hast Du natürlich recht. Danke für den Hinweis. Ich habe alte Zellen 
aus Akkus. Nur halten die leider im Gegensatz zu Batterien die Ladung 
nicht so toll.

Alkali-Batterien liegen in jedem Supermarkt. Die Akkus muss man erst 
ausbauen. Bastler wie ich schaffen das. Man braucht dann auch eine 
passende Halterung. Natürlich wäre ein Kabelbinder denkbar und 2 
Anlötdrähte.

von Philipp K. (philipp_k59)


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Ich nehme 2xAA mit Stepup.. beste Effizienz auf Dauer, zugunsten des 
seltenen Batterientausches.

von Matthias W. (matt007)


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Philipp K. schrieb:
> Ich nehme 2xAA mit Stepup.. beste Effizienz auf Dauer, zugunsten
> des seltenen Batterientausches.

Danke Philipp !

Hast Du für Verpolschutz etwas vorgesehen?
die meisten Regler können das wohl nicht ab.
wenn die Spannung nur 2V beträgt sind Schutzschaltungen
mit Mosfet wohl schwer gut leitfähig zu bekommen.

Die meisten Batteriehalter sind verpolbar

von Matthias W. (matt007)


Angehängte Dateien:

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das Datenblatt des TLV61225 ist bezüglich des Wirkungsgrads 
fehlerhaft/unklar.

Das erste Bild zeigt den Wirkungsgrad über dem Ausgangsstrom. Bei 
Vin=1.2V liegt der Wirkungsgrad bei 100uA demnach bei ~78%. Das zweite 
Bild zeigt den Wirkungsgrad abhängig von der Eingangsspannung. Die blaue 
Kurve ist 100uA. Demnach liegt der Wirkungsgrad bei Vin=1.2V bei ~73%.

Die Daten der beiden Diagramme passen nicht zusammen. Entweder waren das 
unterschiedliche Samples oder wie soll man das werten?

von Matthias W. (matt007)


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ein Verpolschutz bei niedriger Spannung ist nicht so einfach:
- Ein Serienmosfet ist kaum mehr brauchbar aufzusteuern.
- Eine Querdiode mit Sicherung bringt ggf. die Sicherung nicht zum 
Auslösen.
- Batteriehalter die ein Verpolen nicht erlauben scheinen selten.
- Boostregler die Verpolung aushalten gibt es nicht viele.

von Philipp K. (philipp_k59)


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Ja, mit der Verpolung ist schon so eine Sache..

Bei dem Datasheet habe ich auch keinen Plan.. ich mache mit dem TLV am 
Atmega mit 2 Leds nur kleinigkeiten ohne viel nachzumessen .

von Matthias W. (matt007)


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Philipp K. schrieb:
> Ja, mit der Verpolung ist schon so eine Sache

ein verpolsicherer Batteriehalter würde helfen.

von Egon N. (egon2321)


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Matthias W. schrieb:
> Philipp K. schrieb:
>> Ja, mit der Verpolung ist schon so eine Sache
>
> ein verpolsicherer Batteriehalter würde helfen.

Andere Frage: Ist dieser bei einer AA Zelle überhaupts notwendig? Die 
Spannung ist in der Regel so gering, dass selbst parasitäre Effekte 
nicht zum Tragen kommen.

Ansonsten wäre die einfachste Lösung eine Diode in Sperrrichtung mitsamt 
einer Polyfuse.

von Werner K (Gast)


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Wenn man sich das Datenblatt anschaut, dann erfüllt doch der von Arno 
vorgeschlagene L6920 alle deine Anforderungen, und du brauchst nicht mal 
einen Verpolschutz.

von Matthias W. (matt007)


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Egon N. schrieb:
> Andere Frage: Ist dieser bei einer AA Zelle überhaupts notwendig?

Es scheint so daß eine neue 1.5V-Batterie genügend Strom liefern kann um 
den chip zu schädigen. Im Datenblatt stehen maximum ratings wie beim 
TLV61225: –0.3V. Die 1.5V der Batterie sind 1.2V zu groß. Die Batterie 
kann sicher mehr Strom liefern als das chip vertragen kann.

> Ansonsten wäre die einfachste Lösung eine Diode in Sperrrichtung mitsamt
> einer Polyfuse.

eine 1N4001 Diode hält das sicher aus. Nur werden die 0.3V 
überschritten. Es ist die Frage ob/wann die Polyfuse bei so wenig 
Spannung auslöst.

von Matthias W. (matt007)


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Werner K schrieb:
> der von Arno vorgeschlagene L6920

dieser Typ scheint bislang der einzige Typ zu sein der so einen 
Verpolschutz hat. Bei den anderen Datenblättern habe ich dies bisher 
nicht gesehen.

von Matthias W. (matt007)


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Egon N. schrieb:
> Ist dieser bei einer AA Zelle überhaupts notwendig?

möglicherweise macht es doch Sinn auch über 2AA-Zellen nachzudenken. 
Dann wird das Problem mit der Verpolung noch wichtiger - falls man 
keinen Regler mit Verpolschutz nehmen will.

von Possetitjel (Gast)


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Matthias W. schrieb:

> ein MSP430 soll preisgünstig, stabil und energiesparend
> aus einer AA-Zelle mit 3.3V versorgt werden

Und ZWEI AAA-Zellen gehen natürlich nicht?

von doppelschwarz (Gast)


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Verpolschutz fürs Einzelstück: passende Unterlegscheibe aus Kunststoff 
auf den Pluspolkontakt kleben. Gibt dann einfach keinen Kontakt, wenn 
die Batterie falsch herum drin ist.

von Matthias W. (matt007)


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doppelschwarz schrieb:
> passende Unterlegscheibe aus Kunststoff
> auf den Pluspolkontakt

prima Idee !

von Matthias W. (matt007)


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Possetitjel schrieb:
> Und ZWEI AAA-Zellen gehen natürlich nicht?

die gehen natürlich auch. Diese Batterien haben wir fast nicht im 
Haushalt - im Gegensatz zu den AA-Zellen.

von Possetitjel (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Possetitjel schrieb:
>> Und ZWEI AAA-Zellen gehen natürlich nicht?
>
> die gehen natürlich auch. Diese Batterien haben wir
> fast nicht im Haushalt - im Gegensatz zu den AA-Zellen.

Ich hatte vermutet, dass es um den Platz geht, denn
wenn nicht, ist natürlich 2xAA das einfachste.

von Matthias W. (matt007)


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Possetitjel schrieb:
> Ich hatte vermutet, dass es um den Platz geht, denn
> wenn nicht, ist natürlich 2xAA das einfachste.

Du hast natürlich Recht, auch Platz ist ein Thema. Daher überlege ich 
ggf. 2 unterschiedliche Lösungen zu machen. Einmal für einen Datenlogger 
mit vielen Analogeingängen und DAC und einmal für ein Minisystem besser 
portabel.

Noch steht nicht fest wie genau das alles aussehen soll. Der DAC müsste 
auch 0-10V liefern können. Das erfordert dann mehr Aufwand und Leistung.

von Erik (Gast)


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von Philipp K. (philipp_k59)


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Matthias W. schrieb:
> das preisgünstig, stabil, gut lötbar, sicher anlaufend
> bei ~1V unter Last ist

das unter Last hab ich aber auch überlesen.

Aber welcher schafft das sicher?

von Roland E. (roland0815)


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Steht der MSP430 schon fest? Es gibt auch Typen, welche direkt von 
0,9..1,5V laufen. Teilweise mit Stepup inside, und einige welche 
wirklich nur mit einer Zelle laufen, wimre MSP430Gxxx.

von Matthias W. (matt007)


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Erik schrieb:
> Hallo Schau mal hier

vielen Dank Erik, das Teil sieht interessant aus. Man muss halt 
mindestens 2.5V haben. Bei 2 Zellen AA ist das knapp. Bei 3 Zellen ginge 
es. Oder halt Li.

von Matthias W. (matt007)


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Philipp K. schrieb:
> Matthias W. schrieb:
>> sicher anlaufend bei ~1V unter Last
> Aber welcher schafft das sicher?

bei manchen Reglern ist zum Anlauf unter Last eine Angabe im Datenblatt 
gemacht. Manchmal zeigen Diagramme was gehen soll. Leider habe ich die 
Datenblätter gerade nicht mehr im Kopf.

von Matthias W. (matt007)


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Roland E. schrieb:
> Steht der MSP430 schon fest?

noch nicht.

> Es gibt auch Typen, welche direkt von
> 0,9..1,5V laufen. Teilweise mit Stepup inside, und einige welche
> wirklich nur mit einer Zelle laufen, wimre MSP430Gxxx.

vielen Dank für den Hinweis Roland.

von Matthias W. (matt007)


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Roland E. schrieb:
> Steht der MSP430 schon fest? Es gibt auch Typen, welche direkt von
> 0,9..1,5V laufen. Teilweise mit Stepup inside

kannst Du da ein Beispiel nennen?

> und einige welche wirklich nur mit einer Zelle laufen, wie MSP430Gxxx.

dazu gibt es z.B. dieses Video:
https://www.youtube.com/watch?v=ksT4VidK19c
Introducing the MSP430 0.9-V Microcontroller

"The MSP430L092 has the capability to run all analog and digital logic 
at 0.9V, without boosting parts of the logic to a higher voltage."
"designed to be supplied from a single coin cell with a voltage range 
between 1.65V and 0.9V"

Es ist ggf. schwer mit Outputs die nur 0.9V liefern übliche Verbraucher 
zu schalten.

von Roland E. (roland0815)


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Wenn ein Logic-I/O mehr als 0,7V liefern kann, reicht das völlig. -> 
Bibolartransistor als Booster dahinter und fertig. Schont auch den MuC.

Ich hantiere aktuell (immer noch) mit den "normalen" 1,8..3,3V-Typen. 
Daher ist der genaue Typ für den Single-Cell nicht geläufig. Ein 
oberflächlicher Blick auf der TI-HP gestern hatte auch keine Erleuchtung 
gebracht.

von Matthias W. (matt007)


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Roland E. schrieb:
> Bibolartransistor als Booster dahinter und fertig.

da hast Du recht. Den npn hatte ich fast vergessen.

von F. F. (foldi)


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Matthias W. schrieb:
> Bei 2 Zellen AA ist das knapp. Bei 3 Zellen ginge
> es. Oder halt Li.

Hallo Matthias,
lange nicht gelesen.
Bei so einem Bootsregler spielt das Gewicht der Zellen nun auch eine 
Rolle. Was ist mit dreimal AAA.
Oder eine Kombination aus verschiedenen Batterien. Wenn für den MC 
vielleicht eine Knopfzelle reicht und die anderen Teile mit weniger 
Spannung auskommen, dafür aber mehr Kapazität brauchen, dann könnte man 
da doch sicher auch was anderes zusammen bauen.

von batman (Gast)


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Bootsregler oder Boostregler?

von F. F. (foldi)


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Ha ha!
Oh Gott, besser mit Brille am Handy.

von Matthias W. (matt007)


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Roland E. schrieb:
> Blick auf der TI-HP

bei mir war es ebenso.

es gibt/gab auch:
+ 8bit uC auf Basis 68HC08: 0.9-1.6V 1MHz
+ 8bit C8051F9xx Silicon Labs: 0.9-3.6V (built in boost converter).
+ 8bit ATtiny43U mit DCDC-Converter: 0.7–1.8V (On-chip Boost Converter)

https://www.mouser.com/ds/2/268/doc8048-1066130.pdf
"With its little dc-dc converter fed from 1.2V, but the processor shut 
down, the chip will sit there consuming only 5uA."

für einen Datenlogger mit externem ADC, MUX, SD card hat der ATtiny zu 
wenig RAM-Speicher.

von Matthias W. (matt007)


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F. F. schrieb:
> lange nicht gelesen.

ja.

> Bei so einem Boostregler spielt das Gewicht der Zellen auch eine Rolle.

klar. Je kleiner und leichter umso besser. Die Laufzeit muss halt 
reichen. Noch kenne ich den wahren Energie-Bedarf nicht.

> Was ist mit dreimal AAA.

das wären 4.5V. Mit Boostregler könnte man auf 5V gehen und mit einem 
Linearregler auf 3.3V. Es gibt runde Batteriehalter für 3x AAA für 
0,36€.

von Matthias W. (matt007)


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F. F. schrieb:
> Kombination aus verschiedenen Batterien.

ich überlege ggf. einen SuperCap einzusetzen. Das gibt dann wohl weniger 
Auf- und Ab bei der Spannung. Vor allem ist der Innenwiderstand besser.

von Matthias W. (matt007)


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Matthias W. schrieb:
> Es gibt runde Batteriehalter für 3x AAA für 0,36€.

es gibt auch einen "Adapter - 3x AAA zu 18650 Zelle".

so könnte man ggf. wahlweise 3AAA oder eine 18650-Zelle einbauen.

von Matthias W. (matt007)


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von Egon N. (egon2321)


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Matthias W. schrieb:
> Matthias W. schrieb:
>> oder eine 18650-Zelle einbauen.
>
> die gibt es scheinbar auch mit 12Ah:
> Ebay-Artikel Nr. 263425652519

Ernsthaft? Physik und so...

von Dieter (Gast)


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Unter dem Link sind auch verschiedene Wandler aufgeführt. Wieviele mA 
werden eigentlich benötigt, oder habe ich das überlesen?

http://www.watterott.com/de/Power/Module

von Matthias W. (matt007)


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Egon N. schrieb:
> Ernsthaft?

gute Frage. Wenn ich einen hätte könnte ich es vermessen. Eine Last ist 
da.

von Matthias W. (matt007)


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Dieter schrieb:
> Wieviele mA werden eigentlich benötigt

das weiß ich leider noch nicht, denn es ist noch nicht endgültig klar 
welcher uC und welcher ADC verwendet werden soll. Optional gibt es einen 
DAC. Dann jedoch ist auch Fremdversorgung angedacht.

von Matthias W. (matt007)


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Dieter schrieb:
> Unter dem Link sind auch verschiedene Wandler aufgeführt.

Danke Dieter !

von Mehmet K. (mkmk)


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In einem solchen Anwendungsfall hatte ich den MCP1640 von Microchip 
eingesetzt.
Datenblatt:
- up to 96% typical efficiency
- low start-up voltage 0.65V, typical 3.3V @ 1 mA
In diesem meinen Fall wollte ich die 2 x 1,5V Batterien bis zum 
allerletzten Tropfen ausquetschen.
Pass aber auf die Endungen B/C/D auf (Tabelle 4-1).
Vor einpaar Tagen habe ich es mit einem Umschalter in eine Wanduhr 
eingebaut, da die 1,5V Batterie ab 1,4V nicht mehr imstande war, das 
Uhrwerk anzutreiben.

von Matthias W. (matt007)


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Mehmet K. schrieb:
> MCP1640 von Microchip

Danke für den Hinweis.

von Inhuman Resources (Gast)


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Der mcp16251 bzw. mcp16252 ist moderner als der mcp1640 und auch leicht 
erhältlich.

von Matthias W. (matt007)


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Inhuman Resources schrieb:
> mcp16251 bzw. mcp16252 ist moderner

Danke für den Hinweis !

von Jürgen Wissenwasser (Gast)


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LTC3526L-2

Der funktioniert sogar mit einer Zink-Luft-Batterie.

von Matthias W. (matt007)


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