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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Down DC Leistung/Stromverhältnis


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Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Hallo,

ich plane den Einsatz eines Step-Down DC/DC mit möglichst hoher 
Effizienz und dachte an den TPS62743 oder TPS62745. Rahmenbedingungen 
sind, dass ich eine Eingangsspannung zwischen 4,5 V und 5,5 V für 
Sensoren zur Verfügung habe, die jedoch nicht mehr als 5 mA dauerhaft 
bereitstellen kann. So ist zumindest die Spezifikation. Ich habe auch 
schon probiert, mehr Strom zu ziehen. Dann bricht die Spannung jedoch 
komplett ein und die BOD des µC ATmega328PB wird aktiv und es kommt zum 
Reset.

Am ATmega328PB ist ein BME680 angeschlossen. Beides läuft mit 1,8 V, so 
dass möglichst wenig Strom verbraucht wird. Vorher hatte ich einen LDO 
im Einsatz. Der hat jedoch einen zu geringen Wirkungsgrad.

Nun möchte ich noch einmal bestätigt (oder auch korrigiert) wissen, wie 
sich das mit der Leistung bzw. den Eingangs- und Ausgangsströmen 
verhält.

Ist es korrekt bzw. gilt das auch für den speziellen 
Niedriglaststrommodus des TPS62743, dass der Ausgangsstrom des Step-Down 
- natürlich in Abhängigkeit des Wirkungsgrades - höher sein kein, als 
der Eingangsstrom?

Ich rechne:

Pin = I_in_max * Uin = 0,005 * 5
I_out_max = Pin * Eff% / Uout = 0,025 * ~0,9 / 1,8 = 12,5 mA

Liege ich damit ungefähr richtig? Klar, der Wirkungsgrad ist sicher 
etwas niedriger, auch je nach eingesetzter Spule und Kondensatoren.

Nun zieht der BME680 während der Messung der Luftqualität ca. 12 mA für 
eine einstellbare Zeit von 100 - 300 ms. Da müsste ich sicher noch einen 
Lastspitzenkondensator eingangsseitig vorsehen. Wie groß würdet ihr in 
machen? Ich hatte mal 470 µF ausgerechnet. Das ist jedoch glaub ich zu 
groß.

--
Vielen Dank,
Mathias

: Verschoben durch Moderator
Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mathias W. schrieb:
> Ist es korrekt bzw. gilt das auch für den speziellen
> Niedriglaststrommodus des TPS62743, dass der Ausgangsstrom des Step-Down
> - natürlich in Abhängigkeit des Wirkungsgrades - höher sein kein, als
> der Eingangsstrom?
Beim Stepdown ist der Ausgangsstrom immer höher als der Eingangsstrom, 
wenn man den Ruhestrom mal außen vor läßt.
Allerdings rechnet man üblicherweise vom Ausgang in Richtung Eingang. 
Denn du brauchst am Ausgang einen bestimmten Strom und muss ihn am 
Eingang bereitstellen.

Wenn deine Quelle Nichtgebrauch als 5mA hergibt,  dann solltest du den 
Pufferkondensator besser vor den Regler machen, denn der Regler liefert 
dann trotz abfallender Spannung am Pufferkondensator eine konstante 
Spannung.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Lothar M. schrieb:
> Mathias W. schrieb:
>> Ist es korrekt bzw. gilt das auch für den speziellen
>> Niedriglaststrommodus des TPS62743, dass der Ausgangsstrom des Step-Down
>> - natürlich in Abhängigkeit des Wirkungsgrades - höher sein kein, als
>> der Eingangsstrom?
> Beim Stepdown ist der Ausgangsstrom immer höher als der Eingangsstrom,

Danke, dass wollte ich hören. ;-)

> Wenn deine Quelle Nichtgebrauch als 5mA hergibt,  dann solltest du den
> Pufferkondensator besser vor den Regler machen,

Das meinte ich mit eingangsseitig.

Nun muss ich nur nochmal die Kapazität richtig berechnen. Eigentlich 
wollte ich gleich den Cin vergrößern. Das ist vermutlich nicht so eine 
gute Idee, oder?

Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Mathias W. schrieb:
> Nun muss ich nur nochmal die Kapazität richtig berechnen. Eigentlich
> wollte ich gleich den Cin vergrößern. Das ist vermutlich nicht so eine
> gute Idee, oder?

Doch, kann man machen, ohne Limit. Steht so im DS.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Mathias W. schrieb:
> Eigentlich wollte ich gleich den Cin vergrößern. Das ist vermutlich
> nicht so eine gute Idee, oder?
Wenn der Kondensator am Ausgang sitzt und der Regler die 
Ausgangsspannung konstant hält, kann der Kondensator keine Ladung 
liefern, sondern der Regler versucht das zu tun - bringt also nix. Der 
Kondensator kann nur unterstützen, wenn sich die Spannung ändern 
darf/kann.

Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Wolfgang schrieb:
> Mathias W. schrieb:
>> Eigentlich wollte ich gleich den Cin vergrößern. Das ist vermutlich
>> nicht so eine gute Idee, oder?
> Wenn der Kondensator am Ausgang sitzt und der Regler die
> Ausgangsspannung konstant hält, kann der Kondensator keine Ladung
> liefern, sondern der Regler versucht das zu tun - bringt also nix. Der
> Kondensator kann nur unterstützen, wenn sich die Spannung ändern
> darf/kann.

Das ist ja klar, deshalb den Kondensator auch eingangsseitig einsetzen. 
Das hat jedoch nix mit der Größe von Cin (siehe Bild) zu tun. Ich nehme 
an, dass war hier nur erklärend gemeint. Oder verstehe ich irgendetwas 
nicht richtig?

Nun bin ich nur noch am überlegen, ob ich den TPS62743 oder den TPS62745 
verwenden sollte.

Autor: Alexxx (Gast)
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>> Nun bin ich nur noch am überlegen, ob ich den TPS62743 oder den TPS62745
verwenden sollte.

Diese Wandler, besonders der TPS62743 sind eigentlich optimal.
Doch wie willst du diese bestücken/löten?
Der TPS62743 hat nur Balls mit 0,4mm Pitch!! Sportlich, sportlich.
Obwohl ich schon öfters QFN und MSOP von Hand bestückt und gelötet habe, 
würde ich mir das nicht zutrauen. Oder lässt du bestücken?
Außerdem darf der Stencil nicht zu dick sein und du brauchst extra feine 
Lötpaste.
Der TPS62745 hat wenigstens QFN mit 0,5mm Pitch...

Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Alexxx schrieb:
>>> Nun bin ich nur noch am überlegen, ob ich den TPS62743 oder den TPS62745
> verwenden sollte.
>
> Diese Wandler, besonders der TPS62743 sind eigentlich optimal.
> Doch wie willst du diese bestücken/löten?
> Der TPS62743 hat nur Balls mit 0,4mm Pitch!! Sportlich, sportlich.
> Obwohl ich schon öfters QFN und MSOP von Hand bestückt und gelötet habe,
> würde ich mir das nicht zutrauen. Oder lässt du bestücken?
> Außerdem darf der Stencil nicht zu dick sein und du brauchst extra feine
> Lötpaste.

Ich lasse bestücken. Ist jedoch sicher eine gute Idee, beim Bestücker 
nachzufragen. Der hatte bisser immer mit meinen "Sonderwünschen" 
Probleme.

Vorteil des TPS62743 ist, dass er bis 2,1 V min. Eingangsspannung 
funktioniert. Wenn ich also doch bisl mehr ziehen sollte, als der 
Pufferkondensator abfangen kann, läuft es ein bisschen länger. 
Allerdings sollte dieser Fall nie eintreten. Der TPS62745er braucht min. 
3.3 V, funktioniert dafür bis 10 V und ist auch noch bisl effizienter.

Von anderen Herstellern habe ich auch noch nichts äquivalentes gefunden.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mathias W. schrieb:
> Nun muss ich nur nochmal die Kapazität richtig berechnen. Eigentlich
> wollte ich gleich den Cin vergrößern. Das ist vermutlich nicht so eine
> gute Idee, oder?
Warum nicht? Er ist auf der richtigen Seite.

Mathias W. schrieb:
> Nun zieht der BME680 während der Messung der Luftqualität ca. 12 mA für
> eine einstellbare Zeit von 100 - 300 ms.
Was ist der Gesamtstrom auf der Sekundärseite? Wieviel musst du da wie 
lange bereitstellen? Was kommt zu diesen 12mA dazu? Welche Zeit wirst du 
da einstellen (denn grob überschlagen gilt: dreifache Zeit --> dreifache 
Energie --> dreimal so großer Kondensator)?

Autor: Mathias W. (mathias_w)
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Lothar M. schrieb:
> Mathias W. schrieb:
>> Nun zieht der BME680 während der Messung der Luftqualität ca. 12 mA für
>> eine einstellbare Zeit von 100 - 300 ms.
> Was ist der Gesamtstrom auf der Sekundärseite? Wieviel musst du da wie
> lange bereitstellen? Was kommt zu diesen 12mA dazu? Welche Zeit wirst du
> da einstellen (denn grob überschlagen gilt: dreifache Zeit --> dreifache
> Energie --> dreimal so großer Kondensator)?
Ich werde die Messung (Heizung) vermutlich auf 200 ms einstellen. Es 
kommt höchstens noch 1 mA für den µC hinzu, da dieser nix anderes zu tun 
hat und auch während der eigentlichen Messung im Sleep ist.
Wenn ich es im Kopf überschlage, müsste ich eingangsseitig 6 mA für 
diese 200 ms bereitstellen, also 1 mA zusätzlich, bzw. den dadurch 
entstehenden Spannungsabfall.

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