Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ultra low voltage Schalter für 20 mA mit Tasterbetätigung


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von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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Kurzfassung:
Spannungsversorgung: einzelne Zink -Luft Knopfzelle 1,4 V versorgt sehr 
kleinen Audioverstärker
Aufgabenstellung: Verstärker soll per Taster ein/aus geschaltet werden
Lösungsansatz: Toggle switch Schaltung mit zwei Invertern

Langfassung:
Ich habe mir mit zwei Invertern SN74AUC1G14 aus der Advanced 
Ultra-Low-Voltage CMOS Reihe eine kleine Schaltung gebaut. Mit dieser 
möchte ich einen winzigen Verstärker ein/aus-schalten.
Die kleine Inverterschaltung liefert am Ausgang des Inverters 8 mA. Das 
reicht für den Normalbetrieb mit unter 2 mA. Der Verstärker benötigt 
allerdings 20 mA in der Spitze. Die Schaltung verzerrt zu starkt.
Die Versorgungsspannung kommt aus einer Zink-Luft Knopfzelle (nicht 
diskutierbar), die sich auf bis zu 1,1 V entladen darf. Darunter ist sie 
auf Grund ihrer Entladungskurve leer.
Mein Problem ist es nun, diese 8 mA des Inverters bei gegebenen 1,1 V 
auf 20 mA zu verstärken.
Wer kann hier helfen?

von Andrew T. (marsufant)


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von Jim M. (turboj)


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Bei Bluetooth Low Energy hätten so 100µF Reservoir Kondensator(en) 
gereicht, aber bei Audio ist die Dauer der Stromentnahme länger.

Oder treten die 20mA nur im Einschaltimpuls auf?

Ansonsten liesst geht die Frage stark in Richtung Perpetuum Mobile - 
ergo unmöglich: Schließe ein paar Zellen in Reihe oder parallel oder 
beides.

von MaWin (Gast)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:
> Mein Problem ist es nun, diese 8 mA des Inverters

Schalte mehrere Inverter (3 oder mehr) parallel.

Du kannst auch mit einem DMN1019 mehrere Ampere schalten.

von Erich (Gast)


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Deine jetzige Schaltung?

Man darf mehrere identische Gates parallel schalten.
Also mehrfach 8mA aus den AUC  z.B. von den 1G125

Gruss

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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Wie dimensioniert man eine Schaltung damit. Im Netz gibt es nahezu keine 
Schaltungsbeispiele im "ultra low voltage", also bis runter zu 0,8 V.
Auf Grund meiner Knopfzelle habe ich immerhin 1,1 V zur Verfügung. 
Dennoch finde ich keine Schaltungen dazu.

: Bearbeitet durch User
von Äxl (geloescht) (Gast)


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Die Betriebsspannung mit einem P-CH FET durchschalten? Ginge das?
DMP1045U von Diodes.com. kommt im SOT23, evtl. bei NXP oder Vishay 
nochmal nachsehen. Soll ja sicher suuperklein werden. Die haben da 
sicher auch noch diese ChipScalePackages

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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Hallo Äxl,
ein FET könnte die Lösung sein. Nur wie finde ich raus, ob der für 1,1 V 
Betriebsspannung geeignet ist?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:
> Nur wie finde ich raus, ob der für 1,1 V
> Betriebsspannung geeignet ist?

steht i.a. im Datenblatt
Und wie man hier sieht, reicht es nicht mit 1,1V für 8mA. Einzelne 
Exemplare könnten es allerdings schaffen - für ein Einzelstück wäre das 
evtl. ein gangbarer Weg die Teile auszumessen.

Was spricht gegen die Verwendung eines pnp-Transistors?

edit: der DSS5220 z.B. bietet extrem geringe Sättigungsspannung bei 
gleichzeitig rel. hoher Stromverstärkung.

: Bearbeitet durch User
von Εrnst B. (ernst)


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Ganz dumme Idee, aber vielleicht hilft es ja, mal out-of-the-box zu 
denken?

Conrad 701058 , 706159 , 701082 , 701906 usw, usf.

von Markus S. (acepilot)


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H.Joachim S. schrieb:
> Und wie man hier sieht, reicht es nicht mit 1,1V für 8mA. Einzelne
> Exemplare könnten es allerdings schaffen - für ein Einzelstück wäre das
> evtl. ein gangbarer Weg die Teile auszumessen.

Dazu habe ich mal eine kleine Frage, wie entnimmst du diese Information 
aus der angehängten Grafik? Die Y-Achse ist doch mit Ampere und nicht mA 
beschriftet. Hätte jetzt gesagt das es bei bis zu 20mA Spitze 
funktionieren sollte.

von H. (Gast)


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Meiner Meinung nach erstmal auf ein vernünftiges Spannungsniveau kommen 
mittels z.B.
MCP1640
2x3mm² + Spule + Kondensatoren, Eigenverbrauch 19µA, der kann so 
vielleicht always-on bleiben, ein vernünftiger Ausgangskondensator fängt 
die 20mA Spitzen ab.

Dann vielleicht EIN/AUS-Konzept über ein Touch-Sensor IC wie z.B.
AT42QT1012 
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40001948A.pdf
oder
IQS128 
https://www.mouser.com/ds/2/42/iqs128_iqs128l_datasheet-269455.pdf

Falls noch ein wirklich kleiner Verstärker benötigt wird (1.5x1.5mm²)
NCP2820

Damit passt alles zusammen vielleicht auf 5x5mm², doppelseitig bestückt

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Markus S. schrieb:
> wie entnimmst du diese Information
> aus der angehängten Grafik? Die Y-Achse ist doch mit Ampere und nicht mA
> beschriftet. Hätte jetzt gesagt das es bei bis zu 20mA Spitze
> funktionieren sollte.

Da haste recht, irgendwie war ich bei mA :-)

von Harald W. (wilhelms)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:

> Spannungsversorgung: einzelne Zink -Luft Knopfzelle 1,4 V versorgt sehr
> kleinen Audioverstärker

Dir ist aber schon bewusst, das diese Zellen auch ihre Kapazität
verlieren, wenn Du den Verstärker ausschaltest?

von Bernd K. (bmk)


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Hier mal ein MOSFET der für 1,2V Ugs @6A angegeben ist:

https://www.mouser.de/datasheet/2/427/si2342ds-466588.pdf

Gemäß Transfer Characteristic sollte das Teil bei geringen Strömen noch 
bis 0,9V Ugs einigermaßen leiten.

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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@ernst: Nein, keine dumme Idee. Allein: In diese Drucktaster passt meine 
Schaltung hinein. Sie sind viieeel zu groß. Das derzeitig 
Schaltungsdesign beruht auf einer Bedienung per Folientasten.

@h. (gast): Die Betriebsspannung ist mit 1,8 – 5,5 V angegeben, zu hoch 
also. Ansonsten ist es ein interessanter Chip. Auch der Verstärker 
braucht zu hohe Spannung. Meiner ist ähnlich klein, arbeitet bei 0,8 V 
noch und hat auch einen Equalizer etc. mit drin.

@Harald W.: Ja, ich kenne die Zink-Luft Zellen aus Jahrelanger 
Erfahrung. Einmal aktiviert, verlieren sie wirklich in wenigen Wochen 
ihre Kapazität. Für meine Anwendung ist es ok, wenn die Zelle nach 1 – 2 
Wochen getauscht wird.

@Bernd K.: Danke, den werde ich mir einmal ansehen.

@Erich: Ich weiß zwar nicht, ob der G14 eine Parallelschaltung von zwei 
Chip verträgt und damit den Strom verdoppelt, aber das werde ich einmal 
testen.

von hinz (Gast)


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MOSFETs mit sehr geringer Thresholdspannung gibts bei Rohm.

von H. (Gast)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:
> Die Betriebsspannung ist mit 1,8 – 5,5 V angegeben, zu hoch
> also.

Du hast mein Konzept nicht verstanden oder nicht zu Ende gelesen. Dafür 
war der Step-Up MCP1640 gedacht, der kann mit 19µA ja immer an bleiben, 
da eine Zink-Luft Batterie selbst schon eine Selbstentladung in 
ähnlichen Größenordnungen haben wird. Wenn man sucht findet man bestimmt 
auch noch Step-Ups, die noch weniger Eigenbedarf haben. Fa. Linear 
(jetzt analog.com) ist da so eine Adresse.

Der Step-Up macht z.B. 2.5V, DANACH kommen Einschaltlogik und 
Verstärker.

von H. (Gast)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:
> ähnlich klein, arbeitet bei 0,8 V
> noch und hat auch einen Equalizer etc. mit drin.

Zeig mal...

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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Die Chips kann man privat nicht verwenden. Für die Programmierung wird 
ein recht teurer Adapter plus Software benötigt.
Wer sich doch einmal schlau lesen will:
https://www.intricon.com/products/hearing-health/

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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@H.:
Die Lösung habe ich verstanden, ich bin aber wohl nicht ausreichend 
darauf eingegangen.
Die Schaltung benötigt 6 Bauteile. Die Spule ist für meine Verhältnisse 
einfach riesig groß. Ich gehe dabei von 5*5 mm für die Spule aus. Das 
sprengt mir mein Gehäusekonzept. Daher würde so eine Lösung erst nach 
Redesign des Gehäuses in Frage kommen. Ausgeschlossen ist das aber 
nicht.
Auf jeden Fall eröffnet sich hiermit eine Perspektive.

von Harald A. (embedded)


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Anonymus_bugmenot A. schrieb:
> 5*5 mm für die Spule

Viel zu groß...

von Daniel (Gast)


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Dieser P-FET ist relativ klein (2x2) und hat eine niedrige 
Thresholdspannung: 
https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/20v-250v-p-channel-power-mosfet/irlhs2242/

Die Kurve Fig. 3 ist erst ab 100mA gezeichnet, da musst du vielleicht 
eigene Versuche machen. Bei niedrigen Temperaturen wird's knapp.

von Daniel (Gast)


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Der BSS806NE ist noch besser von der VGSth, hat aber einen größeren 
Footprint. Und ist ein N-Kanal-Typ, das sollte man schaltungstechnisch 
bei einem batteriebetriebenen Gerät aber passend hinbekommen (also den 
Minuspol zu schalten).

von Anonymus_bugmenot A. (anonymus_bugmenot)


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Hier meine Lösung.
Die Schaltung läuft noch 1,1 Volt.

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