Hallo zusammen, Ich habe aufgrund meiner aktuellen Ausbildung bei meherern Projekten mit Elektronik und Mikrocontrollern zu tun. Nun beschäftigt mich eine Frage seit längerem. Ich möchte diese nun hier stellen da hier sicher viele User ein grosses Wissensspektrum von Mikrocontrollern haben. Es geht um folgendes: Immer öfters werben Mikrocontrollerhersteller mit "Ultra Low Power". ST bewirbt z.b. den STML151 mit "300nA Standby Current". Wie ich feststellen musste, wird bei nahezu allen Geräten welche mit einer Batterie/Akku betrieben werden, heutzutage ein DC/DC Wandler verwendet um die Betriebsspannung für die Bauteile zu erzeugen. Nun tut sich mir ein Paradox auf. Denn die meisten DC/DC Wandler haben im Betrieb mit wenig last eine extrem schlechte effizienz (<70%). Zudem haben diese Wandler einen sogenannten "Leerlaufstrom" IQ, welcher oft zwischen 10uA und 50uA liegt, der Wandler selbst braucht diese Energie, selbst wenn er keinen Strom abgeben muss. Somit ergibt sich dass eine Schaltung ab Batterie mit DC/DC Wandler vermutlich einige uA braucht (unabhängig von MCU). Ob bei z.b. 10uA Betriebsstrom der MCU nun 1uA oder 300nA verbraucht, wirkt sich ja nicht gravierend auf die Batterielebensdauer aus. Somit frage ich mich aktuell wo die Motivation bzw. das Notwendigkeitsargument solch sparsamer MCU's liegt? Das einzige wo es aus meiner sicht sinn macht, ist wenn der MCU direkt ab einer Batterie versorgt werden soll (z.b. für eine Fernbedienung oder Ähnlich). Ob da aber ein MCU mit über 50GPIO Sinn macht, ist hier die Frage. Vielleicht könnt ihr mir ja weiter helfen.
Dieses "ultra low power" ist ein Feature, das bei dem direkten Batteriebetrieb ohne DC/DC-Wandler wichtig, z.B. mit CR2032. Das hindert die Leute natürlich nicht, das "ultra low power" zu ignorieren und die auch für andere Sachen zu benutzen. Interessant find ich Teile wie den ATtiny43u mit eingebautem DC/DC-Wandler für den "ultra low voltage" Betrieb ab 0.7V, also z.B. mit einer AAA-Zelle.
Eine andere Anwendung für ultra-low-power-Controller ist der Bereich des "energy harvesting", d.h. die Versorgung mit aus der Umgebung gewonnener Energie (Wärme, Licht oder RF), um batterielose Sensoren o.ä. konstruieren zu können. Für die (energieintensive) Datenübertragung kann Energie z.B. in einem Pufferkondensator gesammelt werden, und die Datenübertragung geschieht nur gelegentlich. Z.B. bei Temperatursensoren ist eine Übertragung häufiger als alle paar Minuten recht überflüssig.
Lukas B schrieb: > Ob da aber ein MCU mit über 50GPIO Sinn macht, ist hier die > Frage. Hier fehlt Dir eindeutig etwas Phantasie. Mit vielen IOs kann man z.B. nur den jeweils benötigten Teil der Schaltung mit Strom versorgen und anderes per High-Side FET abklemmen. Der neueste Schrei sind übrigens µC mit integriertem DCDC Schaltregler, wo man außen nur noch 'ne winzige SMD Induktivität (und ein paar Kondensatoren) beschalten muss. Spart bei 3,3V Versorgung mal eben 50% Power, da die moderneren µC Kerne nur noch um 1.2V brauchen. Grade beim "Internet of Things" will man ja nicht andauernd die Batterien wechseln...
Lukas B schrieb: > Immer öfters werben Mikrocontrollerhersteller mit "Ultra Low Power". ST > bewirbt z.b. den STML151 mit "300nA Standby Current". > > Wie ich feststellen musste, wird bei nahezu allen Geräten welche mit > einer Batterie/Akku betrieben werden, heutzutage ein DC/DC Wandler > verwendet um die Betriebsspannung für die Bauteile zu erzeugen Genau an dieser Stelle liegt dein Denk(Beobachtungs?)fehler. > Somit ergibt sich dass eine Schaltung ab Batterie mit DC/DC Wandler > vermutlich einige uA braucht (unabhängig von MCU). > Somit frage ich mich aktuell wo die Motivation bzw. das > Notwendigkeitsargument solch sparsamer MCU's liegt? Wenn man eine extrem energiesparsame Schaltung aufbauen will, z.B. weil sie an einem unzugänglichen Ort ist oder man die Batterien aus einem anderen Grund nicht wechseln kann, dann wird man tunlichst auf einen dauerlaufenden DC/DC-Wandler verzichten. Entweder versorgt man die gesamte Schaltung direkt aus der Batterie oder man schaltet den Spannungswandler in den Ruhephasen aus. Dann muß nur noch der µC direkt mit der Batteriespannung auskommen. Sehr praktisch sind hier Stepup-Wandler mit Power-through. Abgeschaltet leiten sie einfach die Eingangsspannung durch.
Lukas B schrieb: > Zudem > haben diese Wandler einen sogenannten "Leerlaufstrom" IQ, welcher oft > zwischen 10uA und 50uA liegt, der Wandler selbst braucht diese Energie, > selbst wenn er keinen Strom abgeben muss. Dann muss man eben einen nehmen, der einen niedrigen quiescent current hat, z.B. TPS62740 von TI, der liegt bei 300nA. Jim M. schrieb: > Der neueste Schrei sind übrigens µC mit integriertem DCDC Schaltregler, > wo man außen nur noch 'ne winzige SMD Induktivität (und ein paar > Kondensatoren) beschalten muss. Spart bei 3,3V Versorgung mal eben 50% > Power, da die moderneren µC Kerne nur noch um 1.2V brauchen. Sicher die eleganteste Variante. Gibt es z.B. mit NRF52840 von Nordic oder DA14580 von Dialog.
Diese ICs haben idR eine Kombination aus Linearregler und Schaltregler; dazu muß man wissen, daß die meisten MCU bei 2V schon mit voller Leistung (also einige zig MHz) arbeiten können. Wenn man mit der Spannung weit genug runtergehen kann, daß sich der Schaltregler-Wkg. mehr als kompensiert, macht es Sinn: Also z.B. CR2032 mit typ 2,7V*85%>=2,3V. Oder bei einer kleinen LiPo-Zelle (da muß idR ohnehin runtergeregelt werden) von 3,7-3,8V auf 2V => bei eff. z.B. 10mA Strom = 20mW werden daraus primärseitig 20mW/85%=24mW statt 3,7V*10mA=37mW - 50% mehr Laufzeit. *) Bei Kleinstleistung, also z.B. in einem Schlafmodus mit einigen µA ist nur der Linearregler aktiv (falls überhaupt). *) Bei Leistungsanforderung wird der Step-Down-Regler aktiviert (das kann idR der Nutzer einstellen) und arbeitet im PFM-Modus. Externe Step-Down-Regler für solche Anwendungen sind z.B. ADP5301 oder TPS62740, TPS62746. Die schaffen Wirkungsgrade >90% bei nur 10uA Laststrom.
Lukas B schrieb: > Das einzige wo es aus meiner sicht sinn macht, ist wenn der MCU direkt > ab einer Batterie versorgt werden soll (z.b. für eine Fernbedienung oder > Ähnlich). Ob da aber ein MCU mit über 50GPIO Sinn macht, ist hier die > Frage. Es geht da gar nicht um die Anzahl Ports, sondern um die Technik. 50 Ports müssen ja nicht unbedingt viel mehr Ruhestrom ziehen als 5.
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