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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Leistung der ICs


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von boiii (Gast)


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Hi,

kurze Verständinsfrage.
Wenn ich einen IC habe, der 1.1V, 2.5V und 3.3V benötigt und an den 
jeweiligen Rails unter nem bestimmten Modus Maximalströme zieht z.B.
1.1V 100mA
2.5V 250mA
3.3V 200mA

Und die Spannungen 1.1V und 2.5V aus einem Regler kommen, rechne ich 
dann einfach alle Ströme zusammen und mal 3.3V oder rechne ich für jede 
Spannung am IC extra Strom mal Spannung zusammen?

Also sinds 1,395W oder 1,615W?

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Das hängt davon ab, ob der PMIC die Core-Spannungen über Linearregler 
oder über Schaltregler erzeugt.

von Thomas W. (goaty)


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Kommt drauf an welche Leistung du wissen möchtest.
Die vom IC oder die von der gesamten Schaltung.

Alle Ströme addieren mal 3,3V ist auf alle Fälle nicht richtig.

Aufgrund der verfügbaren Meßwerte ist nur 1,395W richtig.

: Bearbeitet durch User
von boiii (Gast)


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Thomas W. schrieb:
> Kommt drauf an welche Leistung du wissen möchtest.
> Die vom IC oder die von der gesamten Schaltung.
>
> Alle Ströme addieren mal 3,3V ist auf alle Fälle nicht richtig.
>
> Aufgrund der verfügbaren Meßwerte ist nur 1,395W richtig.

Ok.
So ähnlich dachte ich es mir auch.
Wenn der IC die Spannungen bekommt dann die 1,395W.
Wie ist das mit der Verlustleistung?
Ich finde dann nur diese Koeffizienten °C/W.
Von welcher maximalen Erwärmung kann ich denn ausgehen, dass ich mir PD 
berechnen kann? Tambient kann man sich ja denken aber die Tjunction?

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


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boiii schrieb:
> kurze Verständinsfrage.
> Wenn ich einen IC habe, der 1.1V, 2.5V und 3.3V benötigt und an den
> jeweiligen Rails unter nem bestimmten Modus Maximalströme zieht z.B.
> 1.1V 100mA
> 2.5V 250mA
> 3.3V 200mA
>
> Und die Spannungen 1.1V und 2.5V aus einem Regler kommen, rechne ich
> dann einfach alle Ströme zusammen und mal 3.3V oder rechne ich für jede
> Spannung am IC extra Strom mal Spannung zusammen?

Das kommt darauf an, was du ausrechnen willst. Die im IC umgesetzte 
Leistung ist die Summe der Einzelleistungen bei den jeweiligen 
Spannungen. Wobei auch das nur ein theoretischer Maximalwert ist.

Wenn es um den Leistungsbedarf vor dem Spannungsregler geht - da kommt 
es darauf an, was das für ein Spannungsregler ist.

Bei einem Linearregler ist Eingangsstrom = Ausgangsstrom + Verluste 
(Querstrom, quiescent current). Bei einem Schaltregler ist 
Eingangsleistung = Ausgangsleistung ÷ Wirkungsgrad.

von Thomas W. (goaty)


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Du mußt die Leistung wegbekommen, also 1,4W. Weil alles in Wärme 
umgewandelt wird, außer du hast einen weiteren Verbraucher hinter dem 
IC. (LED, Motor).

Der Wärmewiderstand (°C/W) behindert den Abtransport der Wärme an die 
Nächste Stufe (Luft, Kühlkörper, PCB). Pro Watt ist die 
Temperaturdifferenz in °C angegeben zwischen Chip im Innern und der 
Außenseite des Gehäuses.

Wie die Wärmeenergie weitertransportiert wird ist damit nicht gesagt. 
(Konvektion an Luft, Kühlkorper und dann an Luft, o.ä.).

Die tJunction sagt nur, wie heiß der Halbleiter werden darf (150°C).

Ich hab grad keinen Link da, aber es gibt gute Beschreibungen, wie man 
die Wärme-Widerstandskette bis hin zur Luft berechnen kann.

Bin aber kein Experte, das war eher Halbwissen.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #5930820 wurde von einem Moderator gelöscht.
von boiii (Gast)


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Msd schrieb im Beitrag #5930820:
> boiii schrieb:
>> Und die Spannungen 1.1V und 2.5V aus einem Regler kommen
>
> Wie soll das gehen?

Ein Regler mit mehreren Outputs

von boiii (Gast)


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Wie komme ich denn auf die Verlustleistung des einfachen ICs. ALso weder 
LDO noch Schaltregler.
Ist es einfach so, dass die aufgenommene Leistung der abgegebenen 
Leistung entspricht?
Also sagen wir mal ein IC nimmt 3V 0,5A auf so ist die Aufnahme 1,5W.
Und diese 1,5W gibt er dann als Wärme ab, weil die ja irgendwo hin muss?
Werte wie Power dissipation finde ich nicht. Nur eben diese 
Temperaturkoeffizienten.

Danke für eure Hilfe.
LG

von Thomas W. (goaty)


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Entweder es steht im Datenblatt: Betriebsspannung und (typischer) Strom
oder du hast es gemessen und weißt es darüber.

Die aufgenommene Leistung muß ja irgendwo hin, wenn nichts dahinter 
angeschlossen ist, muß alles als Wärme enden.

Abziehen muß man alles was an Leistung aus dem IC rausgeht an Motoren, 
LEDs, Laser, Lautsprecher ....

Power dissipation meint die Watt, die als Wärme abgeführt werden müssen, 
afaik.

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


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boiii schrieb:
> Ist es einfach so, dass die aufgenommene Leistung der abgegebenen
> Leistung entspricht?

In Summe schon (der erste Hauptsatz der Thermodynamik läßt grüßen).
Aber es ist nicht notwendig alles Wärmeleistung.

Bleiben wir bei deinem Beispiel:

> Also sagen wir mal ein IC nimmt 3V 0,5A auf so ist die Aufnahme 1,5W.

Hier fügen wir noch etwas mehr hinzu. Am IC mögen insgesamt 8 LED 
angeschlossen sein, die mit je 5mA angesteuert werden. Der Einfachheit 
halber nehmen wir an, daß die ganzen 3V an LED und Vorwiderstand 
abfallen.

> Und diese 1,5W gibt er dann als Wärme ab, weil die ja irgendwo hin muss?

Abzüglich der Leistung, die das IC an die LED "durchreicht". 8 × 5mA 
macht 40mA. 40mA × 3V macht 0.12W, die nicht im IC bleiben, sondern sich 
auf 8 LED und 8 Widerstände verteilen. In diesem Szenario bleiben dann 
nur 1.38W an Wärmeleistung im IC.

von boiii (Gast)


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Thomas W. schrieb:
> Entweder es steht im Datenblatt: Betriebsspannung und (typischer)
> Strom
> oder du hast es gemessen und weißt es darüber.
>
> Die aufgenommene Leistung muß ja irgendwo hin, wenn nichts dahinter
> angeschlossen ist, muß alles als Wärme enden.
>
> Abziehen muß man alles was an Leistung aus dem IC rausgeht an Motoren,
> LEDs, Laser, Lautsprecher ....
>
> Power dissipation meint die Watt, die als Wärme abgeführt werden müssen,
> afaik.

Ok. Also wenn da unter current consumption ein Maximalwert steht, dann 
ist es also die Spannung der Rail (zB. 3.3V) mit dem Maximalstrom unter 
der current consumption multipliziert. Das muss dann als Wärme raus. Das 
wäre dann die Power Dissipation.
Korrekt?

von Thomas W. (goaty)


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Würde ich so sehen, vielleicht kennen sich Andere besser aus, aber so in 
etwa.

von boiii (Gast)


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Axel S. schrieb:
> boiii schrieb:
>> Ist es einfach so, dass die aufgenommene Leistung der abgegebenen
>> Leistung entspricht?
>
> In Summe schon (der erste Hauptsatz der Thermodynamik läßt grüßen).
> Aber es ist nicht notwendig alles Wärmeleistung.
>
> Bleiben wir bei deinem Beispiel:
>
>> Also sagen wir mal ein IC nimmt 3V 0,5A auf so ist die Aufnahme 1,5W.
>
> Hier fügen wir noch etwas mehr hinzu. Am IC mögen insgesamt 8 LED
> angeschlossen sein, die mit je 5mA angesteuert werden. Der Einfachheit
> halber nehmen wir an, daß die ganzen 3V an LED und Vorwiderstand
> abfallen.
>
>> Und diese 1,5W gibt er dann als Wärme ab, weil die ja irgendwo hin muss?
>
> Abzüglich der Leistung, die das IC an die LED "durchreicht". 8 × 5mA
> macht 40mA. 40mA × 3V macht 0.12W, die nicht im IC bleiben, sondern sich
> auf 8 LED und 8 Widerstände verteilen. In diesem Szenario bleiben dann
> nur 1.38W an Wärmeleistung im IC.

Schönes Beispiel. Danke.
Aber was ist wenn ich nur Stromaufnahmen für bestimmte Modi des IC habe 
und nichts anderes?
ZB alles in Benutzung (GPIOs, CLKs, usw.) bei 0,5A auf der 3V Schiene.
MEhr nicht.
Dann kann ich doch nur davon ausgehen, dass er die gesamte Leistung in 
Wärme umsetzen muss, oder?

von Thomas W. (goaty)


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Beispiel TL082 Operationsverstärker:

5.6mA max Stromaufnahme, z.B. bei +-15V wären worst case 0.168W.
Bei einem Wärmewiderstand von 85°C/W (DIP8) würde sich der Chip um 14°C
erwärmen (ohne Konvektion und Kühlkörper)

von Thomas W. (goaty)


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Wenn du die gesamte Leistung im IC verbrätst, dann ist natürlich die 
Frage was der Sinn des ICs ist, denn wenn ich keine Ausgänge habe, dann 
hat die ganze Schaltung keinen Sinn.

von boiii (Gast)


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Thomas W. schrieb:
> Wenn du die gesamte Leistung im IC verbrätst, dann ist natürlich
> die
> Frage was der Sinn des ICs ist, denn wenn ich keine Ausgänge habe, dann
> hat die ganze Schaltung keinen Sinn.

von boiii (Gast)


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Thomas W. schrieb:
> Wenn du die gesamte Leistung im IC verbrätst, dann ist natürlich
> die
> Frage was der Sinn des ICs ist, denn wenn ich keine Ausgänge habe, dann
> hat die ganze Schaltung keinen Sinn.

Ok.
Also schaue ich mir die CurrentConsumption an und dann wie er sich durch 
diese Leistung erhitzt. Diese Wärme muss dann abgegeben werden. Dafür 
die Koeffizienten um eben diese Wärme an der Chipoberfläche berechnen zu 
können.

von boiii (Gast)


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ZB hier:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/00002202C.pdf
S.32 Condition 1
152mW Chip Power.
Aber keine Angaben zur Dissipation.

Wie komme ich also da drauf?

von Thomas W. (goaty)


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Probier es am besten auf dem Steckbrett mal aus,
z.B. mit 7805 Spannungsregler, Eingangsspannung z.B. 12V.

Dann ohne Last, was ist die Verlustleistung ? ein paar Milliampere * 12V
-> Ergibt die Erwärmung (Messen mit Thermometer)

Dann mit Last, z.B. 100mA
Wird heiß weil Verlustleistung ist die von zuvor plus 12V-5V = 7V * 0.1A 
= 0.7W

Ganz einfaches Experiment

von Thomas W. (goaty)


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Also der Eigenverbrauch scheint erstmal 66mW zu sein (3.3V * 20mA) 
(Seite 46 , EDPD Mode)

Wärmewiderstand ist 46°C/W an Luft (ohne Kühlkörper)

Wie man jetzt mit angeschlossenem Kabel auf die wirkliche 
Verlustleistung kommt ist mir da auch nicht ganz klar. Man könnte von 
der Tabelle ausgehen, was dann wohl bis ca. 150mW bedeutet.

Das wären dann etwa 7°C Erwärmung gegen Umgebung

: Bearbeitet durch User
von boiii (Gast)


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Thomas W. schrieb:
> Also der Eigenverbrauch scheint erstmal 66mW zu sein (3.3V * 20mA)
> (Seite 46 , EDPD Mode)
>
> Wärmewiderstand ist 46°C/W an Luft (ohne Kühlkörper)
>
> Wie man jetzt mit angeschlossenem Kabel auf die wirkliche
> Verlustleistung kommt ist mir da auch nicht ganz klar. Man könnte von
> der Tabelle ausgehen, was dann wohl bis ca. 150mW bedeutet.
>
> Das wären dann etwa 7°C Erwärmung gegen Umgebung

Genau das ist auch mein Ansatz. Bei dem Modus schauen und dann muss es 
ja notgedrungen die Leistung sein, denn er arbeitet ja und verbrät die 
Leistung für diese Funktionen.

Beitrag #5931117 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Wolfgang (Gast)


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boiii schrieb:
> Werte wie Power dissipation finde ich nicht. Nur eben diese
> Temperaturkoeffizienten.

Das ist kein Temperaturkoeffizient, sondern der Warmewiderstand. Sonst 
würde die Temperatur im Nenner stehen.

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


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boiii schrieb:
> Aber was ist wenn ich nur Stromaufnahmen für bestimmte Modi des IC habe
> und nichts anderes?
> Dann kann ich doch nur davon ausgehen, dass er die gesamte Leistung in
> Wärme umsetzen muss, oder?

Da der Hersteller nicht weiß (nicht wissen kann) was du noch alles 
anzuschließen gedenkst, kann er nur die netto-Leistungsaufnahme des IC 
angeben. Und das ist dann in der Tat 100% Wärme.

von boiii (Gast)


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Msd schrieb im Beitrag #5931117:
> boiii schrieb:
> Ein Regler mit mehreren Outputs
>
> Wieso ist es für die Rechnung von relevanz ob die Spannungen aus einem
> Dual-Regler oder zwei separaten Regler entstehen?
>
> boiii schrieb:
> Und die Spannungen 1.1V und 2.5V aus einem Regler kommen, rechne ich
> dann einfach alle Ströme zusammen und mal 3.3V oder rechne ich für jede
> Spannung am IC extra Strom mal Spannung zusammen?
>
> Natürlich rechnest du für jede Rail Strom*Spannung.
> Und selbst wenn man es nicht besser wüsste und es falsch berechnet hat,
> wieso um Himmels willen rechnet man mit der Summe zweier Ströme und dann
> mit einer Spannung die in keinem Zusammenhang mit diesen beiden Strömen
> steht (3,3 V?????).
>
> Diskussion hier ist überflüssig. Frage geklärt. Next.

Ja das war etwas wir formuliert.
Im Grunde geht es mir um die Verlustleistung/abgegebene Wärme eines ICs 
der kein Regler ist. also zB der oben von mir verlinkte PHY.
Er verbraucht die Leistung die er aufnimmt. Natürlich rechne ich hier 
jede Rail extra.
Aber woher weiß ich im oben genannten Beispiel wieviel Wärme bzw 
Leistung er abgibt?
Keine Leds oder so extern dran.
Verbraucht er den größten Teil selbst intern und produziert dann die 
Wärme welche ich Schicht für Schicht durchrechnen muss mit den 
Wärmewiderstanden, bzw kann ich hier in guter Näherung annehmen, dass 
der IC die gesamte aufgenommene Leistung in Wärme umsetzt?

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

boiii schrieb:
> bzw kann ich hier in guter Näherung annehmen, dass
> der IC die gesamte aufgenommene Leistung in Wärme umsetzt?

Ja, kannst du. Da bist du ja auf der sicheren Seite. Wenn dein PHY doch 
nicht alles in Waerme umsetzt, sondern auch ein paar mW in's 
TX-Leitungspaeaerchen und Status-LEDs pumpt, bleibt er halt ein paar 
Dezikelvin kaelter, als du berechnet hast. Macht aber nix.

Gruss
WK

von boiii (Gast)


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Dergute W. schrieb:
> Moin,
>
> boiii schrieb:
> bzw kann ich hier in guter Näherung annehmen, dass
> der IC die gesamte aufgenommene Leistung in Wärme umsetzt?
>
> Ja, kannst du. Da bist du ja auf der sicheren Seite. Wenn dein PHY doch
> nicht alles in Waerme umsetzt, sondern auch ein paar mW in's
> TX-Leitungspaeaerchen und Status-LEDs pumpt, bleibt er halt ein paar
> Dezikelvin kaelter, als du berechnet hast. Macht aber nix.
>
> Gruss
> WK

Mahlzeit Gutster,

danke für die befriedigende Antwort.
Ich habe mir da bis jetzt den Kopf zermartert.
Im Endeffekt ists ja mein Endabnehmer der ja idealerweise alles 
verballert was er laut DS benötigt.
Danke nochmal und einen schönen Abend.

LG

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