Hallo, habe hier eine Applikation, bei der ein großer Teil der Betriebszeit im Sleep verbracht wird. Batterie / Akkuspannung liegt bei 6V Controller wird mit 3V arbeiten Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, oder einen Schaltwandler? Die Active-Time wird bei ca. 2% der Betriebszeit liegen.
Wandler schrieb: > Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, Wieso willst Du bei einer Differenzspannung von 3V einen LDO nehmen?
Wandler schrieb: > Hallo, > > habe hier eine Applikation, bei der ein großer Teil der Betriebszeit im > Sleep verbracht wird. > > Batterie / Akkuspannung liegt bei 6V > Controller wird mit 3V arbeiten > > Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, oder einen Schaltwandler? Du meinst einen Linearregler. LDO ist ein spezieller Typ von Linearregler. > Die Active-Time wird bei ca. 2% der Betriebszeit liegen. Linearregler. https://www.mikrocontroller.net/articles/Versorgung_aus_einer_Zelle#Vier_Mignonzellen_mit_LowDrop-Linearregler
...kann man das denn pauschalisieren? Also ab Duty Cycle kleiner X-Prozent lohnt sich der Linearregler mehr als der Schaltregler, oder ab Y% Spannungsdifferenz ist ein LDO besser als ein StepDown-Regler...? Ich meine bei 4 Batterien bzw. 4 Akkus lande ich bei 4,8V bis 6V und möchte eigentlich bei 3V arbeiten. Faktisch vernichte ich ja damit zwischen 37% bis 50% der zur Verfügung stehenden Spannung, was ja letztendlich 37% bis 50% der verfügbaren Energie entspricht... Ich meine, wenn ich im Fall mit 4 Zellen und Nutzung von Batterien 50% der Leistung verbrate um von 6 auf 3V zu kommen, dann könnte ich ja genau so gut nur 2 Zellen verwenden und einen Step-Up-Wandler einsetzen, der die Zellen dann möglichst leer lutscht... oder mache ich mir das zu einfach?
Ich glaube, du vergisst bei deiner Betrachtung den Eigenverbrauch des Schaltreglers bzw. Linearreglers. Tendenziell (aber nicht immer) kann ein spezialisierter Linearegler leichter auf niedrigen Eigenverbrauch getrimmt werden als ein Switcher, denn der muss ja nicht takten. Dafür gibt es andere Probleme, aber das sein hier mal für diese Betrachtung egal.
Wandler schrieb: > Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, oder einen Schaltwandler? > Die Active-Time wird bei ca. 2% der Betriebszeit liegen. Das hängt auch von der Stromaufnahme in den beiden Betriebszuständen ab.
Wolfgang schrieb: > Wandler schrieb: >> Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, oder einen Schaltwandler? >> Die Active-Time wird bei ca. 2% der Betriebszeit liegen. > > Das hängt auch von der Stromaufnahme in den beiden Betriebszuständen ab. Genau! Ein Beispiel: 1 Jahr sind 31536000sec, bei 2% Aktivität 630720sec ON, 30905280sec OFF Sagen wir weiterhin Eigenverbrauch LDO 10uA, Switcher 1mA (100% Effizienz) CPU(3V) im Idle 1uA, im Betrieb 20mA Energie LDO in 1 Jahr 30905280sec*(1uA+10uA) + 630720*(20mA+1uA) = 12955As * 3V = 38865Ws Energie Switcher in 1 Jahr 30905280sec*(1uA+1000uA) + 630720*(20mA+1mA) = 44181As * 3V = 132542Ws Es ist schon spät, verzeiht bitte wenn Fehler drin sind... aber das Prinzip dürfte nun einleuchten, oder? ——- Ich sehe gerade, das Beispiel hinkt etwas: Die Rechnung beinhaltet natürlich noch nicht die Verluste durch die Spannungsdifferenz am LDO. Man müsste eigentlich beide Wirkungsgrade mit einrechnen. Man erkennt jedoch, das im Idle die Effizienz des LDOs besser sein kann.
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Dabei ist 1mA für einen Low Power Schaltregler sehr mies. Inzwischen gibt es welche im zweistelligen nA Bereich: http://www.ti.com/product/TPS62840 Es bleibt somit eine reine Kostenfrage. Der LDO wird günstiger sein - in den seltesten Fällen effizienter.
Wandler schrieb: > Ist es nun günstiger, einen LDO ein zu setzen, oder einen Schaltwandler? Schaltregler lohnt hier nicht. MAX884, MCP1703, MC33375
avr schrieb: > gibt es welche im zweistelligen nA Bereich: > http://www.ti.com/product/TPS62840 > Es bleibt somit eine reine Kostenfrage. Das ist vor allem eine Bschaffungsfrage. Nett dass es die Dinger gibt, aber erstens ist das Gehäuse regelmäßig bescheiden, und zweitens bekommt man sie kaum, wenn man nicht Großabnehmer ist. Lieferzeit bei Mouser 11 Wochen, na danke.
Karl K. schrieb: > avr schrieb: >> gibt es welche im zweistelligen nA Bereich: >> http://www.ti.com/product/TPS62840 >> Es bleibt somit eine reine Kostenfrage. > > Das ist vor allem eine Bschaffungsfrage. Nett dass es die Dinger gibt, > aber erstens ist das Gehäuse regelmäßig bescheiden, und zweitens bekommt > man sie kaum, wenn man nicht Großabnehmer ist. Lieferzeit bei Mouser 11 > Wochen, na danke. Ich gehe davon aus, daß es auch von anderen Herstellern Switcher mit geringem Eigenbedarf gibt. 65nA sind ja nicht zwingend nötig. Schon mit 1µA Eigenbedarf würde ein Switcher einen LDO vermutlich schlagen. Am Ende muß man es einfach einmal durchrechnen. Das Prinzip hat Harald oben ja gezeigt. Man betrachtet die beiden Betriebszustände (idle und aktiv) mit den jeweiligen Strömen an 3V und berechnet den dazu nötigen Strom aus der Batterie. Dann wichtet man beide Werte entsprechend der zeitlichen Verteilung der Betriebszustände. Ich rechne nochmal mit etwas realistischeren Zahlen. Batterie sei 4x Alkali Primärzelle mit im Mittel 1.2V, also 4.8V mittlere Eingangsspannung. Der µC sei zu 98% im Idle mit 1µA und 2% aktiv mit 20mA. Linearregler MCP1700 mit Iq=1.6µA. Switcher MCP16311 mit Iq=44µA und einem Wirkungsgrad von 85%. Idle: Linearregler braucht 1.6µA + 1µA = 2.6µA. Switcher braucht 44µA + 1µA × (3V÷4.8V) ÷ 85% ~= 44.75µA. Aktiv: Linearregler braucht 1.6µA + 20mA = 20.0016mA. Switcher braucht 44µA + 20mA × (3V÷4.8V) ÷ 85% ~= 14.75mA. Gewichtet mit 98% zu 2% gibt die mittlere Stromaufnahme an der Batterie; Linearregler: 403µA vs. Switcher: 339µA Guck mal. Hätte ich nicht gedacht. Das ist praktisch Gleichstand. Jetzt kommt es darauf an, alle Schätzwerte nochmal kritisch zu hinterfragen. Man sollte die Rechnung für verschiedene Wirkungsgrade des Switchers und verschiedene idle/aktiv Verhältnisse wiederholen.
Wandler schrieb: > dann könnte ich ja > genau so gut nur 2 Zellen verwenden und einen Step-Up-Wandler einsetzen, > der die Zellen dann möglichst leer lutscht... oder mache ich mir das zu > einfach? Gib bitte mal die ganze schaltung. Wenn man der uP direct von batterie speisen kann und nur step-up benutzt wenn noetig (oder uP mit eingebauter flexibeler step-up), ist man viel energie-guenstiger. Brauchst du die 6V fuer etwas anders ? Patrick
>Aktiv: Linearregler braucht 1.6µA + 20mA = 20.0016mA. Switcher braucht >44µA + 20mA × (3V÷4.8V) ÷ 85% ~= 14.75mA. Ist der Aktivfall nicht falsch berechnet? Wäre es nicht richtigerweise so: Linearregler Aktiv : 1,6uA + 20mA × (4,8V ÷ 3,0V) = 32,0016mA Linearregler Idle: 1,6uA + 1,0uA × (4,8V ÷ 3,0V) = 3,2uA Schaltregler Idle: 44µA + 1µA ÷ 85% ~= 45.17µA. Schaltregler Aktiv: 44µA + 20mA ÷ 85% ~= 23.52mA.
Wandler schrieb: > ...kann man das denn pauschalisieren? Nein. Ohne konkrete Stromangaben kann jede Antwort richtig oder falsch sein.
Wandler schrieb: >>Aktiv: Linearregler braucht 1.6µA + 20mA = 20.0016mA. Switcher braucht >>44µA + 20mA × (3V÷4.8V) ÷ 85% ~= 14.75mA. > > Ist der Aktivfall nicht falsch berechnet? Nö, deine Rechung ist Nonesense > Wäre es nicht richtigerweise so: > > Linearregler Aktiv : > 1,6uA + 20mA × (4,8V ÷ 3,0V) = 32,0016mA Kaum. > Linearregler Idle: > 1,6uA + 1,0uA × (4,8V ÷ 3,0V) = 3,2uA Au weia! > Schaltregler Idle: > 44µA + 1µA ÷ 85% ~= 45.17µA. > > Schaltregler Aktiv: > 44µA + 20mA ÷ 85% ~= 23.52mA. Schon wieder falsch, vor allem wie hier die Spannungstransformation fehlt. Wenn man keine Ahnung hat, einfach mal . . .
Wandler schrieb: > Wäre es nicht richtigerweise so: (schnipp) Nein, alles falsch. Beim Linearregler fließt der Ausgangsstrom auch auf der Eingangsseite, vollkommen unabhängig davon, wieviel größer die Eingangsspannung ist als die Ausgangsspannung. Und der Eigenstrombedarf des Reglers kommt noch dazu. Beim Schaltregler sind theoretisch Eingangs- und Ausgangs leistung gleich. Bei doppelter Eingangsspannung braucht er also nur den halben Strom. In der Praxis ist die Ausgangsleistung etwas kleiner, weil der Wirkungsgrad unter 100% liegt.
Karl K. schrieb: > Das ist vor allem eine Bschaffungsfrage. Nett dass es die Dinger gibt, > aber erstens ist das Gehäuse regelmäßig bescheiden, und zweitens bekommt > man sie kaum, wenn man nicht Großabnehmer ist. Lieferzeit bei Mouser 11 > Wochen, na danke. Das Bauteil ist halt neu. Du kannst es aktuell direkt bei TI kaufen. Das Gehäuse lässt sich mit wenig Übung mit Heißluft löten. Bei hochfrequenten Schaltregler ist ein kleines Gehäuse übrigens förderlich für ein gutes Layout. Ansonsten gibt es auch den TPS62740 mit etwas höherem Iq.
Harald A. schrieb: > Es ist schon spät, verzeiht bitte wenn Fehler drin sind... aber das > Prinzip dürfte nun einleuchten, oder? > ——- > Ich sehe gerade, das Beispiel hinkt etwas: Die Rechnung beinhaltet > natürlich noch nicht die Verluste durch die Spannungsdifferenz am LDO. > Man müsste eigentlich beide Wirkungsgrade mit einrechnen. Man erkennt > jedoch, das im Idle die Effizienz des LDOs besser sein kann. Bis auf Wirkungsgrad und weltfremde Werte ist das Prinzip richtig erklärt. Ein LTC3642 zieht einen Ruhestrom von 12µA und Digikey hat über 3000 auf Lager, die sie sogar in Einzelstückzahlen verkaufen würden. Bleibt die Frage, wieviel Strom auf der 3V-Seite geliefert werden muss?
Wolfgang schrieb: > Bis auf Wirkungsgrad und weltfremde Werte ist das Prinzip richtig > erklärt. Da hast du Recht, die Werte waren übertrieben, bei meiner ersten Beispielrechnung kamen zu gute Werte für den Switcher raus, daher musste ich etwas an den Werten schrauben. Sollte ja nur das Prinzip zeigen, dass LDO für Schaltungen mit viel Standby besser sein kann (aber nicht muss) Habe gerade gesehen, dass der von mir in letzter Zeit häufig verwendete TPS54202 auch einen sehr kleinen Eigenverbrauch hat. Dazu SOT23-6, mit grober Technik gut lötbar. Mit einer kleinen 4x4mm Spule und keramischen Cs sehr klein aufbaubar. Dazu noch kostengünstig. https://lcsc.com/product-detail/Others_Texas-Instruments_TPS54202DDCR_Texas-Instruments-TI-TPS54202DDCR_C191884.html OT: Es macht übrigens Spaß mit der parametrischen Suche bei LCSC mal zu schauen, welche Schaltregler man für <5 Cent bekommen kann (bei Stückzahl 1). Gleiches Spiel bei Power-Induktivitäten und MLCCs. Für 50 Cent und weniger kann man schon komplette Powerlösungen hinbekommen. Wohlgemerkt, bei sehr kleiner Stückzahl! Der hier z.B. für 9,3ct@10Stk., braucht auch nur 100uA für sich selbst: https://lcsc.com/product-detail/DC-DC-Converters_Silergy_SY8113BADC_SY8113BADC_C78989.html
Harald A. schrieb: > TPS54202 Ja, der ist nett, und er hat Unterspannungsabschaltung über den EN-Pin, was mir bei Akkubetrieb wichtig wäre.
...ok danke, glaube mir ist jetzt einiges klarer. Bei einem Step-Up-Wandler sähe es dann wie folgt aus: Quelle 6V Ausgang 12V Wirkungsgrad 90% Leistung am Ausgang: 2W Daraus folgt: Leistung am Schaltwandler 2W / 90% = 2,22W korrekt?
> dass LDO für Schaltungen mit viel Standby besser sein kann (aber nicht > muss) Es hat in den letzten 5-10Jahren sowohl bei den LDOs wie auch den Schaltreglern eine enorme Entwicklung Richtung geringen Eigenverbrauchs gegeben. Man kann also immer nur Teile die ungefaehr gleich alt sind vergleichen. Die neueren Typen haben aber auch oft (nicht immer) einen Nachteil. Wegen modernerer Herstellungsverfahren haben die nur noch einen kleineren Eingangsspannungsbereich als alte Teile. Aehnlich wie auch bei OPs. In der Praxis wenn einem jedes mW wichtig ist muss man auch jedesmal zum Taschenrechner greifen! Olaf
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