Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Best Practice für 3V Stromversorgung


von Matthias (Gast)


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Hallo,

ich habe ein 3-er Set flackernder Echtwachskerzen mit LED, von denen 
jede mit 2 Stck AAA Batterien zum Leuchten gebracht wird.
Ich würde die Kerzen gerne mit der Schrankbeleuchtung schalten, die an 
einer Alexa Steckdose und einem 12V Steckernetzteil angeschlossen ist.
Für die Kerzen könnte ich jetzt ein zus. 3V Steckernetzteil (unüblich) 
besorgen oder die 12V der Schrankbeleuchtung über einen vorhandenen 
einstellbaren Pollin Step-Down Wandler (In 5-30V, Out 1,5-24V) 
herunterregeln.
Welche Variante wäre vorzuziehen?

Danke für alle Antworten

von Hmmm (Gast)


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Matthias schrieb:
> 3V Steckernetzteil (unüblich)

Kann fast jedes Universalnetzteil. Bei Vorhandensein von Kleinkindern 
die Spannung mit einem Tropfen Klebstoff fixieren.

von Gerald B. (gerald_b)


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Tu dir einen Gefallen und ersetze im Stepdown das Spindelpoti durch 
einen Festwiderstand. Wenn das Poti aussetzt, werden die 12V 
durchgereicht und deine Flackerkerzen brennen 1x in echt, aber nur 
kurzzeitig :-P
Ein übliches 3,3V Netzteil sollte auch gefahrlos gehen. Eine frisch aus 
der Verpackung geholte AAA Zelle hat irgendwas knapp über 1,7V - in 
Summe also 3,4 Volt ;-)
Man kann auch ein 5V Netzteil hernehmen und mittels Vorwiderstand und 
Zenerdiode (blaue, oder weiße LED geht auch), das Ding betreiben.
Oder eben einem 3,3V Festspannungsregler...

von Wolfgang (Gast)


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Gerald B. schrieb:
> Tu dir einen Gefallen und ersetze im Stepdown das Spindelpoti durch
> einen Festwiderstand.

In DEM Stepdown reicht es oft, an der vorgesehenen Stelle die Leiterbahn 
aufzutrennen und die Lötbrücke für 3.3V zu setzen.
https://www.ebay.com/itm/191944441800

von Matthias (Gast)


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Gerald B. schrieb:
> Oder eben einem 3,3V Festspannungsregler...

Einen LM317 einstellbaren Spannungsregler habe ich auch noch irgendwo 
rumliegen

von Andrew T. (marsufant)


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Und bitte stets daran denken das derartige Led flackerkerzen so 
konzipiert sind, das die Versorgung etliche Ohm Innenwiderstand haben 
muss.
Das ist für die Funktion sehr wichtig.
Ein niederohmiger 317 überlastet die Kerzen.

von Andreas S. (igel1)


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Andrew T. schrieb:
> Und bitte stets daran denken das derartige Led flackerkerzen so
> konzipiert sind, das die Versorgung etliche Ohm Innenwiderstand haben
> muss.
> Das ist für die Funktion sehr wichtig.
> Ein niederohmiger 317 überlastet die Kerzen.

Ich wollte dem TO gerade einen Vorwiderstand mit zur Kerze 
parallelgeschalteten, dicken Elko verkaufen, da lese ich Deinen Beitrag.

Jetzt bin ich etwas überrascht.
Das mit dem zwingenden Innenwiderstand wusste ich nicht.
Was mich dabei verwirrt: Eine frische Mignon-Batterie hat doch keine 
mehrere Ohm Innenwiderstand? (eher mehrere dutzend Milliohm).
Warum überleben die Flackerkerzen trotzdem?

Viele Grüße
Igel1

von MaWin (Gast)


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Matthias schrieb:
> Für die Kerzen könnte ich jetzt ein zus. 3V Steckernetzteil (unüblich)
> besorgen oder die 12V der Schrankbeleuchtung über einen vorhandenen
> einstellbaren Pollin Step-Down Wandler (In 5-30V, Out 1,5-24V)
> herunterregeln.
> Welche Variante wäre vorzuziehen?

Flacker-LED arbeiten von 3 bis 5V und begrenzen den Strom durch den LED 
Chip selbst.

https://www.tme.com/Document/823ce6927e7216fd6d7ee18a84295d5b/OSM2DK5111A-UV.pdf

Da du sowieso 12V hast und für die 3 LEDs auch übrige Leistung, würde 
ich die 12V nutzen. Leider darf man nicht einfach 3 LED in Reihe an 12V 
legen, also braucht man einen Spannungsregler.

Für 60mA lohnt aber dein überzogener step down nicht, es täte ein 
kleiner Linearregler

https://eckstein-shop.de/MiniAMS1117-32C3VDC-DCSpannungsreglerVoltageRegulatorConvertor

oder Schaltregler

https://www.ebay.de/itm/122256683494

von MaWin (Gast)


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Und wie ich gerade sehe, weil ich ein anderes als das gewollte 
Datenblatt

https://www.tme.com/Document/6b44a7a67decc0aa6b126f57a2876d05/OSXXXK51A5A.pdf

verlinkt habe: rs gibt unterschiedliche Flackerlicht-LRDs, die einen 
arbeiten an fester Spannung, die anderen wollen begrenzten Strom.

Da keiner weiss, welche Art von LED in deiner Kerze ist, weiss man auch 
nicht ob sie eine Strombegrenzung z.B. durch 120 Ohm Vorwiderstand an 5V 
Spannungsquelle braucht.

von Gerald B. (gerald_b)


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Bei 2x AAA ist wohl von am ehesten von einer Konstantspannungsvariante 
auszugehen.
Obwohl... die Chinesen verbauen normale LEDs auch einfach so und 
vertrauen darauf, das der Innenwiderstand es schon richten wird :-P

von Jens G. (jensig)


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Hmmm schrieb:
> Kann fast jedes Universalnetzteil. Bei Vorhandensein von Kleinkindern
> die Spannung mit einem Tropfen Klebstoff fixieren.

Alternativ kann man mit dem Klebstoff auch das Kleinkind fixieren ... 
;-)

von Manfred (Gast)


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Gerald B. schrieb:
> Ein übliches 3,3V Netzteil sollte auch gefahrlos gehen.

Die es bekanntlich an jeder Straßenecke gibt, keine gute Idee.

> Eine frisch aus
> der Verpackung geholte AAA Zelle hat irgendwas knapp über 1,7V - in
> Summe also 3,4 Volt ;-)

Na klar, noch mehr! Ich habe noch keine Alkali-Mangan gesehen, die über 
1,7 Volt gewesen wären.
Nennspannung sind 1,5 Volt, also kommt er mit 3,0 Volt Versorgung sicher 
hin. Natürlich stören auch 3,3 Volt nicht.
> Man kann auch ein 5V Netzteil hernehmen und mittels Vorwiderstand und
> Zenerdiode (blaue, oder weiße LED geht auch),

Schwachsinn - ich hatte noch keine weiße oder blaue LED auf dem Tisch, 
die wirklich 3,3 V hat, die stehen als Maximalwert im Datenblatt und 
werden bei geringen Strömen nie erreicht.

Matthias schrieb:
> Einen LM317 einstellbaren Spannungsregler habe ich auch noch irgendwo
> rumliegen

Das ist vermutlich die einfachste Lösung. Messe mal, wieviel Strom Deine 
Dekokerzen brauchen, um die Verlustleistung des Reglers abzuschätzen.

MaWin schrieb:
> Für 60mA lohnt aber dein überzogener step down nicht, es täte ein
> kleiner Linearregler
> 
https://eckstein-shop.de/MiniAMS1117-32C3VDC-DCSpannungsreglerVoltageRegulatorConvertor

Bei 9 Volt Differenz muß es kein LDO sein. Du nimmst 60mA Last an, also 
ein halbes Watt am Regler, da würde ich mich mit dem SOT-Gehäuslein des 
AMS1117 unwohl fühlen.

> oder Schaltregler
> https://www.ebay.de/itm/122256683494

Für Standort China und vier Wochen Lieferzeit erheblich überteuert, das 
kann der Ali billiger.

von Andrew T. (marsufant)


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Gerald B. schrieb:
> Eine frisch aus
> der Verpackung geholte AAA Zelle hat irgendwas knapp über 1,7V - in
> Summe also 3,4 Volt ;-)

Die 1.7 Volt sind zweifelhaft. Wie auch andere Poster bestätigen.


Schau mal hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Alkali-Mangan-Zelle


ebenso der von Dir postulierte Innenwiderstand im 10 mR Bereich,.

Miss mal bei Rlast= 10 MOhm (typ. DMM) und
Rlast=150 Ohm (typ. 10mA),

und du wirst erstaunt sein wie weite AA bzw. AAA Zellen differieren.

von Manfred (Gast)


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Andrew T. schrieb:
> Die 1.7 Volt sind zweifelhaft. Wie auch andere Poster bestätigen.

Ich habe jetzt nur ein paar AA / AAA der Marke Energizer zur Hand, die 
zeigen 1,61xx Volt.

> ebenso der von Dir postulierte Innenwiderstand im 10 mR Bereich,.

Der ist etwas daneben, aber 100mR kannst Du bei einer guten AA zu Beginn 
haben. Den Streit gab es vor langer Zeit in einem anderen Thread.


Die Hau-Ruck Methode, mit einem Multimeter den Kurzschlußstrom zu 
messen, liefert auch aus AAA mehrere Ampere. Da spielt der 
Innenwiderstand des Meßgerätes mit rein, beim Fluke 87 30mR, bei Fluke 
77 50mR - zuzüglich der Leitungen.

> Miss mal bei Rlast= 10 MOhm (typ. DMM) und
> Rlast=150 Ohm (typ. 10mA),
> und du wirst erstaunt sein wie weite AA bzw. AAA Zellen differieren.

Nee. Ich habe im Oktober ein paar mit Konstantstrom gemessen, ein paar 
mA Last bringen zu Beginn die Spannung nicht erkennbar runter - Anhang.

Falls der TO hier noch liest, könnte man als fertige Lösung 12V zu 3,3 
Volt
zum Plundermax greifen, für 3,79€:
https://www.pollin.de/p/gaptec-dc-dc-wandler-electronic-sip3-micro-size-4-75-28vin-3-3vout-500ma-11-6x6x10-2mm-352822

Es wird ihn aber auch nicht in die Privatinsolvenz treiben, mit einem 
LM317 einfach etwas mehr Wärme zu erzeugen.

von Andreas S. (igel1)


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Meine Überlegungen:

Ich würde den mittleren Stromfluss der Flacker-LEDs ermitteln und dann 
die Leistung an einem Vorwiderstand verbraten.

Damit bei niedrigem Stromfluss die Spannung an den LED's nicht zu sehr 
ansteigt, würde ich einen Kondensator parallel zur Flacker-LED's 
schalten.

Beispiel:

- Die LEDs benötigen alle zusammen im Mittel 100mA

- Dann muss der Widerstand R = U / I = (12V - 3V) / 0,1 A = 90 Ohm 
betragen (nächsthöheren käuflichen Wert nehmen - hier also 100 Ohm). Der 
Widerstand sollte allerding 1W aushalten.

- Nimmt man nun an, dass die Spannung um +- 0,2V um einen Nennwert 3V 
herum schwanken darf und nimmt man zusätzlich an, dass sich der Strom 
auf einen Zeitraum von 0,5s hinreichend mittelt (also z.B. 0.1s ganz 
hell und 0.4s ganz dunkel - ich denke, das wäre schon ziemlich extrem), 
so darf die Spannung am Kondensator innerhalb der "dunklen" Phase von 
0,4s bei einem Strom von 100mA nur um 0,4V steigen.  Mit Q = C * U => I 
* t = C * U =>  C = I * t / U = 0,1A * 0,4s / 0,4V = 0,1F.

Da wäre dann ein kleiner SuperCap mit 0,1F , der einen geringen 
Innenwiderstand (< 1 Ohm) haben sollte, vermutlich das Mittel der Wahl.

Natürlich ist ein Step-Down die umweltfreundlichere und billigere 
Alternative (so ein SuperCap kostet um die 3-5€), aber als rein passive 
Lösung sollte diese RC-Lösung ebenfalls funktionieren.

Allerdings bin ich mir etwas unsicher bzgl. der Lebensdauer dieser 
SuperCaps. Wäre das eine Dauerlösung, oder macht das nach 1000h 
bumm-peng?
(da würde mich die Einschätzung der anderen Forenteilnehmer 
interessieren)

Viele Grüße

Igel1

von Matthias (Gast)


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Manfred schrieb:
> Falls der TO hier noch liest

Der liest noch mit einem nd hat sich ein 3V Steckernetzteil 
bestellt...danke für alle Antworten

von Andreas S. (igel1)


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Matthias schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Falls der TO hier noch liest
>
> Der liest noch mit einem nd hat sich ein 3V Steckernetzteil
> bestellt...danke für alle Antworten

Nur gut, dass wir hier im Forum eine vollautomatische 
Übersetzungs-Glaskugel eingebaut haben!

Und so wird aus:

> Der liest noch mit einem nd hat sich ein 3V Steckernetzteil
> bestellt...danke für alle Antworten

... durch die eingebaute MC-KI Glaskugel folgendes:

> Der liest noch mit einem AUGE MIT Und hat sich ein 3V Steckernetzteil
> bestellt...danke für alle Antworten

Und auf diese Weise können sogar Einäugige hier posten und werden 
trotzdem verstanden :-)

Viele Grüße

Igel1

von Manfred (Gast)


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Matthias schrieb:
>> Falls der TO hier noch liest
> Der liest noch mit einem nd hat sich ein 3V Steckernetzteil
> bestellt

Nanu, wo gibt es denn solch exotische Teile?

von Stefan F. (Gast)


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Manfred schrieb:
> Nanu, wo gibt es denn solch exotische Teile?

Exotisch? Schon als Kind in den 80er Jahren hatte ich solche Netzteile. 
Heute gibt es die "überall" in etwas moderner als Schaltznetzteil.

von Andreas S. (igel1)


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Da der TO ja bereits mit einer Lösung versorgt ist, wage ich es, den 
Thread ein wenig zu kapern und Euch zu fragen:

Würde mein Lösungsvorschlag (siehe hier: 
Beitrag "Re: Best Practice für 3V Stromversorgung") mit dem Widerstand 
und dem SuperCap ebenfalls funktionieren oder habt Ihr da Bedenken (mal 
abgesehen von der Verlustleistung und dem teuren SuperCap)?

Viele Grüße

Igel1

von bumm (Gast)


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Andreas S. schrieb:
> Würde mein Lösungsvorschlag (siehe hier:
> Beitrag "Re: Best Practice für 3V Stromversorgung") mit dem Widerstand
> und dem SuperCap ebenfalls funktionieren oder habt Ihr da Bedenken (mal
> abgesehen von der Verlustleistung und dem teuren SuperCap)?

Das ist zuerst einmal eine Frage der Widerstandsdimensionierung
und aber ganz besonders des genauen Supercaps. Denn die gibt es
meines Wissens als richtig spezifiziert (nicht bumm wenn...),
als teils richtig spezifiziert (...etwas Glück mit bei) und aber
auch als etwas overpricedte und auch viel zu leise Knallkörper.

von Andreas S. (igel1)


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> Das ist zuerst einmal eine Frage der Widerstandsdimensionierung
> und aber ganz besonders des genauen Supercaps. Denn die gibt es
> meines Wissens als richtig spezifiziert (nicht bumm wenn...),
> als teils richtig spezifiziert (...etwas Glück mit bei) und aber
> auch als etwas overpricedte und auch viel zu leise Knallkörper.

Und was wäre in diesem Fall „richtig spezifiziert“?

von bumm (Gast)


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Andreas S. schrieb:
>> Das ist zuerst einmal eine Frage der Widerstandsdimensionierung
>> und aber ganz besonders des genauen Supercaps. Denn die gibt es
>> meines Wissens als richtig spezifiziert (nicht bumm wenn...),
>> als teils richtig spezifiziert (...etwas Glück mit bei) und aber
>> auch als etwas overpricedte und auch viel zu leise Knallkörper.
>
> Und was wäre in diesem Fall „richtig spezifiziert“?

"Richtig" im Sinne von "korrekt/stimmig", also "zutreffend.
Manche (nicht unbedingt billige) haben gute, ausführliche
Datenblätter mit vielen Angaben - z.B. die von Panasonic.

Mit nahezu gleich erscheinenden Samxon ging es schief, die
Panasonic leben noch heute, als LED-Blitz-Hauptpuffer (mit
einigen X7R direkt am Mosfet) - so als Erfahrungsbeispiel.

Nun ist bei Dir ja die Belastung gering, also wer weiß...
vielleicht gingen dabei ja wirklich auch günstige. Aber:
Daß die Panasonics auch etwas teurer waren, störte mich
genausowenig wie es vermutlich Dich stören würde.

Andreas S. schrieb:
> teuren SuperCap

Hohe/höhere Preise hattest Du als gegeben gesehen, oder?

Falls ich das richtig verstand, nimmst Du was gutes - dann
ist die Antwort m. E. auch: Ja, würde gut funktionieren.

von Stefan F. (Gast)


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Mein erster Supercap (damal: Golfcap) hatte so einen hohen 
Innenwiderstand, dass er nur als Batterie-Ersatz für eine RTC reichte.

von Andreas S. (igel1)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Mein erster Supercap (damal: Golfcap) hatte so einen hohen
> Innenwiderstand, dass er nur als Batterie-Ersatz für eine RTC reichte.

Yep - genau so ist es mir auch ergangen: hatte mir hier im Forum 
seinerzeit meine ersten (gebrauchten) GoldCaps mit hohen Erwartungen 
gekauft und dann festgestellt, dass die Dinger nur wenige mA vertragen 
konnten -> große Trauer ...

Zurück zum aktuellen Problem:

Statt des berechneten 0.1F SuperCap habe ich auf die Schnelle nur einen 
5F SuperCap bei Mouser gefunden. Die Schaltung würde dann so aussehen:

+12V ----- R=100 -------- Flacker-LED -------- GND
                     |                   |
                     \                   /
                       --- 5F Super Cap -


Ich frage mich/Euch: wie lange würde dieses Konstrukt funktionieren?

Mich beunruhigen dabei die 1500h Lifetime aus dem Datenblatt.
Selbst wenn ich wg. der Betriebsspannung von ca. 3V, die weit unter der 
Nennspannung von 5.5V liegt, eine 4x höhere Lifetime ansetze - selbst 
dann würde der SuperCap schon innerhalb des 1. Jahres aus seinen 
spezifizierten Werten (insbesondere C und ESR) herauslaufen.

Ist das wirklich so?
Oder mache ich hier einen Denkfehler?

Und die Auswirkungen der 500.000 LifeCycles wären noch krasser: Nur mal 
angenommen, die LED würden 1x pro Sekunde dazu führen, dass der SuperCap 
um 0,4V entladen und wieder geladen würde, so sind die LifeCycles nach 
500.000  3600  24 = 5,8 Tagen aufgebraucht. Und selbst, wenn wir wg. 
des geringen Spannungshubes einen Faktor von 40 drauflegen, so landen 
wir noch immer unter einem Jahr.

Ist das wirklich so?
Oder mache ich hier einen Denkfehler?

Dabei habe ich hier einfach einmal den SuperCap DGH505Q5R5 von 
Cornell-Doublier-CDE angenommen.

Hier seine Kenndaten lt. Datenblatt 
(https://www.mouser.de/datasheet/2/88/CDUB_S_A0011711688_1-2540238.pdf):

WVDC (working voltage DC):   5.5 V
Capacitance (F)          :   5   F
MAX Current (A) (1 Sec.) :   8.4 A
Max Contin. Cur. (A) (∆T=15°C):   3.5 A
Short Circuit Current (A):   45  A
ESR AC 1 kHz (mΩ):           80  mOhm
DC ESR (mΩ) 20°C:           120  mOhm

Aber dort steht auch:

Lifetime:  1500 hours with rated voltage applied at rated temperature
Life Cycles:   500000

Wobei innerhalb der Lifetime/Life Cycles gilt:

- Capacitance change <30% of initially measured values
- ESR <200% of initially specified values*
- Leakage current <100% specified maximum value


Natürlich würde bei diesem völlig überdimensionierten SuperCap in dieser 
Schaltung nicht viel passieren - selbst wenn von der Kapazität des 
Kondensators nur noch 1/10tel übrigbleibt und sich der ESR verzehnfacht.

Aber normalerweise würde man ja einen "knapper auf Kante" genähten 
SuperCap wählen (z.B. 0,2F und 3,6V) - und dann würde es für die 
Flacker-LED's nach einem Jahr langsam gefährlich werden, weil die 
Kapazität irgendwann einfach zu sehr geschrumpft ist und damit die 
Spannungshübe in den Dunkelphasen nicht mehr abfangen kann.

Was meint Ihr dazu?
Habt Ihr Erfahrung mit der Alterung von SuperCaps?

Viele Grüße

Igel1

von Stefan F. (Gast)


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> Mein erster Supercap (damals: Golfcap)

Natürlich Goldcap (mit d), nicht Golfcap.

von Andreas S. (igel1)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
>> Mein erster Supercap (damals: Golfcap)
>
> Natürlich Goldcap (mit d), nicht Golfcap.

Och schade - ich fand Golfcap auch ganz nett :-)

von Andreas S. (igel1)


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Hat niemand eine Antwort auf meine Frage / mein Szenario aus dem 
vor-vorletzten Post 
(Beitrag "Re: Best Practice für 3V Stromversorgung")?

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