Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik µP-Versorgung: Spannungen zwischen 4,6 und 4,9V üblich?


von Volker A. (pfriemler)


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Eine allgemeine Frage: Sind Euch praktisch schon mal andere Spannungen 
als 3,3 und 5 V für die Prozessorversorgung netzbetriebener (!) 
Schaltungen untergekommen?

Hintergrund: Beim Entfernen der defekten Induktivität im DC-DC stepdown 
(von 15V auf ?) wurde auch der obere Widerstand des Spannungsteilers für 
den Komparator des Wandlerchips zerstört, somit lässt sich die 
Sollspannung nicht mehr bestimmen. Schaltplan gibt es natürlich nicht. 
Der stepdown speist direkt einen PIC18F87K22, der lt. Datenblatt für 
1,8-5,5 V spezifiziert ist. Möglicherweise auch noch andere Baugruppen, 
aber mit wenig Leistung (Induktivität ist größenmäßig kaum auf mehr als 
150 mA ausgelegt)

Mit Fremdspeisung beginnt die Schaltung erst bei über 4,6 V zu arbeiten 
und verhält sich bis 5,1 V unauffällig. Ich würde den Wandler jetzt auf 
5 V justieren, frage mich aber, ob es Gründe geben könnte, darunter zu 
bleiben.

Die Platine gehört zu einer Rolltorsteuerung, diverse Sensoren, 
Funkmodule, ich habe aber nur die nackte Platine hier und kann nicht 
detailliert testen.

Benötige dabei auch keine Hilfe - es geht nur darum einzuschätzen, ob 
meine Entscheidung richtig genug gewesen sein kann.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Traditionell bei TTL wurde 4,75 - 5,25V vom Hersteller angegeben. Diesen 
Wert behält man traditionell auch bei. Wenn jetzt nicht gerade ein GSM 
Modem, was vielleicht nur 4,2V verträgt, dranhängt, könnte man den 
Levelshifter sparen und den Logikteil auch mit der geringeren Spannung 
beteiben.
Soweit ich das erlebt habe, nimmt man aber die quasi genormten Werte.

von Rainer W. (rawi)


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Volker A. schrieb:
> Mit Fremdspeisung beginnt die Schaltung erst bei über 4,6 V zu arbeiten
> und verhält sich bis 5,1 V unauffällig.

Dann liegt doch nahe, dass die Standardspannung von 5V verwendet wird. 
Der PIC18F87K22 mit seinem breiten Spannungsbereich ist jedenfalls eine 
schlechte Orientierung. Gibt es keine anderen ICs mit eventuell engerem 
Versorgungsbereich? Aber solange da keine PC-CPU im Limit der 
Taktfrequenz läuft, kommt es nicht auf die letzten 100mV an.

Volker A. schrieb:
> Ich würde den Wandler jetzt auf 5 V justieren,

Bau einen passenden Festwiderstand ein und gut is's. Den unteren 
Widerstand kannst du messen und die Referenzspannung des Wandler-ICs 
steht im Datenblatt.

: Bearbeitet durch User
von Volker A. (pfriemler)


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Festwiderstand ist ja längst drin. Natürlich teile ich alle Argumente 
für 5 Volt selbst. Ich denke der µP ist auch so programmiert, dass er 
unter 4,6 nicht arbeiten will, damit scheiden auch alle 3,3-V-Gruppen 
mit Toleranz bis 4,2V aus. Alles spricht erst mal für 5 Volt.

Mit einer ersatzweisen 220µH (die nötigen 330 µH gab die Bastelkiste 
nicht her, wird aber besorgt) läuft die Schaltung stabil bei 5,05 V.

Aber die Mitglieder dieses Forums haben eben schon deutlich mehr gesehen 
als ich in meinen über 30 Jahren Bastelerfahrung (davon sehr wenig µP). 
Suche daher nur nach Argumenten für unter 5 Volt. Just for sure. :-)
Danke für den bisherigen Input, gern mehr.

von Gerd E. (robberknight)


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Volker A. schrieb:
> Mit Fremdspeisung beginnt die Schaltung erst bei über 4,6 V zu arbeiten
> und verhält sich bis 5,1 V unauffällig.

Hört er bei 5,1V auf zu laufen oder hast Du nicht höher probiert?

Wenn er bei 5,1V schon aufhören würde zu laufen dann wäre mir das zu nah 
an 5V dran für einen stabilen dauerhaften Betrieb.

Wenn die Sollspannung 5V ist mit meinetwegen +-5% Toleranz, dann ist 
eine Brownout-Detection bei 4,6V durchaus realistisch - denn wenn die 
Spannung derart unterhalb des Sollwerts liegt ist irgendwas ziemlich 
faul und zur Sicherheit alles abzuschalten nicht verkehrt.

von Volker A. (pfriemler)


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Ich habe bei 5,1 aufgehört, höher wollte ich nicht, gerade um mglw. 
5V-sensiblere Teile nicht zu schrotten.

von Karl B. (gustav)


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Frage:
Spannung gemessen direkt am Netzteil-Ausgang oder an den Pins des µC?
Oft gibt es seltsames Verhalten, wenn Spannung nicht gegen plötzliche 
Stromanstiege stabilisiert ist.
Und da spielt auch der Widerstand der Zuleitungsdrähte der Sekundären 
vom Netzteil zum Gerät eine gewisse Rolle.
Eine Lösung wäre natürlich ein "dicker" Elko direkt vor dem µC-Vcc 
(etc.).
Das geht aber nicht zusammen, wenn µC einen definiert kurzen 
Spannungsanstieg beim Start (POS) benötigt, um nicht gleich wieder in 
den Brownout-Level-Bereich zu geraten.
Es gibt Freaks, die meinen, besser eine etwas höhere Spannung als genau 
5 V zu wählen (LM317 etc.), damit auf keinen Fall Spannung unter  - 
sagen wir mal 4,75 V - fällt, wenn kurzfristige Stromanstiege erfolgen. 
Bekanntlich ist der Verbrauch bei CMOS (etc.) gerade beim Umschalten, 
dem Pegelwechsel am höchsten.
Aber das dürfte schon hinlänglich bekannt sein.
Das eine Gerät bei mir steht auf 5,13 V. Und sehe keine Probleme (bis 
jetzt).

ciao
gustav

von Michael B. (laberkopp)


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Volker A. schrieb:
> Mit Fremdspeisung beginnt die Schaltung erst bei über 4,6 V zu arbeiten
> und verhält sich bis 5,1 V unauffällig

Klar, weil sie für 5V gedacht ist und die BrownOutDetection des uC die 
bei Unterspannung einen RESET auslöst um den uC anzuhalten auf 4.6V 
eingestellt ist.

von Volker A. (pfriemler)


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Michael B. schrieb:
> ... für 5V gedacht ist und die BrownOutDetection des uC die
> bei Unterspannung einen RESET auslöst um den uC anzuhalten auf 4.6V
> eingestellt ist.
Genau so habe ich das auch interpretiert. Trotzdem wären ja 4,9 oder 4,8 
"Soll" denkbar, wenngleich die Marge zum Brownout dann doch arg klein 
würde. Diesbezüglich bin ich mit der aktuellen Einstellung ja eher 
sicher.

@Karl B.: Überlegungen weitgehend obsolet, die Schaltung ist so fertig, 
ich will sie nur reparieren. :-) aber bitte:
Zwischen Wandlerausgang und µP liegen 2,5 cm auf der gleichen Platine, 
ausgemessen mit ~0,02 Ohm. Der Elko nach dem stepdown ist ein 100/35 
(!), die Spannung beginnt ab +50 mA zusätzliche Belastung Einbrüche zu 
zeigen, ab +70 mA steigt der Prozessor aus. (Fremdspeisung mit 5V waren 
ca ~60 mA, wenn ich mich recht erinnere, 110 mA liefert der DC-DC also 
sicher; mit der größeren Induktivität sollte das doch tendenziell noch 
besser werden?).
Spannnung laut Brymen übrigens 5,022 (Teiler 3,01/1k, Referenz gemessen 
1,253 V).

Zur power-good-Erkennung: Am Labernetzteil war ein Zehntelvoltschritt 
ausreichend für einen sauberen Start.

von Karl B. (gustav)


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Volker A. schrieb:
> ab +70 mA steigt der Prozessor aus.

Netzteil vielleicht doch etwas zu knapp bemessen?

ciao
gustav

von Jens G. (jensig)


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Karl B. schrieb:
> Es gibt Freaks, die meinen, besser eine etwas höhere Spannung als genau
> 5 V zu wählen (LM317 etc.), damit auf keinen Fall Spannung unter  -
> sagen wir mal 4,75 V - fällt, wenn kurzfristige Stromanstiege erfolgen.
> Bekanntlich ist der Verbrauch bei CMOS (etc.) gerade beim Umschalten,
> dem Pegelwechsel am höchsten.

Ja, bekanntlich. Und trotzdem haben diese Freaks wohl noch nicht 
begriffen, wozu eine ausreichend wirksame Betriebsspannungs-Abblockung 
gut ist ...

von Rainer W. (rawi)


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Karl B. schrieb:
> Bekanntlich ist der Verbrauch bei CMOS (etc.) gerade beim Umschalten,
> dem Pegelwechsel am höchsten.

Gegen Spannungseinbrüche auf Grund von CMOS Umschaltvorgängen verwendet 
man aus gutem Grund Abblockkondensatoren im Bereich 100nF und keine 
"dicken" Elkos, gar noch mit hohem ESR und ESL.

von Volker A. (pfriemler)


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Karl B. schrieb:
> Volker A. schrieb:
>> ab +70 mA steigt der Prozessor aus.
>
> Netzteil vielleicht doch etwas zu knapp bemessen?

Möglich, aber Beschwerden bitte an den Hersteller. Mehr als das doppelte 
vom Grundbedarf? Es ist eine Rolltorsteuerung und kein Router/Server. 
Den Bedarf des Funkmoduls schätze ich auf max 30 mA, eher die Hälfte 
nach meiner Erfahrung; drin ist außerdem gerade die 
220µ-„Notinduktivität“ aus der Bastelkiste, ich rechne mit mehr Energie 
mit einer besseren 330µ - die originale war ja „durchgebrannt“ (kein 
Durchgang) und hatte sich mglw sogar entlötet, so schräg wie die da saß 
- vermutlich zu hoher Widerstand. Über die Ursache des Defektes ist 
nichts bekannt. Eine Vergleichsplatine habe vrsl. in einer Woche.

von Karl B. (gustav)


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Rainer W. schrieb:
> Gegen Spannungseinbrüche auf Grund von CMOS Umschaltvorgängen verwendet
> man aus gutem Grund Abblockkondensatoren im Bereich 100nF und keine
> "dicken" Elkos, gar noch mit hohem ESR und ESL.

Darum ging es nicht. Das wissen wir alles schon. Ist tiefgefrorener 
eiskalter, uralter Kaffee.
Die Leute hatten Fehlfunktionen durch Spannungseinbrüche, die sie sich 
zunächst nicht erklären konnten, bis sie für die Zuleitung Drähte mit 
größerem Leiterquerschnitt verwendet hatten.
Um das testweise zu kompensieren, hatten sie vorher die Spannung höher 
eingestellt. Und es ging nicht um "Peanuts" von Strömen im 
Milliamperebereich, wovon der TO bei seinem Problem berichtet, sondern 
um Geräte, deren Strombedarf kurzfristig bis 5 A geht.
Die von mir oben erwähnten 5,13 V (direkt an den Anschlüssen des IC) 
sind auf Exemplarstreuungen des UA78H05SC zurückzuführen. Hatte auch 
noch solche mit 4,89 V.
Da habe ich mich für den mit der etwas höheren Spannung entschieden. Und 
das war wohl nicht ganz falsch.
Und das wollte der TO ja wissen. Was ist falscher.

Volker A. schrieb:
> Möglich, aber Beschwerden bitte an den Hersteller.
Ein Netzteil, das noch nicht einmal 100 mA bringt, was für ein Murks.

Ich bin nicht der Hersteller, Du aber der sich drüber beschwert.
Also schreib Du an den Hersteller.

ciao
gustav

: Bearbeitet durch User
von Volker A. (pfriemler)


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Karl B. schrieb:
> Volker A. schrieb:
>> Möglich, aber Beschwerden bitte an den Hersteller.
> Ein Netzteil, das noch nicht einmal 100 mA bringt, was für ein Murks.
>
> Ich bin nicht der Hersteller, Du aber der sich drüber beschwert.
> Also schreib Du an den Hersteller.

Muss das jetzt nochmal richtigstellen, weil jetzt zuviel 
durcheinanderwirbelt.
Die Rolltorsteuerungsplatine besitzt einen kleinen Trafo, der eine 
Rohspannung von ca 15 VDC bereitstellt für die Ansteuerung der Relais 
(H-Brücke Motor, Versorgung Sekundärtrafo 24 V~ für den Motor (der ist 
also nur aktiv, wenn der Motor fahren soll). Der fragliche Teil auf der 
Platine (nämlich der stepdown auf 5?V) ist einzig zur Versorgung der 
Logik gedacht.

Im derzeitigen Zustand liefert dieser Teil sicher 60 mA für den 
Prozessor +50..60 mA für etwaige derzeit nicht angeschlossene 
Zusatzbetriebe, summa also 120 mA. Wäre für die "Bewertung" des 
Netzteils sowieso unerheblich (ich kenne Netzteile z.B. in 
Smarthomeaktoren, die bringen kaum 40 mA auf 12V und es reicht dennoch 
für Logik und Relais), und es war nämlich Karl B, der  mit der Bemerkung 
"Netzteil vielleicht doch zu knapp bemessen?" als erster und Einziger 
Bedenken bezüglich der Leistungsfähigkeit der Mimik hatte, während ich 
nur zu erläutern versuchte, dass das aus meiner Sicht eher völlig 
ausreicht. Von einem externen Netzteil mit Zuleitungsproblemen und 
präventiven Spannungsüberhohungen zur Sicherheit war hier von mir 
ebenfalls nie die Rede.
"Murks" an der entnehmbaren Leistung zu definieren ... nunja. Kann man 
so sehen, muss man zum Glück nicht.

Wenn die Ersatzplatine da ist, mache ich dort ebenfalls einen 
Belastungstest, kann auch die fragliche Induktivität ausmessen und dann 
adäquaten Ersatz ordern. Und auch, ob die Schätzung bzgl. Spannung 
richtig war. Ich melde mich wieder.

von Rainer W. (rawi)


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Karl B. schrieb:
> Die Leute hatten Fehlfunktionen durch Spannungseinbrüche, die sie sich
> zunächst nicht erklären konnten, bis sie für die Zuleitung Drähte mit
> größerem Leiterquerschnitt verwendet hatten.

Dann waren das aber keine für CMOS typischen Umladespitzen, sondern 
andere Impulsströme. Welche Dauer hatten diese 5A Strompeaks denn?

: Bearbeitet durch User
von Volker A. (pfriemler)


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So, die "Ersatzplatine" (B) ist da (wie schon erwähnt ein "Defektkauf" 
über Kleinanzeigen für Bastler, aber verhält sich praktisch identisch 
zur ersten (A)). Die Induktivität beträgt wie bedruckt (331) laut Hantek 
LCR 329 µH (DC-Widerstand 16 Ohm), der fragliche Widerstand ist mit 
"3001" bedruckt, seltsamerweise messe ich den wie auch den "01B" 
in-circuit etwas anders als bei der fraglichen Platine (mit einem 
Multimeter mit <0,2V Messspannung). Wie auch immer - die Spannung 
beträgt laut Brymen 5,002 Volt. Bis hierher alles richtig orakelt, würde 
ich sagen.
Spannend ist die Sache mit der Belastung. Die 15 Volt Rohspannungen 
haben auf der ersten Platine (A) mit der 220 µH-Ersatzbestückung wie 
auch bei (B) einen 100-Hz-Ripple von gut 1 Vpp bei dann 15 Vrms. Der 
zugehörige Pufferelko (470/35) hat gemessen 430 µF / 0,65 Ohm @100Hz (A) 
bzw. 415 µF / 0,68 Ohm @100Hz (B)). Auf (A) konnte ich den stepdown 
zusätzlich mit +50 mA belasten, bei (B) bricht die Spannung schon bei 
+30 mA soweit ein, dass der Prozessor resettet. Die Einbrüche sind 
übrigens im 100-Hz-Takt, kommen also über die Rohspannung, verstehen tue 
ich das noch nicht, es gibt eigentlich genug "overhead" auf beiden 
Platinen.
Im Grunde performt (A) mit der falschen Induktivität besser als (B). Ich 
werde trotzdem mal noch eine passende kaufen und die maladen Elkos 
präventiv mit tauschen. Sonst noch Anmerkungen?

von Rainer W. (rawi)


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Volker A. schrieb:
> ... und die maladen Elkos präventiv mit tauschen

Was passt dir an den Elkos nicht?

> der fragliche Widerstand ist mit "3001" bedruckt, seltsamerweise messe
> ich den wie auch den "01B" in-circuit etwas anders als bei der
> fraglichen Platine

Was für eine Hausnummer erwartest du bei Messung eines Bauelements in 
der Schaltung?

> ...  es gibt eigentlich genug "overhead" auf beiden Platinen.

Was heißt "eigentlich"? Zeige ein Oszillogramm

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von Volker A. (pfriemler)


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Rainer W. schrieb:
> Was passt dir an den Elkos nicht?

Kapazität an der Untergrenze und ESR im gelben Bereich. Das sind - aus 
meiner Reparaturpraxis - in der Regel die ersten Anzeichen für eine zu 
erwartende zunehmende Verschlechterung in den nächsten zwei Jahren, 
gerade bei Dauerbetrieb und Ripple-Belastung.

>> der fragliche Widerstand ist mit "3001" bedruckt, seltsamerweise messe
>> ich den wie auch den "01B" in-circuit etwas anders als bei der
>> fraglichen Platine
>
> Was für eine Hausnummer erwartest du bei Messung eines Bauelements in
> der Schaltung?
Nun, das besagte Messgerät kann ganz gut übliche Si-Schwellspannungen 
ignorieren und in der Regel messe ich dann auch die echten 
Widerstandswerte. Auf Platine A ist der 01B mit 0,98 kOhm, auf B mit 
0,94 kOhm gemessen, den anderen Widerstand (3,01k) messe ich auf A mit 
2,87, auf B mit 2,49 k. Das ist gegen jede Erfahrung. Letztlich aber 
zählt die Ausgangsspannung des Wandlers, und die stimmt in beiden 
Fällen.

>> ...  es gibt eigentlich genug "overhead" auf beiden Platinen.
> Was heißt "eigentlich"? Zeige ein Oszillogramm
Was genau willst Du sehen? Das Tastverhältnis des Chips? den Verlauf der 
Spannung vor der Induktivität? Ich müsste den Schaltplan ja noch dazu 
liefern für das richtige Verständnis. Aber das wäre alles die nächste 
Baustelle: Wie korrigiere ich einen Fehler des Entwicklers? Wenn es denn 
einer ist?
Wenn ein Wandler aus einer Rohspannung von 13,5-15 Volt (optisch quasi 
Dreieck mit 100 Hz) keine stabilen 5 Volt zaubern kann, sondern genau 
dieser Ripple ab einer bestimmten Belastungsgrenze durchschlägt, dann 
stimmt mit dem Wandler was nicht - entweder ist die Bemessung fehlerhaft 
(Induktivität) oder ich betreibe den Wandler doch weit außerhalb seiner 
vorgesehenen Belastung.

Ich muss mich erst nochmal schlaulesen zum Wandler, in welcher 
Betriebsart genau er da läuft und welchen Einfluss die Größe von L auf 
die Ausgangsleistung hat. Heute abend habe ich die Ersatzteile da für 
den praktischen Vergleich.

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