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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batterieanwendung, Low Drop linear vs. Step down


Autor: Stefan Söffing (soeffing)
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Hallo zusammen,

es geht um das alte Thema, Spannungsversorgung per Batterie.

Folgende Situation:
Ich möchte 3 Microzellen (->3.6V) verwenden. Drei Teile sind zu 
versorgen, ein AVR (~3mA), ein LCD (<1mA), ein GPS(~50mA). Einen Regler 
brauche ich mindestens für das LCD, da 3V < Vcc < 3.3V sein muss. An 
folgende Möglichkeiten habe ich gedacht:

1. mit Linearregler. Das GPS braucht viel Strom, d.h. ich hätte hohe 
Verluste am Regler => direkt an die Batterie, es verträgt auch die 
höhere Versorgungspannung. AVR + LCD dann hinter den Linearregler (3V, 
Low Drop).

2. mit Step down und alles dran hängen.

Was würdet ihr machen? Variante 1 hätte ich wegen der einfacheren 
Beschaltung bevorzugt, bin aber nicht sicher ob das so geht wie ich mir 
es vorstelle... Andererseits bin ich auch nicht sicher, ob ein Step 
down-Konverter nicht vielleicht den GPS-Empfang stört.

Viele Grüße
  Stefan

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

Dein Konzept hat vermutlich sowieso ein Problem:
was macht der StepDown, wenn die Akkus nicht ganz voll oder fast leer 
sind? Entladeschlußspannung ist 1V bzw. 0,9V pro Zelle...

4 Zellen und StepDown oder 2 Zellen und StepUp oder so vielleicht.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: mandrake (Gast)
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Ein Buck-Boost-Konverter wäre auch noch eine Idee. Der kann hoch und 
runter wandeln. Damit könntest neben dem besseren Wirkungsgrad die 
Batterien auch länger nutzen.

Autor: Stefan Söffing (soeffing)
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Okay, also ich sollte eher 4 Zellen (=> 4,8V) nehmen? Dann hätte ich mit 
einem Linearregler noch größere Verluste und ich sollte besser einen 
Step down-Konverter benutzen...

Aber benutzt der nicht eine relativ hohe Frequenz bei der Umwandlung und 
könnte er mir dabei nicht Probleme beim GPS-Empfang bescheren?

Leider hab ich da auch überhaupt keinen Überblick was der Markt da alles 
bietet, für Tips bin ich dankbar...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Buck-Boost hat Prinzipbedingt immer einen schlechteren Wirkungsgrad als 
ein reiner Step-Up oder Down Wandler.
Es kommt eben drauf an auf was es dir ankommt: Möglichst lange Laufzeit, 
egal was es kostet, oder möglichst kompakt und trotzdem eine gut 
Laufzeit. Wenn dein Platz für genau 3 Batterien reicht, dann würde ich 
deine Lösung 1 nehmen, denn viele StepDowns haben durch die verwendete 
Diode bei kleinen Spannungsdifferenzen einen schlechten Wirkungsgrad. 
Ein Low Drop Regler ist das besser, da er die Batterie besser ausnutzt.
Wenn du 4 Batterien reinbringst, mach es so wie Michael U. es 
vorgeschlagen hat.

Autor: Winfried (Gast)
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3 Akkus wird eng, weil das Gerät bis 1.05 Volt pro Zelle mindestens 
laufen sollte. Sonst nutzt du die Zellen schlecht aus.

Würde dir auch zu 2 Zellen und Step-Up oder 4 Zellen und Step-Down 
raten. Im Alltag finde ich oft 2 Zellen-Lösungen praktischer, als 4 
Zellen. Bei 2 Zellen besser auch Mignons. Die 4 Zellen Lösung wird 
vermutlich einen etwas höhere Wirkungsgrad haben. Wenn Ineffizienz nicht 
stört, kannst du natürlich auch 4 Zellen mit Linearregler machen. Manche 
Leute haben einen Effizenz-Wahn, oft spielt es keine Rolle, ob ein Akku 
10 oder 20 Stunden eine Schaltung versorgt.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Bei manchen LCDs kann man auch versuchen, den Displaycontroller zusammen 
mit dem Microcontroller in einem weiteren Spannungsbereich zu betreiben, 
und die kritische Kontrastspannung des Displays seperat zu behandeln 
(die braucht sehr wenig Strom).

Autor: Stefan Söffing (soeffing)
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Das Display (EA dog128) hat einen eingebauten Step up für die 
Kontrastspannung, das braucht nur eine 3V...3.3V Volt Versorgung.

Kritisch ist vor allem der GPS-Empfänger, der braucht ca. 95% der 
Leistung.

Mein größtes Problem mit dem Step down ist wie gesagt die mögliche 
Störung des GPS durch Wechselfelder... Ich hab von HF keine Ahnung und 
ein besonderes Platinenlayout ist auch nicht drin, da ich auch 
Lochstreifen angewiesen bin :-/

Autor: Stefan Söffing (soeffing)
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Eine andere Idee wäre eine Ladungspumpe, kommt vor allem ohne Spule 
(sprich ohne Magnetfeldabstrahlung) aus. Hat damit jemand Erfahrung?

Gefunden hab ich den MAX1595 und MAX1759, die kommen mit drei externen 
Kondensatoren aus. Leider gibts keinen in einem gut von Hand lötbaren 
Gehäuse (DIL, oä).

Autor: mandrake (Gast)
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@Stefan Söffing:
Dass Ladungspumpen keine Magnetfeldabstrahlung haben, kann man eindeutig 
ins Reich der Fabeln verweisen. Mag sein, dass diese hier nicht so stark 
ist, was ich nicht ohne weiteres zu bewerten wage. Die Impulsströme 
erzeugen eindeutig auch ein Magnetfeld.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

hilft Dir sicher nur bedingt weiter, aber ein guter alter MC34063 stört 
meinen UKW-Radioempfang nicht erkennbar, der Mega16 mit 8MHz daneben 
auch nicht und das Grafikdisplay auch nicht.

"Stört nicht" soll heißen, daß auch bei schlechtem Empfaag im Rauschen 
keine Störungen davon hörbar sind.

Alles auf Lochraster, vorher auf Steckboard.
Da der GPS-Empfänger an den kritischen Stellen wohl geschirmt sein wird, 
sollte dem es auch egal sein. Über Antenne liegen die Frequenzen weit 
genug auseinander, in der Betriebsspannung sollte dann natürlich 
LC-Siebung rein.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Stefan Söffing (soeffing)
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Ich bin nicht sicher, ob sich der Aufwand eines Step down lohnt. Deshalb 
werde ich eine Low-Drop-Linearregler auf 3V für LCD+ATmega nehmen. Bei 
den paar mA, ist der Dropout kleiner 100mV, damit nutze ich die 3 Zellen 
fast bis 1V/Zelle aus.

Das GPS möchte ich aufgrung des hohen Stroms aber direkt an die Akkus 
anschließen, und damit passen die Pegel fürs UART nicht mehr zusammen. 
Der High-Pegel vom ATmega sollte noch hoch genug sein, um am GPS als 
solcher erkannt zu werden. Aber der High-Pegel des GPS liegt 
möglicherweise über dem, was der ATmega mitmacht.

Genügt es, da eine 3V Z-Diode von der seriellen Leitung gegen GND zu 
schalten um Überspannung am ATmega zu vermeiden, oder macht das die 
Datenübertragung möglicherweise kaputt?

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