Spannungsstabilisierung

[avr_proggi]

Hallo,

ich habe in einer batteriebetriebenen Schaltung mit 3.3V einen AVR, der eine Last über einen FET schaltet. Klappt soweit, bis auf die Tatsache, dass die Last eine umfangreiche Digitalschaltung mit mehreren MCU ist, die mit 600 mA angegeben ist. Das Problem ist, dass diese Last einen sehr hohen Einschaltstrom zieht, der auf die gemeinsame Vcc zurückwirkt und diese für wenige ms einbrechen läßt.
Wenn der Brownout-Detector im AVR aktiviert ist, löst dieser teilweise aus. Dieser wurde auf 2.7V gesetzt. Die Spannung ist mit einigen uF Tantals und etlichen 100nF abgepuffert, was aber offentlichlich nicht ausreicht. Die Spannung sinkt kurzzeitig bis zu 2.4V ab.

Mehr Kondensatoren möchte ich da ungern einsetzen. Auch eine PWM-mäßige "sanfte" Ansteuerung brachte bisher keinen Erfolg.

Für Tipps wäre ich sehr dankbar.

Gruß
:confused:

[PsiQ]

wieviele batterien und welchen Typ hast du denn ?

Für 3,3V brauchst du ja mindestens 3 , das sind also "neu" 4,5V.
selbst mit 3 akkus --also 3,8V-- sollte das folgende klappen:

Alles was du dann noch brauchst ist eine Entkoppelungsdiode vor dem Kondensator vor deinem 3,3V Regler (der am besten low drop sein sollte).
Die entkoppelungsdiode verhindert, dass die Eingangskondensatoren von deinem Regler beim Einbruch entladen werden. wenn dann der Eingangs+ausgangskondi am 3,3V regler groß genug ist, merk der nix vom Einbruch der Batterie.

Das bedeutet natürlich, dass die Spannung für den "Lastteil" einen eigenen Regler/Stromschiene parallel braucht.

Bei 600mA soltest du mit 3x Baby-C arbeiten, Mignon oder Microbatterien haben bei so "hohem"
Strom relativ zur Bauart eine wesentlich verringerte geringere nutzbare Kapazität wegen der baugrößenbedingt kleineren Elektroden.
Dann bricht auch die Spannung nicht so ein.

Der Eingangskondi nach der Diode und vor dem Regler sollte dann aber über 100µF, eher schon so 470µF bekommen... (Bedenke: 1Farad = 1As => 1000µF = 0,001 As => 1milliAmpéreSekunde)

Siehe auch da: https://www.roboternetz.de/community/threads/60991-5V-USV-ohne-Akkus-sondern-mit-Caps?p=571799&viewfull=1#post571799

[avr_proggi]

Danke für die schnelle Antwort.

Ich benutze eine Lithium-Ionen-Zelle mit 3.7V und einen Ultra-Low-Dropout-Regler, damit die Zelle entsprechend gut genutzt wird. Bisher läuft alles über einen Regler, der mehr als 1A kann. Funktioniert auch alles, aber eben nur bei deaktiviertem Brownout. Prinzipiell könnte ich den auch deaktiviert lassen, allerdings habe ich kein so gutes Gefühl, wenn man die MCU einen Moment bei Unterspannung betreibt. Sowas kann seltsame Folgen haben. Genau das soll ja der BOD verhindern.

- - - Aktualisiert - - -

Eine Diode mag ich nur ungern in dne Eingangspfad legen, da der Spannungsabfall über der Diode ungünstig ist. Der Regler holt die letzen paar mV raus, da wäre eine profane Diode mit mehreren 100? mV eher unschön. Oder?

[PICture]

Hallo!


Das Problem ist, dass diese Last einen sehr hohen Einschaltstrom zieht, der auf die gemeinsame Vcc zurückwirkt und diese für wenige ms einbrechen läßt.

Ohne zumindest einer Skizze von Verbindungen der Stromversorgung kann ich mir es nicht vorstellen um einen Tipp zu geben. Es könnte z.B. eine riesiege Kapazität am Versorgungsspannung der Last hängen. ;)


Wenn der Brownout-Detector im AVR aktiviert ist, löst dieser teilweise aus.

Das "teilweise" verstehe ich nicht. :confused:

[PsiQ]

Jup, ein schaltplan -zumindest grob von den verbrauchern- wäre nicht schlecht.

@Picture mit "teilweise" meint er hier wohl "ab und zu" oder "manchmal", also "nicht immer"

@Fragesteller:
Ich schließe daraus, dass du nur -einen- Low-Drop Regler verwendest.
Wenn dem so ist bedenke, dass beim Laden eines (großen) Kondensators für die Last ein enorm hoher Strom fließt,
der die 1A locker überschreitet und den Regler entweder zum Einbrechen bringt wegen der Kurzschluss-Strombegrenzung,
oder/und eben den Vdrop Faktor auch stark erhöht.
Bei einigen Reglern Low Drop die ich (Datenblatt) gesehen habe ist der Vdrop wirklich genial bei 0,1V bis 0,3V bis 300mA
bei 500mA oder mehr sinds aber auch wieder 0,5V .. 0,6V. Wenn dann gleichzeitig der Li-Akku etwas einbricht
und schon etwas entladen ist und der Vdrop wegen dem Kondensator Ladestrom steigt, ist das Ergebnis einfach zu wenig.

Mein Vorschlag wäre jetzt ins Datenblatt zu schauen und den verwendeten Regler zu überprüfen ob er eine Rückstromsicherung braucht,
und ab welcher V-Out Kapazität. Allerdings findet der Rückwärts-Entladevorgang ohne diode dann trotzdem statt, auch wenn es den Regler nicht gleich ermordet.

Und dann für den Lastzweig einen zweiten -unabhängigen- Regler einsetzen. Mit etwas Glück reicht das schon.

Alternativ bleibt ein DC-DC Wandler der variabel von 3V bis 5V arbeitet (oder so ähnlich) und immer die 3,3V Output hat,
und dahinter den µC speist (sofern das ripple nicht zuviel ist).

Hat der Li-Akku eine integrierte Schutzschaltung (alla 18650) ?

Andere Frage:
Bis wieviel Volt läuft der µC ?
Besteht die Möglichkeit den Regler wegzulassen und nur eine Diode (-0,3V) und Drossel + Kondensatoren einzusetzen?

Wenn der µC bis 5,25 V abkann, dürfte bei 4,2 bis 4,4V Lade-endspannung des Li-Akkus mit
einer 5V-Zdiode ein ausreichender Spannungsschutz gegeben sein. Mit einer entsprechenden Entkoppelungs-Diode würde der Spannungsabfall dann mit -0,3V im Rahmen bleiben.
Ein nachgeschalteter Kondensator wäre wiederum von kurzzeitig einbrechender Spannung geschützt.
Die stromhungrige Hardware und der Rest der Schaltung der einen Regler braucht (sich aber nicht aufhängen kann)
sollte dann wieder hinter den originalen Regler.

Die Lösung mit der Diode statt Regler kann in bestimmten Bereichen sogar effizienter sein, weil Low-Drop Regler einen relativ hohen Eigenstrombedarf haben.
Wenn die Last eigentlich nur gering ist, sind 10mA für den Regler intern bei 10mA Last extern keine Seltenheit.

Edit:
Noch ne gute Idee :-)
Du verbaust eine diode vor dem Regler, im normalbetrieb überbrückst du die aber mit einem p-fet welcher vom µC gesteuert wird. (oder auch n-fet)
Beim "Einschaltvorgang" schaltest du kurz vorher bis kurz danach paar mS den P-FET ab,
die Spannung fällt dann zwar dabei um 0,3V, aber es findet keine Rückwärtsentladung statt.
Im normalen Betrieb ist die Diode überbrückt und die paar mOhm machen keinen Unterschied.

[Besserwessi]

Ein 2. Regler für die zusätzliche Last wäre vermutlich die Lösung. Auf die Diode oder ähnliches zur Entkopplung kann man vermutlich sogar verzichten.
Mit etwas Glück sorgt auch der 2. Regler für eine Strombegrenzung beim Anlauf. Einige Typen haben auch gleich einen Enable Eingang, was den extra MOSFET sparen könnte und ggf. auch ein langsamen Start gibt.

@PsiQ:
Der Ruhestrom für den low-drop Regler muss nicht wirklich hoch sein: das sind oft nur etwa 1-5% des Ausgangsstromes zusätzlich - das ist einfach der Basisstrom für den PNP Ausgangstransitor. Bei einigen wenigen Typen mit P-MOSFET fällt auch der noch weg.

[PsiQ]

@Ruhestrom low-drop
Ich hatte das beim Lesen im Netz als negative Eigenschaft der Low-Drop Regler gefunden und
im Datenblatt von 2 oder 3 Stück bei reichelt auch nachgeschaut zum überprüfen.

Ging bei meiner Anwendung dabei um 5V low drop mit 60mA Last. (von 4xbatterie, also Neu bis 6,2V // Leer bis möglichst nah auf 5V)
Leider weiß ich grad nichtmehr welche Typen das nun alle waren, dabei wars aber durchaus so,
dass der Regler ohne Last trotzdem noch 10mA gezogen hat.

Beim 4941 ist im datenblatt der ruhestrom z.B. für 6V Vin mit 10mA Last nochmal 4mA für den Regler angegeben,
bei 0,5A als nächstem Wert sinds dann wirklich nur noch 1 %. mit 5mA.
- Aber da waren auch extremere dabei gerade bei niedrigem Strom.

Bin aber dankbar für den Hinweis, und auch für Namen von einem LowDrop, 5V, bis 500mA, der kaum Eigenbedarf hat!

[seite5]

Hallo,
kenne solche Proble von "falsch" gelegten Massen, der Strom vom Leistungs-FET sollte am "kalten" Ende nicht durch die Masseflächen des µC laufen.
Die Resets der AVRs (vor XMEGA) sind auch alle recht empfindlich, ein 1k gegen + hilft manchmal.
mfg
Achim