Voltage conversie en power down detectie

[meino]

Hallo
Ik heb een vraagje voor onze electronica specialisten. Omdat ik zelf weinig kennis van het ontwerpen van electronica schakelingen heb, gooi ik het maar even in de groep.
Het probleem is dat ik overal op de baan componenten heb die met 5 volt (gestabiliseerd) gevoed moeten worden. Dit zijn Arduino's, servo's en bezetmelders. Maar ik wil de spanning voor de voeding gaan verhogen ivm mogelijk spanningsverlies in de bedrading. De makkelijkste manier is om de hogere spanning op de Vcc pin van de arduino te zetten ,die dan de spanning terugbrengt naar 5v, en dan de andere componenten te laten voeden van de 5v pin op de arduino. Maar ik heb ook nog een ander probleem, de arduino's hebben allemaal interne gegevens (seinstanden, wisselstanden etc) die bij een power down verloren gaan. Ik heb al voor een toepassing een soort van oplossing, door de belangrijkste gegevens zo nu en dan naar eprom te schrijven, maar eigenlijk zou ik dat willen doen op het moment dat de spanning wegvalt

Dus zou ik een schakeling willen hebben, die het volgende voor mij doet
- Een gestabiliseerde input spanning van 6-12v terugbrengen naar 5v output.
- Een buffer (condensator) hebben, zodat als de input spanning wegvalt er een aantal seconden (1-2) nog 5v op de output beschikbaar is.
- Een apart signaal dat gebruikt kan worden door de arduino om te monitoren of er input spanning aanwezig is. Dat kan een digitaal signaal zijn (0v geen spanning, 5v wel spanning) of een analoog signaal dat de waarde van de inputspanning weergeeft.

Dit is voor mij iets te hoog gegrepen om dat zelf te ontwerpen, maar misschien zijn er anderen die dit wel kunnen.

Bij voorbaat mijn dank
Groet Meino

[Martin Domburg]

Hoi Heino,

Je kan met een 7805 spanningsregelaar ter plekke de voltage verlagen naar 5V 1Ampere, er zijn ook sterkere power regulator te krijgen die meer kunnen hebben.

Let wel op de Vdrop, dat is de voltage die een spanningsregelaar verliest. Tel die waarde erbij op en zorg dat je aan doorboven blijft.


Groetjes

Verstuurd vanaf mijn SM-G975F met Tapatalk

[ikbenerevenniet]

[..] spanningsverlies in de bedrading.

Dat los je niet op door een hogere voedingsspanning te gebruiken; het spanningsverlies wordt nl. veroorzaakt door de stroom, en die blijft hetzelfde. Je hebt wel het voordeel van een meer betrouwbare voeding, doordat elke Arduino z'n eigen stabilisator heeft.

[..] andere componenten te laten voeden van de 5v pin op de arduino.

Daar moet je mee uitkijken, de stabilisator van de Arduino kan nl. niet veel stroom leveren, ik meen enkele tientallen milliampéres! Het ding kan nl. z'n warmte niet goed kwijt, en door de voedingsspanning te verhogen maak je dat probleem eigenlijk nog erger. Geef de andere electronica dan liever een eigen stabilisator, bv. een LM7805 of een step-down converter van Ali.

[..] power down
[..] gegevens zo nu en dan naar eprom te schrijven

Je weet dat EEPROM maar een beperkt aantal keren (10.000?) geschreven mag worden?

zou ik dat willen doen op het moment dat de spanning wegvalt

Tja, daar heb ik ook nog geen goede oplossing voor...

[meino]

Dat los je niet op door een hogere voedingsspanning te gebruiken; het spanningsverlies wordt nl. veroorzaakt door de stroom, en die blijft hetzelfde. Je hebt wel het voordeel van een meer betrouwbare voeding, doordat elke Arduino z'n eigen stabilisator heeft.

Dat weet ik, maar als het spanningsverlies 0.3v is, dan houdt ik van 5v nog 4,7v over (te weinig), maar als de input 9v is dan blijft er 8,7v over, genoeg om door de voltage regulator naar 5v te brengen.

Je weet dat EEPROM maar een beperkt aantal keren (10.000?) geschreven mag worden?

Dat weet ik, het is iets meer, minimaal 100k, en dat geldt per cell/byte in de EEPROM, dus heb ik een algoritme dat in een loopje rondgaat door de beschikbare bytes in de EEPROM. Hierdoor kan ik iets vaker data storen.

Maar ik heb nu behoefte aan een betere oplossing. De oplossing die ik geimplementeerd heb is op een Arduino mega, die heeft een grotere EEPROM dan de Uno's die ik nu ga gebruiken, vandaar dat ik iets met powerdown wil proberen.

Groet Meino

[bellejt]

is toch veel makkelijker een 12 volt ringleiding te leggen en DC DC step convertors te gebruiken ? Die kan je apart gewoon per lokatie op 5 v afregelen.Die dingen zijn tegenwoordig zelfs met digitale meter erop aan dumpprijzen te krijgen.Heb je nog stabieler nodig met weinig rimpel zet je er gewoon een condensator achter van 2200 µF of hoger.Alhoewel er al zijn met amper 1à 2 mV rimpel

[meino]

@bellejt

dat weet ik, maar het is maar een deel van de oplossing die ik zoek. Ik wil ook graag een stroombuffer er bij hebben. Dat zou ik kunnen doen op de zelfde manier als een stroombuffer in een digitale loc, maar wel gekombineert met een signaal dat me verteld dat de 12v is verdwenen.

Groet Meino

[Hans van Kampen]

Zet een dikke elco op de 12 volt en daaruit putten de convertertjes dan nog enkele seconden stroom. Voordeel is dat ze enkele seconden de 5 volt blijven leveren en niet langzaam wegzakken met hun spanning.

[ikbenerevenniet]

Als je de stroom naar die dikke elco door een diode ⁽¹⁾ en een weerstandje ⁽²⁾ laat gaan, kun je de 9 volt tevens via een weerstandsdeler ⁽³⁾ naar een interrupt-input van de Arduino sturen.

1: Om te voorkomen dat de elco zich gaat ontladen als de 9V-voeding wegvalt.
2: Beperking van de laadstroom.
3: Evt. met een 4,7V zenerdiode parallel om overspanning op de input te voorkomen.

[bellejt]

een deftige stroombuffer : 4 X 10000 ùF condensatoren.Zal je nog veel seconden lang je 5 volt ter beschikking hebben.Zelfde principe als in een loc.Kan helaas in een loc niet gebruikt worden door de grootte van de caps.
Heb hier als powerpack een 4700 ùF op de wisselsturing  zitten en schakelen zelfs nog 2 wissels als de spanning wegvalt.

[ikbenerevenniet]

Haha, als het alleen voor de Arduino is heb je aan 1000µF echt wel genoeg, hoor!

[72sonett]

Geschikte spanningsdeler op 12 V, aftakking op een Arduino pin, als die laag gaat snel gegevens wegschrijven, via polling of een interruptroutine.

In theorie is het aantal schrijfacties eindig, maar in de praktijk zal je dat nooit halen. Ik zou dus iedere verandering meteen opslaan.

[Menno]

- Een apart signaal dat gebruikt kan worden door de arduino om te monitoren of er input spanning aanwezig is. Dat kan een digitaal signaal zijn (0v geen spanning, 5v wel spanning) of een analoog signaal dat de waarde van de inputspanning weergeeft.

Ik zou het digitaal, softwarematig oplossen, met de kanttekening dat ik niet weet of (en vooral hoe precies) het kan. Uit de wereld van PIC's weet ik dat het wél kan en het zou me ook zeer sterk verbazen als een AVR/ATmega controller dat niet kan. Hier komt het nadeel van zo'n 'aparte' taal als Arduino om de hoek kijken.

Zoiets heet de 'Brown out' detectie als ik het me goed herinner. Door een bepaald bit te setten worden bepaalde zaken opgeslagen (als je dat zo programmeert) zodra de spanning onder een bepaald niveau zakt en de controller niet meer in staat is normaal te functioneren.

Dat los je niet op door een hogere voedingsspanning te gebruiken; het spanningsverlies wordt nl. veroorzaakt door de stroom, en die blijft hetzelfde. Je hebt wel het voordeel van een meer betrouwbare voeding, doordat elke Arduino z'n eigen stabilisator heeft.

Uh, als je de spanning verhoogt, moet er ergens minder stroom getrokken gaan worden. Als de spanning voor een spanningsregulator omhoog gebracht wordt, kan echt niet zo zijn dat de stroom hetzelfde blijft. Anders hadden we met onze hoogspanningslijnen ook een groot probleem.

Naar mijn mening moet je dit soort zaken echter niet met lineaire regelaars oplossen, maar schakelend, anders ga je enorm vermogen wegstoken.

Je weet dat EEPROM maar een beperkt aantal keren (10.000?) geschreven mag worden?

Tja, daar heb ik ook nog geen goede oplossing voor...

Daarom is het ook handig dat soort schrijf-acties alleen uit te voeren op een moment dat de controller als het ware denkt 'sh*t! De stroom valt uit! Snel alle toestanden van uitgangen wegschrijven!' en het EEPROM verder met rust te laten.

is toch veel makkelijker een 12 volt ringleiding te leggen en DC DC step convertors te gebruiken ?[...]
Heb je nog stabieler nodig met weinig rimpel zet je er gewoon een condensator achter van 2200 µF of hoger. Alhoewel er al zijn met amper 1à 2 mV rimpel

Zo'n extra (flinke) elco zou ik mee oppassen. Op de toch al discutabele chinese converter-printjes kan 1 zo'n elco het schakelgedrag lelijk beïnvloeden: dat staat ook in vrijwel elk datablad. Capaciteiten bij schakelende regelaars doen hele andere dingen dan bij lineaire!

[ikbenerevenniet]

zo'n 'aparte' taal als Arduino

Het is C++, niks aparts aan.

Uh, als je de spanning verhoogt, moet er ergens minder stroom getrokken gaan worden.

Niet als je de spanning verlaagt dmv. een weerstand, of een spanningsregelaar zoals bv. een LM7805.

Anders hadden we met onze hoogspanningslijnen ook een groot probleem.

Appels, peren... Het gaat hier over 9 volt gelijkspanning. Probeer daar maar eens een transformator tussen te zetten...

Naar mijn mening moet je dit soort zaken echter niet met lineaire regelaars oplossen, maar schakelend, anders ga je enorm vermogen wegstoken.

Inderdaad. Hoewel "enorm" wel enorm overdreven is.

Daarom is het ook handig dat soort schrijf-acties alleen uit te voeren op een moment dat de controller als het ware denkt '***! De stroom valt uit! Snel alle toestanden van uitgangen wegschrijven!' en het EEPROM verder met rust te laten.

Daar was iedereen al van overtuigd, hoor.  Enne, een controller "denkt" niet.

Zo'n extra (flinke) elco zou ik mee oppassen. Op de toch al discutabele chinese converter-printjes kan 1 zo'n elco het schakelgedrag lelijk beïnvloeden: dat staat ook in vrijwel elk datablad.

De elco moet natuurlijk voor de 5V-stabilisator, dat lijkt me toch wel duidelijk...

[ingenium]

Ik heb nog wel een 5V 200A voeding liggen...

[meino]

Ik zou het digitaal, softwarematig oplossen, met de kanttekening dat ik niet weet of (en vooral hoe precies) het kan. Uit de wereld van PIC's weet ik dat het wél kan en het zou me ook zeer sterk verbazen als een AVR/ATmega controller dat niet kan. Hier komt het nadeel van zo'n 'aparte' taal als Arduino om de hoek kijken.

Zoiets heet de 'Brown out' detectie als ik het me goed herinner. Door een bepaald bit te setten worden bepaalde zaken opgeslagen (als je dat zo programmeert) zodra de spanning onder een bepaald niveau zakt

Het is best mogelijk dat dit aanwezig is op de hardware. Alleen is het niet toegankelijk gemaakt binnen de Arduino software omgeving. Verder betwijfel ik of de Arduino in deze situatie lang genoeg levend blijft om het schrijven naar EEPROM af te maken. Dat duurt bij een beetje data toch al gauw 100-150ms. Alle voorbeelden die ik op het internet heb gevonden maken gebruik van een elco in combinatie met een diode en weerstanden om een stroombuffer te maken, waarbij een analoge pin op de stroombuffer aangesloten is, die het verschil met de hoofdvoeding en de stroombuffer meet en vervolgens een eventuele shutdown uitvoert. Kortom als ik op een pin informatie krijg, dat kan digitaal zijn of een analoog signaal dat ik met de interne referentie spanning kan vergelijken, dan is de codering voor mij geen probleem.
Maar ik probeer 2 zaken te combineren, het gebruik van een LM7805 om de voedingspanning terug te brengen naar 5v en een stroombuffer met signaal om bij een power down de arduino nog 1s in leven te houden en een shutdown procedure te laten doorlopen.

Overigens een schakelende voeding is niet nodig. Ik heb nog diverse stekker voedingen van 6, 9 en 12v liggen die allemaal een nette DC spanning leveren, oud spul van overleden diskdrives en andere computer apparatuur.

Groet Meino