Verlustleistung der Interface-ICs

[l0wside]

Nachdem mein Eigenbau-KNX-Temperatursensor konstant zu hohe Werte anzeigt, habe ich nun mal nachgemessen.
Insgesamt hat die Schaltung rund 90mW Verlustleistung.

Das klingt nicht viel, sorgt aber für eine Temperaturerhöhung um etwas mehr als ein halbes Grad in der Dose im Vergleich zu außerhalb - für einen Temperatursensor ist das eher ungünstig. [1]

Es gibt prinzipiell drei Möglichkeiten:

• Korrekturfaktor einführen. Das ist aber nur die allerletzte Option.
• Thermische Anbindung an die Umgebung verbessern. Dazu müsste ich den Sensor an die Abdeckung des Berker-Sensoreinsatzes kleben (und diese Abdeckung am besten noch aus Metall machen). Machbar, aber auch nicht begeisternd.
• Verlustleistung senken. Im Moment sind folgende Quellen vorhanden:
  • Mikrocontroller. 6mA@3,3V (wg. Linearregler sind das 6mA@5V), also 30mW. Der Schaltregler hat 75% Wirkungsgrad, macht also 40mW.
  • Sensoren. Vernachlässigbar, beide im tiefen µA-Bereich spezifiziert
  • I2C-, Onewire- und UART-Aktivität. Ebenfalls vernachlässigbar, die gesamt fünf 10k-Pullups nach 3,3V machen je 1mW, wenn die jeweilige Leitung Low ist. Tastverhältnis ist << 10%, d.h. hier sind rund 0,5mW vergraben.
  • TPUART. Laut Spec 1,8mA@30V, macht 54mW.
  
  

In der Summe rund 95mW, passt ganz gut zur Messung.

Der µC sollte eigentlich den größeren Teil der Zeit im Low-Power-Mode sein und dann irgendwas im µA-Bereich brauchen. Das muss ich aber noch mal verifizieren. Das meiste Bauchweh macht mir der TPUART - über 50mW Wärme ist bei dieser Applikation eine Menge.

Der NCN5120 ist lt. Spezifikation noch schlechter (unglaubliche 5mA Eigenverbrauch, 1,8mA im "Sleep Mode"). Zum E981.03 habe ich im Datenblatt keine Daten zum Eigenverbrauch gefunden.

Hat jemand von euch reale Messungen zum Eigenverbrauch der drei Transceiver? Wenn der E981.03 hier deutlich besser ist, überlege ich mir ernsthaft ein Neudesign.

Etwas frustrierte Grüße,

Max

[1] Die Temperatur gemessen habe ich mit separaten DS18B20, einer in der Dose, einer außerhalb, beide über einen DS9490 am PC angeschlossen.
Die Stromaufnahme ist mit dem Handmultimeter gemessen, ziemlich genau 3mA@30V.

[mayrjohannes]

Ich werde morgen kurz den NCN5120 im Standalone (also ohne µC vermessen und dir berichten). Ich kann mich aber dumpf erinnern das mein Labornetzteil vor Monaten bei der ersten Inbetriebnahme 2-3 mA angezeigt hat. Wobei ich hier die Genaugikeit des Labornetzteiles in Frage stelle da die Anzeige nur 1mA Auflösung hat. Aber ich werde das mit einem genaueren Multimeter nochmals nachmessen.

LG Johannes

[dreamy1]

Ich sehe das mit dem Korrekturfaktor eher unkritisch, was spricht dagegen? Machen doch alle kommerziellen Geräte auch nicht anders...ein TS3Plus zieht sicher auch so seine 7-10mA aus dem Bus (~250mW).

Durch geschickte Positionierung dse Sensors lässt sich der Effekt sicher auch verkleinern - bei 100-200mW findet definitiv Konvektion statt und die kann man sich auch zunutze machen, indem man eine definierte Luftströmung erzeugt und der Sensor z.B. am "Frischlufteingang" sitzt.

Eine zu große Wärmekapazität in Form einer Metallplatte kann da schon eher kontraproduktiv sein. Besser einen kleinen Sensor nehmen und diesen sinnvoll platzieren.

Rein von der Stromaufnahme des Gesamtsystems gesehen sehe ich keinen Bedarf zu Sparmaßnahmen - solange man in der KNX Spec bleibt. Zehn Geräte mit 100mW verschenktem Potential ergeben 1W Mehrleistung im Haus, die kann jeder hier verkraften (2,20€/a).

[greentux]

Es ist ja auch immer die Frage, was ich messen will.
Meine Wiregate Multisensoren zeigen auch anderen Temps / Hum in der Dose an, als 1m davor.
Das ist leider so. Da muss man nun entweder für die Frau korrigieren oder man lebt damit. Letztlich geht es mir ja nur um eine Tendenz.
Derzeit "weiss" ich:
- 22° in der Küche ist "warm"
- >60% Luftfeuchte in der Küche = lüften

Ich denke auch, das ein Korrekturfaktor durchaus praktikabel wäre.
Zumal ein halbes Kelvin. Damit biste ggü TS3 und Berker doch schon Spitze.

[l0wside]

Ich denke auch, das ein Korrekturfaktor durchaus praktikabel wäre.
Zumal ein halbes Kelvin. Damit biste ggü TS3 und Berker doch schon Spitze.

OK. Korrekturfaktor kommt (technischer Aufwand geht gegen Null).

Danke fürs Feedback, das hat mich wieder aufgebaut :-)

Max

[mayrjohannes]

Habe kurz den NCN5120 vermessen. Mit beiden Schaltreglern aktiv aber nicht belastet und aktiviertem UART (aber kein µC damit verbunden) ziehe ich bei 30V 2,95mA. Ich weiß nicht ob sich der Wert reduzieren würde wenn man den zweiten Schaltregler abschalten würde, vermute aber das wird nicht sehr viel ausmachen.

Der NCN5120 hat also eine Verlustleistung von etwa 88mW. Doch nicht ganz so wenig. In den nächsten Tagen werde ich mal meine Platine mit dem µC und dem NCN5120 vermessen.

LG Johannes

[l0wside]

Nach langer Zeit (in der mich das Thema aber weiter beschäftigt hat) hatte ich nun die Chance, das mal mit der Thermokamera anzuschauen. Das Ergebnis ist ernüchternd.

Gemessen habe ich mit dem Baustein auf dem Tisch, d.h. nicht in der Dose eingebaut (da wird es kaum besser werden). Der TPUART2 ist eine Heizquelle erster Güte.

Es ergeben sich:
Raumtemperatur (Annahme: identisch zu der des Tischs) 24,2°C
Hotspot (TPUART2, Messung von der Rückseite, durch Exposed Pad und Thermal Vias aber thermisch gut angebunden) 33,5°C
Temperatursensor 25,8°C
Feuchtesensor 26,4°C

Ich überlege gerade ernsthaft, das Design noch mal über den Haufen zu werfen, um die Sensorik thermisch besser zu entkoppeln. Dazu gibt es im Grunde zwei Möglichkeiten:

• Eine zweite Leiterplatte, die nur die Sensorik trägt. Das ließe sich im Berker-Sensoreinsatz vermutlich noch integrieren, die Aussicht macht mir allerdings keine gute Laune, da fummelig und teuer.
• Fräsungen in der Leiterplatte, um die thermische Kopplung zu verringern. Das allerdings geht sicher massiv auf die mechanische Stabilität des Sensors.

Was um alles in der Welt säuft eigentlich dermaßen im TPUART2? Der Schaltregler kann es kaum sein, der hat ja so gut wie nichts zu versorgen.


Haareraufende Grüße,

Max

[JuMi2006]

Ich hätte sofort an sowas ähnliches gedacht:

Quelle mikrocontroller.net: http://www.mikrocontroller.net/attac...n32adapter.jpg

Edit2:
Etwas ausführlicher könnte man darauf gleich ein paar Komponenten unterbringen die man eh brauch (Widerstad, Kondensator etc.) und über dann natürlich weniger Stiftleisten aufs "Mainboard" bringen.
In der Bastlerwelt würde das unheimlichen Absatz finden da mann dann keine QFN mehr löten muss und man an die TPUART2 als Privatperson auch kaum ran kommt.

Edit:
Das Bild mal als Anhang damit der Thread lesbar bleibt