NCN5120: Maximaler Strombezug bei 3.3V?!

[tuxedo]

Moin,

kann mir jemand verraten wo im Datenblatt des NCN5120 steht, wieviel Strom ich vom ersten DC-DC-Wandler (der mit den fixen 3.3V) ich maximal ziehen darf?
Auch vermisse ich ein Diagramm das zeigt wie sich die Spannung bei zunehmendem Strombezug verhält.

Ich such mir 'nen Wolf und finde irgendwie nichts?!

Datenblatt: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NCN5120-D.PDF

Gruß
Alex

[tuxedo]

Seite 17, oben rechts:

The maximum allowed current for the DC−DC converters and V20V regulator can be estimated as next:

Dann folgt eine Formel die für mich zu viele unbekannte hat als dass ich sie anständig anwenden kann. Hat da einer nen Plan?!

Weiter hab ich im Datenblatt nur noch den Wert von 40mA gefunden, welcher aber nur im Zusammenhang mit der Restwelligkeit (Voltage Ripple) genannt wird. Ich gehe aktuell mal davon aus, dass man "gefahrlos" 40mA ziehen kann. Was aber das tatsächliche, praktische Maximum ist, ist mir weiter unklar.

[l0wside]

Die Gleichung ist m.E. ziemlich Banane. Sie besagt nach Umstellen nur, dass du nicht mehr Leistung rausziehen darfst, als der KNX-Standard dir erlaubt.Woher der Faktor 2 kommt, wüsste ich aber gerne - so schlecht kann der Schaltregler gar nicht sein.

V_bus * (I_bus - I_20V) >= 2x (V_DD1 * I_DD1 + V_DD2 * I_DD2)

I_bus ist das, was der Standard dir erlaubt (i.d.R. 10 mA).
Die 20V werden per Linearregler erzeugt, d.h. es fließt der gleiche Strom aus dem Bus rein wie hinten raus, genannt I_20V. Für die Schaltregler bleibt also am Eingang (I_bus-I_20V) übrig. Mit der Eingangsspannung multipliziert, ergibt sich die maximale Leistung am Eingang der Schaltregler gemäß P=V*I zu V_bus * (I_bus - I_20V).
Die Ausgangsleistungen der Schaltregler sind ebenfalls nach P=V*I berechnet, die gesamte Ausgangsleistung ist die Summe aus beiden Schaltreglern, also V_DD1 * I_DD1 + V_DD2 * I_DD2.
Der Faktor 2 kann nur Gürtel und Hosenträger sein und bildet den Wirkungsgrad ab. Ich hätte aber eher mit 1,2 gerechnet; 2 wären 50% Wirkungsgrad, das ist unwahrscheinlich.

Was der Schaltegler physikalisch kann, musst du ausprobieren: Poti dran und drehen. Vermutlich kann der aber ziemlich viel. Der TPUART2 zieht bei mir bei Kurzschluss auf der Sekundärseite (3,3V) primär um die 20mA. Sekundär sind das also fast 200mA. Das wird aber dann auch tüchtig warm ;/

Max

[tuxedo]

Danke. Zur Idee mit dem Poti:

Woran erkenne ich dass es "abwärts" geht? Ich nehme mal an wenn die 3.3V anfangen einzubrechen oder der NCN tatsächlich heiß wird.. ?!

Problem ist: Ich bräuchte beim Start des dranhängenden µC kurzzeitig (<1sek) rund 100mA ... Hab gestern abend schon versucht mit 200µF zu puffern, hat aber nicht ganz gereicht. Der µC ist während dem Start seines 2nd Stage Bootloaders abgeschmiert.

[l0wside]

Hallo Alex,

genau, wenn die 3,3V einbrechen, dann ist endgültig Feierabend. Davon kann man dann einen Sicherheitsabschlag nehmen (aus dem Bauch 30%) für Temperatur, Bauteiltoleranzen, Alterung, ...

Warum braucht der µC 100mA (oder ist es eine andere Teilschaltung)? Und kannst du < 1s noch mal genauer spezifizieren? Oszi wäre hilfreich...

Beispielrechnung für die Dimensionierung des Kondensators (alle Werte sind frei erfunden, es geht mir nur um den Lösungsweg):

• NCN5120 kann sekundär 25mA liefern, aus dem Kondensator müssen also 75mA kommen.
• Resetschwelle beim AVR 2,8V, d.h. 500mV Spannungsabfall (von 3,3V auf 2,8V) sind ok.
• Die 100mA werden für 200ms gezogen, damit ist dU/dt = 500mV/200ms = 2,5V/s
• dU/dt = I/C => C= I/(dU/dt) = 75mA/(2,5V/s) = 30mF = 30.000µF

dU/dt = Geschwindigkeit des Spannungsabfalls, C = Kapazität des Kondensators, I = Strom aus dem Kondensator

Prüfe bitte die ganzen Werte noch mal detailliert. 100mA ist sehr viel, und 200ms auch - ich hätte höchstens eine einstellige Zahl an ms erwartet.

Max

[tuxedo]

Hey Max,

der µC ist ein ESP8266, bei dem WLAN abgeschaltet wird um so auf nur noch 14mA Strombedarf (statt rund 180mA) zu kommen. Leider startet der ESP aber mit eingeschaltetem WLAN. Mit etwas tricksen lässt sich sehr früh der WLAN Teil abschalten, aber leider nicht so früh, dass er gar nicht erst beginnt. So bleiben rund 0,8sek mit rund 100mA die kurzzeitig beim Einschalten benötigt werden. Nach diesem einmaligen Peak bleibt's bei 14mA@3.3V.

Ein Oszi hab ich nicht, aber ich hab jemand der das mit dem Oszi mal aufgenommen hat:
https://github.com/esp8266/Arduino/i...ment-224251391

[l0wside]

Danke für den Link. Das ist ja der helle Wahnsinn.

Mir fallen folgende Lösungsansätze ein:

• ESP8266 hacken (keine Ahnung, ob das geht)
• Während der Startphase mit einem zweiten Regler direkt aus der Busleitung unterstützen. Ich stelle mir das so vor:
  • mit einem LM2596 (oder anderen Schaltregler, es gibt genug) direkt aus dem Bus
  • und mit einem der beiden NCN5120-Regler jeweils 5V erzeugen.
  • Diese beiden 5V-Schienen über Dioden zusammenhängen (da müssten dann so 4,3V rauskommen).
  • Davon dann per Linearregler auf 3,3V runter.

Nach dem Start kannst du dann am LM2596 den Disable-Pin auf High legen, so dass der NCN5120 die Versorgung alleine übernimmt.

• Passenden Kondensator nehmen: http://de.farnell.com/vishay/mal2150...smd/dp/2471983 (du solltest nur den Ladestrom über einen Widerstand begrenzen). Ich hoffe nur, du bringst 18x18x21mm unter

Max

[tuxedo]

Ja, das ist schon ein wenig aus der Kategorie "geiler Schei*" ;-)

Zu den Lösungsansätzen:

* ESP hacken... mehr wie am Code drehen ist nicht. An der HW selbst was modifizieren bringt nix, denn das ist bis auf den Flash-Speicher alles in einem einzigen Chip. Die WLAN Geschichte ist da auch mit drin und über einen Bootloader-Blob verankert. Aktueller Kenntnisstand also: Das ist wie es ist.

* zweiter Regler: Ja, wäre ein Ansatz. Dumm nur dass ich einen Satz Platinen für den ESP mit dem NCN hier liegen hab, weil ich den 100mA Peak mit meinem Multimeter in der Planungsphase nicht gesehen hatte ...

* Passender Kondensator: Das mutiert zu einem Monster. Wenn ich das aber richtig verstanden hab, dann komm ich, wenn ich einen Kondensator zur Lösung einsetzen will, um ein Monster nicht drum rum.

Wenn alles nix hilft, dann bleibt nur noch dieser Ansatz:

Die Platine ist noch für eine optional bestückbare, externe 24V Versorgung vorgesehen (gelb/weiße Klemme z.B.). Die wäre bis dato dann zum Einsatz gekommen wenn man tatsächlich WLAN nutzen will, oder die entsprechende Zusatzplatine mehr "power" braucht. So wie es scheint wird das nun nicht mehr Optional, sondern "pflicht" für diese Platine werden.

Ich probier mein Glück mal mit einem "etwas" größeren Kondensator (andere hatten teilw. zu 470µF geraten, allerdings hatten die keine so kleine Spannungsquelle zur Verfügung) und noch mehr feintuning im ESP Code versuchen.
Wenn das alles nix hilft, dann kommt halt die 24V Versorgung zum Zug.

[l0wside]

Kannst du nicht Diode+Vorwiderstand+Elko auf einer Extraplatine zwischen Bus und gelb/weißer Klemme schalten?

Max

[tuxedo]

Du meinst über eine exra-platine die Monster-Elko-Lösung realisieren?

Es ist zwar noch ein wenig Platz im Gehäuse, aber damit würde ich mir die Optionen verbauen die das ganze erst modular machen :-(

Vorher belass ich es in dieser Platinen Version bei 24V Versorgung und überarbeite die Schaltung dann für Revision 2 ...

Hab auch schon etwas über den Tellerrand geschaut. Die KNX Transceiver von Elmos können 70mA bzw. der neuere sogar 100mA mit ihren DC-DC Wandlern. Bevor ich da direkt den Bus anzapfe, würde ich eher schauen dass ich irgendwie in die Richtung komme.

Aber vielleicht findet sich ja noch ein Software-Weg um den Strom-Peak weiter abzuschwächen oder sogar doch ganz zu vermeiden. Das wäre mir persönlich das liebste.
Denn der ESP8266 bringt an und für sich schon ein paar Nachteile mit sich, die sich durch die wirklich einfache verdrahtung und benutzung wieder etwas aufheben. Wenn ich nun, nur um den ESP zu nutzen größere Design-Klimmzüge machen muss, dann überwiegen irgendwann die Nachteile und ich kann gleich einen anderen µC benutzen.

Leider geht die IoT-Entwicklung mit vielen coolen µC Lösungen nicht hin zum super-stromsparen (so dass man ohne weiteres alles über KNX Versorgen kann), sondern hin zu mehr WLAN, mehr Bluetooth, mehr Schnickschnack und damit auch mehr Strombedarf. Irgendwie wir das dann wieder damit relativiert, dass das Gerät die meiste Zeit nur im Deep-Sleep lauert und nur hin und wieder aufwacht, Daten sendet und dann gleich wieder schläft. Für KNX nicht unbedingt der präferierte Weg.

[tuxedo]

So, nochmal etwas Feedback...

Ich hab die letzte, noch nicht ausprobierte Codeänderung nun eingebaut und den Puffer-Kondensator auf 470µF erhöht... Und siehe da: der ESP startet zuverlässig. Jetzt muss ich nur noch schauen wo ich am besten auf der bereits fertigen Platine den Kondensator einbaue.

[Eugenius]

pushe mal das Thema wieder hoch...

NCN5120 hat ja zwei DC-DC Wandler. Einer läuft immer auf 3.3V und versorgt NCN selbst und der 2. ist einstellbar, kann also auch auf 3.3V laufen.

wenn man die Seite 7 anschaut (Voltage Ripple, was Alex schon im 2. Post gesagt hat). dann verstehe ich so, das man 2x40mA ziehen darf. Diese Annahme wird auch durch diesen Satz auf der Seite 17 bestätigt: "Although both DC−DC converters are capable of delivering 100 mA"

Eine Idee war für "extern" 2. DC-DC nutzen, für intern 1.DC-DC, aber das würde das Problem mit dem ESP gar nicht lösen. und evtl. brauche ich extern 60mA und intern nur 20mA...

Jetzt ist die Frage, wie am besten aus 2x40mA 80mA@3.3V bekommen? einfach kurzschließen ist wohl keine gute Idee

[l0wside]

Du könntest beide über Dioden zusammenhängen, z.B. BAT54-05. Kostet dich aber 0,3V, ausgangsseitig hast du dann nur noch 3V.

[Eugenius]

3V wären dann zu wenig
gibt es Dioden die nur 0.1V Spannungsabfall haben?

[l0wside]

Jetzt habe ich doch mal ins Datenblatt geschaut. Die 100mA kannst du doch problemlos aus dem einstellbaren DC/DC ziehen, der schaltet frühestens bei 100mA ab (IDD2_lim, wobei das noch über einen externen Widerstand einstellbar ist). Du wirst nur die Begrenzung auf 10mA am Bus reißen, aber das kann dir ja ziemlich egal sein. Hast du die AND9135 (referenziert auf S. 17) gelesen?
Du solltest FANIN dann noch auf Low legen, dann kannst du aus dem Bus bis zu 26mA ziehen. Das müsste reichen.

Ansonsten: Dioden mit nur 100mV Drop sind mir keine bekannt, jedenfalls wird das bei 100mA schwierig. Wenn der interne DC/DC je nicht gehen sollte, kannst du für den ESP8266 einen separaten DC/DC aufbauen, der dann aus VFILT gespeist wird. LM2594M-3.3 wäre eine Möglichkeit. Ist relativ teuer, aber TI verschickt auch klaglos bis zu fünf Muster kostenlos.