Leistungsberechnung von Schaltungen

Bitte lesen Sie weiter..... das sieht lang aus, ist aber einsteigerfreundlich und einfach

Ich habe viele einfache Projekte auf der Grundlage von Mikrocontrollern durchgeführt, aber keine Berechnungen zur Leistung und zum erforderlichen Strom (damit die Schaltung funktioniert) berücksichtigt. Aber jetzt, als ich mein anderes Projekt machte, dh "8051-Mikrocontroller-Entwicklungsplatine" auf einem Perfboard, stellte ich fest, dass nicht alle Funktionsblöcke (16x2LCD, max232 für serielle Kommunikation, ADC0848, Relais usw.) gleichzeitig arbeiten können mit der gleichen Stromversorgung, da der benötigte Strom nicht ausreichte, um alle zu arbeiten.

Damit sie funktionieren, fügte ich zusätzliches Zubehör hinzu und sie funktionierten ziemlich perfekt. Aber jetzt weiß ich, dass mir einige ernsthafte Leistungs- und Stromberechnungen gefehlt haben, die ich machen musste, bevor ich sie löte. Diese Berechnungen sind wichtig, wenn Sie ein kommerzielles Produkt entwerfen oder herstellen, und auch, um weltweit Energie zu sparen.

Also beschloss ich, die Leistung in einer einfachen 555-Timer-astabilen Schaltung zu berechnen. Der astabile 555-Timer ist wie gezeigt

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vcc = 5 V, R1 = R2 = 1 kOhm, C = 0,1 uF

Um die verbrauchte Leistung zu berechnen, könnte ich sie direkt über das Multimeter finden, aber ich möchte die Leistung theoretisch aus den Datenblattinformationen des Herstellers berechnen.

NE555 Datenblatt ist hier

Was habe ich gemacht?

Wir wissen, dass Macht ist:

P = ICH v = ICH 2 R = v 2 R

So

  1. Leistung am Trigger-Pin = maximale Spannung am Trigger * maximaler Strom am Trigger = 2,2 V (aus dem Datenblatt) x 2 uA (aus dem Datenblatt) = 4,4 μW

  2. Ausgangsleistung = Maximale Spannungszeit des Stroms, der durch die Last fließt. Angenommen, der Ausgang ist mit einem 1-kOhm-Widerstand an die LED angeschlossen. Maximale Ausgangsspannung bei High = 3,3 V (aus dem Datenblatt) und Strom = 4,3 mA (z. B. wenn die LED an den Ausgang angeschlossen ist). Wenn sich der Kondensator also auflädt, ist der Ausgang hoch und wenn er sich entlädt, ist der Ausgang niedrig. Niederspannungs-Maximalausgang = 0,4 V, also berechne ich die Leistung am Ausgang für einen Zeitraum und multipliziere sie dann für jede Zeit, in der ich die Schaltung betreibe.

  3. Leistung am Reset-Pin: Hier gehen wir davon aus, dass der Reset-Pin immer mit Vcc = 5 V verbunden ist, also die maximale Leistung = maximale Spannung * maximaler Strom = 1 V x 0,4 mA = 0,4 mW

  4. Leistung bei Steuerspannung = 0, da sie mit einem Kondensatoranschluss verbunden ist, dessen anderer Anschluss mit Masse verbunden ist.

  5. Ich weiß nicht, wie ich die Leistung berechnen soll, die in den Vcc-Pin geht. Ich kenne das Funktionsblockdiagramm und denke nicht, dass es so einfach ist wie der Spannungsteiler, da der Operationsverstärker, das SR-Flip-Flop usw. mit Strom versorgt werden müssen.

  6. Verlustleistung in R1, R2 = (Strom durch R1 oder R2 im Quadrat) x (R1+R2) beim Laden und Entladen. Da der Strom durch diese Widerstände variiert, dachte ich, den durchschnittlichen Strom durch Laden und Entladen zu berechnen und dann die in einem Zeitraum verbrauchte Leistung zu finden und dann die Verlustleistung für eine Sekunde zu summieren.

  7. Die Leistung am Schwellenstift wäre vernachlässigbar, da der maximale Strom, der in den Schwellenstift fließt, 250 nA beträgt (aus dem Datenblatt).

  8. So berechnen Sie die Leistung am Entladestift

Ich möchte jetzt fragen

  1. Sind alle meine Werte aus dem Datenblatt richtig für Berechnungen? Oder habe ich falsche Werte genommen?

  2. Sind meine Berechnungen richtig?

  3. Angenommen, die Dinge sind mit der obigen Frage richtig, wie kann ich mich dann weiter bewegen ... das sind Leistungsberechnungen mit Mikrocontrollern usw.

Vielen Dank im Voraus, dass Sie Ihre wertvolle Zeit und Geduld mit mir verbringen

Das alles nur um den Stromverbrauch zu ermitteln ? WARUM ? Warum nicht auf einem Steckbrett bauen und messen ? Sie verwenden einen 555, es gibt auch einen 7555 oder TLC555, diese haben die gleiche Funktionalität wie ein 555, verbrauchen aber deutlich weniger Strom (bei richtiger Konfiguration).
Nun, ja, ich kann das auf dem Steckbrett tun, aber die nächsten Schritte, die ich auch unternehmen möchte, sind, den Stromverbrauch auf Leiterplatten zu bestimmen (weil ich Leiterplattendesign lerne), wo ich den Stromverbrauch von Spuren auf der Platine hinzufügen würde ... und ja ab sofort kann ich das auf dem Steckbrett @FakeMoustache machen
Stromverbrauch der Gleise auf der Platine Erklären Sie mir, wie diese Strom verbrauchen .
Ich denke, Sie sind auf dem richtigen Weg, aber übertreiben es, wenn Sie versuchen, die Dinge richtig zu machen. Der Detaillierungsgrad, auf den Sie eingehen, wäre angemessen, wenn Sie versuchen würden, eine Schaltung so lange wie möglich mit einer begrenzten Stromquelle (kleine Batterie) laufen zu lassen, aber viel zu kompliziert, wenn Sie versuchen, herauszufinden, wie groß eine Leistung ist Versorgung, die Sie benötigen. Sie haben den Stromverbrauch nicht mehr berechnet, sondern versucht, jedes Elektron zu berücksichtigen.
Das ist, was ich sage ... Ich weiß, dass es Kupfer ist und nicht viel Strom verbraucht, aber da ich ein Anfänger im PCB-Design bin, sollte ich mich bei den Leuten hier vergewissern, damit ich sicher sein kann, was ich tue.
Und meiner Meinung nach ist Schaltungsdesign (und die Bestimmung, wie viel Strom eine Schaltung verbraucht) KEIN PCB -Design. Ich bin Schaltungsdesigner, ich entwerfe keine Leiterplatten, das überlasse ich anderen. Ich muss dem PCB-Designer sagen, wie viel Strom fließen wird, damit er die Leiterbahnen breit genug machen kann.
Nur als FYI für eine 10-Mil-Spur werden Sie ungefähr 4R pro Meter haben.
@JRE Mein Ziel ist es, Schaltungen zu entwerfen, die mit 3,3-V-Lithiumbatterien so viel weniger Strom wie möglich verbrauchen ... Ich fühle mich gut, dass ich auf dem richtigen Weg bin ...
Oh, Sie wissen also, dass Kupferspuren keinen Strom verbrauchen! Ich stimme JRE zu, dass Sie das übertreiben. Ich verstehe, dass es für einen Anfänger schwierig ist, die wichtigen Dinge von den weniger wichtigen Dingen zu trennen. Wenn Sie mich fragen würden, was so ein 555-Timer verbraucht, würde ich am Daumen lutschen und sagen: 10 mA, wahrscheinlich viel weniger. Selbst die dünnste Leiterbahn auf einer Leiterplatte kann 10 mA unterstützen, so dass in Bezug auf ein Leiterplattendesign für diese Schaltung nichts Besonderes vor sich geht.
weniger Strom als möglich mit 3,3 V Dann ist der 7555/TLC555, den ich erwähnt habe, eine Option, aber es gibt auch einige Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch, die sogar diese Timer schlagen können!
Wenn Sie mich fragen würden, wie viel der 555 verbraucht, würde ich fragen, was er fährt, da das normalerweise weit mehr ist, als der 555 selbst verbraucht. Das verknüpfte Datenblatt besagt, dass der 555 bis zu 225 mA liefern kann (es wird empfohlen, unter 200 mA zu bleiben), sodass die Last selbst sehr erheblich sein kann.
Ich sehe @FakeMoustache ... Sie sind so zuversichtlich, dass "ich an meinem Daumen lutschen und 10 mA sagen würde", aber nach einer gewissen Zeit würde ich mich mit der Breite der Kupferspuren und so beschäftigen ... Ich möchte auch sagen, dass es so sein sollte Seien Sie eine Community-Wiki-Frage für die Breite von Kupferspuren (Formel und einige wichtige Dinge, da ein Buch über diese Dinge geschrieben werden kann, wenn ich mich nicht irre), da diese Dinge jeden zweiten Tag auf dieser Seite gefragt werden
Wenn Sie in Google gehen und "Spurbreitenrechner" eingeben, gibt es buchstäblich Hunderte. Die meisten davon sagen Ihnen den Widerstand der Leiterbahnen bei welcher Breite und welcher Kupferdicke bei welcher Temperatur.
@Hayman danke für die Info, aber ich vertraue dieser Seite mehr als jedem anderen und da diese Seite ein Ort für jede gute Frage ist und viele Experten (auch diejenigen, die kommentiert haben) hierher kommen, wo es an anderen Orten nicht möglich ist. Dank dieser Experten haben wir die besten Antworten und deshalb wollte ich nur eine wichtige Frage des Typs.
Ihr Selbstvertrauen wird auch im Laufe der Jahre wachsen, wenn Sie Erfahrung sammeln. Mach dir nicht zu viele Gedanken darüber, noch nicht alles zu wissen und verliere dich nicht in Details (Elektronen zählen ;-) ). Sehen Sie sich stattdessen an, was andere tun, wie sehen ihre Leiterplatten aus? Im Internet finden Sie viele Beispiele. Kennen Sie den EEVBlog? Es ist eine hervorragende Ressource für (angehende) PCB-/Schaltungsdesigner.
Ja, ich habe kürzlich seine Videos auf YouTube gefunden, ich mag jedes seiner Videos und möchte so sein wie er....@FakeMoustache .... aber ich suche nach einer Antwort auf meine Frage und gehe davon aus, dass ich eine bekommen werde.
@JRE guter Hinweis auf den Laststrom!
Meine zwei Cent, nachdem ich das alles gelesen habe, sind, dass ich denke, dass das alles auf einem Missverständnis basiert; Ich habe mich sehr wohl geirrt, das war viel zu lesen, aber ... Ihre 555-Timer-Schaltung (oder jede andere Schaltung) verbraucht so viel Strom, wie sie benötigt (vorausgesetzt, die Stromversorgung kann sie liefern [wie Sie herausgefunden haben]). Also, Datenblatt(er) lesen, maximalen Strombedarf finden, Werte für alle Geräte addieren, mit einem Sicherheitsfaktor multiplizieren, einen Stromversorger besorgen, der so viel Leistung liefern kann, Bauteile entsprechend dimensionieren...
Danke, dass du das alles gelesen hast @Tyler .... aber warum denkst du, dass das ein Missverständnis ist?
Missverständnisse sind vielleicht nicht genau die Arbeit, nach der ich gesucht habe, aber lassen Sie mich versuchen, es so zu erklären ... Es wäre schwierig zu erklären, wohin jedes einzelne Elektron geht. Mit Erfahrung sollte man in der Lage sein, den Stromverbrauch einigermaßen genau abzuschätzen. Füge etwas Sicherheitsmarge hinzu. Stellen Sie nun ein Netzteil mit ausreichend Leistung bereit und Sie sind fertig; Die Schaltung nimmt nur das, was sie braucht.
Das ist eine sehr gute Idee @Tyler 1. Schätzen Sie die Leistung (nicht unbedingt mit sehr guter Genauigkeit, aber mit der erforderlichen) 2. Fügen Sie einen Sicherheitsspielraum hinzu 3. Stellen Sie sicher, dass die Schaltung funktioniert und Sie fertig sind ... Nochmals vielen Dank!
Hier ist eine 2-Minuten-Analyse. 555-Timer mit +5-V-Versorgung verbraucht zwischen 3 mA und 6 mA (Abschnitt 6.5 im Datenblatt ). Die LED verbraucht 4,3 mA (wie in Punkt 2 der Frage erwähnt). Die verbleibenden Ströme sind vernachlässigbar.
Strom fließt nicht in den Vcc-Pin, das ist CURRENT. Um den Stromverbrauch zu ermitteln, vergleichen Sie den gemessenen Strom mal die Spannung des Netzteils. Sie können genauer messen, als Sie vorhersagen können, genauer als jedes Datenblatt Ihnen sagt.
Ist das also der Gesamtstrom, der in den VCC-Pin fließt, richtig? Auch wie Sie sagten, sind alle anderen Ströme vernachlässigbar, was mit meinen Berechnungen ziemlich überzeugend ist. @Nick Alexeev Ja, der Laststrom variiert je nach Last, aber variiert der Strom, der in den VCC-Pin fließt, wenn ich die Last daran anschließe?
Ja, ich meinte den aktuellen @Whit3rd. Das ist sicherlich die einfachste und genaueste Art, Strom zu berechnen, aber wie Sie sehen können, variieren die Ströme und Spannungen im Kondensator und den Widerständen ... Ich hätte das nicht mit einem Multimeter berechnen können, also musste ich die Berechnungen verwenden ... .

Antworten (1)

Das ursprüngliche Problem war die Überforderung des ersten Netzteils. Im Allgemeinen können Sie dann die maximalen Spannungs- / Stromzufuhrwerte aus dem 555-Datenblatt verwenden. Machen Sie dasselbe für alle anderen erwarteten Geräte. Viele Geräte verfügen über Datenblätter, anhand derer Sie die tatsächliche Leistungsaufnahme schätzen können und die weit unter den Maximalwerten liegen kann. Es kann erforderlich sein, separate Netzteile für andere Zwecke als die Stromversorgung zu verwenden. dh um das Rauschen in einem hochauflösenden ADC zu minimieren oder die Verwendung von Kühlkörpern zu vermeiden ... usw.

Leistungsberechnung von Schaltungen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v