Stromsparende Versorgung für batteriebetriebene Geräte

Das Problem:

Bei batteriebetriebenen Geräten ist Strom kostbar, denn oft muß eine Batterie für längere Zeiträume halten. Prinzipiell ist das ja noch kein Problem, aber wenn der benötigte Linearregler des Typs 7805 auch im Ruhezustand einige mA Strom "verbrät", so summiert sich das über die Zeit doch schon beträchtlich auf.

 

Die Lösung:

 

Abhilfe schafft ein kleiner Transistor, der den Linearregler nur nach einer Benutzereingabe mit Strom versorgt.

 

Die Funktionsweise:

Im Ausgangszustand sperrt T2 und damit fließt (bis auf die vernachlässigbar kleinen Leckströme) kein Strom. Sobald der Benutzer SW1 betätigt, schaltet T1 und damit auch T2 durch. Nun wird der Linearregler mit Strom versorgt und es kann die geforderten 5V Ausgangsspannung bereitstellen. In diesem Moment ist Mitarbeit vom angeschlossenem Mikrocontroller gefragt, denn T2 sperrt wieder, wenn der Benutzer SW1 wieder loslässt.  Um nicht wieder ohne Spannung dazustehen, schaltet der uC PORT2 auf HIGH. Damit geht D1 an und signalisiert dass das Gerät eingeschaltet ist.

Der Taster kann im weiteren Programmablauf für Benutzereingaben werwendet werden. Dazu muß nur PORT 1 als Eingang am uC konfiguriert werden.

Der Mikrocontroller kann sich nach Erledigung aller Aufgaben natürlich auch wieder schlafen legen. Als letzte Aktion vor dem "sleep"-Befehl sollte noch PORT2 auf LOW geschaltet werden um die Spannungsversorgung sofort abzuschalten.

 

Optionale Bauteile:

C1 und C2 verhindern, dass der Linearregler ins Schwingen gerät. Die erforderliche Größe steht im Datenblatt des Herstellers. Gerade bei batteriebetriebenen Geräten sollte man diese Kapazitäten nicht unnötig zu groß wählen, denn C1 und C2 werden bei jedem Einschaltvorgang geladen. Im Extremfall können beide Kapazitäten weggelassen werden, wenn die Leiterplatte genügend Kapazität bereitstellt (ist jedoch meist außerhalb der Herstellerspezifikation).

D2 schützt den Linearregler vor Rückströmen. Diese können entstehen, wenn die +9V Versorgungsschiene abgeschaltet wird und auf der +5V-Schiene noch größere Ladungsmengen gespeichert sind. Nachteilig ist an dieser Diode der Leckstrom, der abhängig vom Typ erheblich sein kann. Aus diesem Grund sollte man hier auch keine Shottky-Diode einsetzen.

C3 und R4 sorgen dafür, dass zufällig eingefangene Störungen T3 nicht einschalten können.

 

Trick:

Wenn sich in der Schaltung größere Stromverbraucher befinden, so kann es beim Abschalten zu Problemen kommen (uC trödelt zu lange vor dem Schlafengehen und der Brownout-Detector schlägt in der Zwischenzeit zu). Diese Probleme kann man elegant umgehen, wenn man PORT2 nicht auf LOW schaltet, sondern als Eingang (ohne PullUp!) konfiguriert. In diesem Fall schaltet T3 nicht sofort ab, sondern mit einer kleinen Verzögerung (C3 entlädt sich über R4 bzw. über die BE-Strecke von T3). Die Zeitdauer lässt sich mit einem größeren Kondensator natürlich auch verlängern.

Wenn man diese Variante wählt, sollte man PORT2 beim nächsten Einschalten natürlich wieder als Ausgang konfigurieren.

 

Quellen:

embedded-projects.net JOURNAL, Ausgabe 4/2011, Artikel: AVR-Transistortester, Author: Markus Frejek

http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Transistortester