Probleme bei der Spannungsversorgung, ein paar Tipps


#1

Guten Morgen,

bei der Spannungsversorgung, gerade bei der Kombination, Mikrocontroller und Audio Komponente, kann es zu ein paar heftigen Problemen kommen. Dazu ein paar grundlegende Überlegungen.

Fehlerquelle 1, zu schnelle Schaltnetzteile
Auf dem Board befindet sich ein, so genannter, Klasse D Verstärker. Schaut man sich so eine Endstufe einmal genauer an, sieht man warum es bei hohen Lautstärken zu Problemen kommen kann.
Capture

Zwischen der Spannungsversorgung (egal ob symmetrisch oder unsymetrisch) und der Masse liegen lediglich die Spule des Tiefpasses und der Lautsprecher.
Bei voller Aussteuerung und starken Bassschlägen kann (theoretisch) ein maximaler Strom von

5V / 4Ohm = 1,25 A

fließen. Dazu kommt noch, dass diese Ströme impulsartig d.h. sehr schnell angefordert werden können. Manche Schaltnetzteile der 5V/1A - Klasse machen das nicht mit und schalten ganz kurz in den “Kurzschlussmodus” das bedeutet dann auch, der Arduino hängt sich evtl.auf.

Hier hilft, wie im Forum schon beschrieben ein ELKO parallel zur 5V Versorgung (am Besten direkt am MP3 Player. Bei mir sind es 470uF, 16V.

Fehlerquelle 2, Unterspannung
Der Tonuino läuft sehr gut mit 3x1,5V = 4,5V. Aber…
Irgendwann werden die Batterien schwächer, die Spannung sinkt, kommt dann noch eine Spannungsspitze dazu, (siehe 1) dann “klippt” das Ganze und der Arduino hängt sich ebenfalls auf.
Hier hilft evtl. das Gerät mit 9V (6 Batterien) und einem Längsregler zu betreiben.
Auch hier den ELKO an der Spannungsversorgung nicht vergessen.

Fehlerquelle 3, Kabel
Es gibt leider extrem billig gemachte Steckkabel im Markt. Diese Kabel sind so schlecht vercrimpt, dass sie heftige Übergangswiderstände aufweisen. Im Laufe der Zeit oxidieren die Crimpstellen auch noch und ich konnte bis zu 3 Ohm an einem Kabel messen.
Auch das kann zu einer Fehlfunktion, gerade bei etwas höheren Strömen führen.

Fehlerquelle 4, Das Netzteil
Bei einem Projekt habe ich mich gewundert, das ein Arduino sich extrem merkwürdig verhielt. Ausgänge wurden sporadisch geschaltet, Eingänge als “high” erkannt und auch das Programm war plötzlich weg.
Ursache was das Netzteil. Ein Oszilloskope zeigte 20V hohe Spannungsspitzen auf den 5V. Ein anderes Netzteil wies bis zu 80V hohe Spitzen am Ausgang auf. Diese Nadelimpulse auf der Betriebsspannung

Capture2

Beispiel

können echte Probleme bereiten. im Fall der 80V war der Arduino hin.
Ohne Oszi sind die fast nicht zu finden.
Hier hilft dann wirklich nur testweise umsteigen auf Batterieversorgung.

Problem 5, Akku und Spannungswandler.
Die neuen 18650 Akkus sind durch die E-Zigaretten extrem populär und günstig geworden.
Hier gibt es kleine Geräte, die den Akku halten, eine Ladeelektronik und einen Spannungswandler auf 5V beinhalten.
Auch hier gab es Geräte mit “Spikes” auf den 5V, die dem Mikrocontroller Probleme bereiteten.
Auch hatte ich schon Wandler, die schauderhaft in die Tonausgaben hineinpfiffen.
Zur Zeit benutze ich diese Wandler für den Tonuino:

Ich hoffe damit ein wenig Licht in die Geheimnisse der Spannungsversorgungen gebracht zu haben.
Auch wünsche ich, ein schönes neues Jahr.

Horatius


#2

Also auf meinem dfplayer ist ein Class-AB falls das einen Unterschied macht.

Ja das mit dem Stützkondensator hatte ich vorgeschlagen, hat schon so manches mal geholfen. Ich hatte den verbaut da ich vom usb des PC versorgt habe und der ja meist nur 500mA liefert.


#3

In irgend einem Audio Projekt habe ich Mal dieses Teil hier gesehen um die Störungen der Stromversorgung aus dem Audio Signal raus zu bekommen:
DC-DC Wandler
Wäre das auch was für den Tonuino?


#4

Interessante Grundlagen, danke
:grinning:


#5

Naja eigentlich nicht, auch hier wird die Spannungsversorgung quasi über den LS direkt an Masse gelegt. :slight_smile:


#6

Klingt nicht schlecht. Ich habe hier mal das Datenblatt eingefügt: KLICK (PDF - Datei)
Laut Datenblatt ist das eine Isolierung von Schaltkreisen um z.b. Schaltungen masseneutral zu verbinden. Brummvermeidung bei Audio Schaltungen.
60 - 150 mV Ripple kann der Schaltkreis erzeugen. Das muss man mal ausprobieren.

LG,

Horatius


#7

Hab mir Mal einen bestellt. Wo genau würde man den denn anschließen? 1W dürfte für den Audio Verstärker ja etwas wenig sein. Also nur den Arduino darüber mit Strom versorgen?


#8

Manchmal mag eine galvanische Trennung helfen, um Störungen zu vermeiden. Aber gerade DC DC Wandler bringen gerne Störungen in das System. Eventuell noch mit einem Linearregler hinten dran um die Spannung sauber zu bekommen. Ebenfalls müsste für eine komplette Isolierung der Versorgung von arduino und dfplayer auch RX/TX und busy über digital Isolatoren geführt werden.


#9

Gut, Theorie und Praxis. Man muss nicht immer alles perfekt machen.
Bei den meisten läuft es ja auch so ohne großes Brummen. Und wenn der 2€ Wandler das Brummen weiter reduziert, haben wir doch schon gewonnen.


#10

Natürlich muss man nicht alles perfekt machen. Hauptsache man hat Spaß und ist mit seiner Lösung glücklich. Was hast du mit dem Ding genau vor? Wollte nur anmerken, falls du eine galvanische Trennung des arduino vom dfplayer realisieren möchtest, also eine getrennte Masse möchtest, wird man digital Isolatoren oder Optokoppler benotigen, da sonst die Kommunikation zum dfplayer nicht mehr funktionieren wird. Und mit einer gemeinsamen Masse hebst du die Isolation des DC DC wandler gerade wieder auf.