Spannungsregler 5V - was tun, um Betriebssicherheit zu erreichen?

Hallo zusammen,

ich setze in meinen Projekten gerne den Nano ein.
Seit geraumer Zeit beobachte ich leider immer wieder, dass sich meine Nanos immer wieder "in Rauch auflösen", weil sich der onboard AMS1117 verabschiedet hat. Recherchen im Internet bestätigen, dass wohl immer wieder AMS1117 verbaut werden, die sich außerhalb der Spezifikation bewegen. Manche User behaupten, dass die interne Schaltung des Spannungsreglers Schrott sei und die Temperatursicherung etc. nicht funktioniert und sich der AMS peu a peu verabschiedet, bis er dann eines Tages komplett hochgeht.

Meine Erfahrung gilt leider auch für Nanos, die ich in großen Elektronikhäusern eingekauft habe, die tlw. schon DOA waren. Inzwischen habe ich mir angewöhnt, grundsätzlich die AMS1117 durch baugleiche LM1117 von Texas Instr. zu ersetzen - bislang halten diese durch. Die Belastung in meinem stromfressendsten Projekt ergibt sich aus 12V / 50..70mA (12V ist leider durch die Schaltung vorgegeben und die 50..70mA ergeben sich aus dem Nano Eigenverbrauch, einem angeschlossenen 4Digit-TM1637 Display und einem MOSFET (dieser dürfte aber kaum Strom ziehen).

Wäre interessant zu hören, ob von euch jemand ähnliche Probleme mit dem AMS1117 hat und was evtl. eine geeignete, simple Gegenmaßnahme ist - LM1117 und/oder Stepdown bucket Treiber, der die 12V auf moderate 7V für den Nano herabsetzt, oder ...

Grüße
Raimund

Ich glaube nicht daß der Stromverbrauch nur 70mA ist. Wenn das Display eine 8 dargestellt, dann müßten es ca 210mA sein.

Das wäre eine Verlustleistung (ich rechne mit 250mA Gesamtverbrauch) von 1,7W.
Da ist ein AMS1117 und ein LM1117 überfordert.

Ich rate zu einem DC/Dc Wandler von 12V auf 5V und die Versorgung des NANO direkt am 5V Pin. Zur Programmierung darf USB und 5V Spannungsversorgung nichtgleichzeitig angeschlossen sein. EIn USB-Kabel mit unterbrochener 5V LEitung löst das Problem.

Grüße Uwe

Mit ein Grund, warum ich keine fertigen Arduinos verwende sondern die Hardware lieber selber aufbaue. Brückgleichrichter als Verpolschutz, Spannungsregler in TO220 (damit man ggf. einen Kühlkörper dran bauen kann) , sind dabei Minimum. Je nach Umgebung ggf. noch weitere Komponenten.

Die fertigen Boards sind halt alle etwas "auf Kante" designed. Wenn man die Hardware etwas mehr fordert, wird's schnell eng.

Hallo Uwe und Günter,

danke für die Infos.
Die 50-70mA habe ich mit einem angeschlossenen Labornetzgerät gemessen; wahrscheinlich wird das Display gemultiplext. Die Anzeige zeigt einen Countdown-Timer an, dessen Anzeigebereich von 90:00 bis 00:00 geht. Die Stromaufnahme schwankt immer im Bereich von den besagten 50-70mA, was bei 70mA eine Verlustleistung von (12V-5V)*70mA = 0,49W ergibt.

Eigentlich sollte das ein LM1117 oder ein "echter" AMS1117 abkönnen. Wie gesagt, den AMS1117 traue ich nicht mehr über den Weg und ersetze sie grundsätzlich durch Original LM1117.

Ich beobachte das jetzt mal für einen gewissen Zeitraum und sollte es auch bei den LM1117 zu Problemen kommen, werde ich einen 7805 oder Buck-Konverter einbauen - kennt da jemand einen sehr kleinen und zuverlässigen Typ, da ich auf der Platine nur wenig Platz habe?

Grundsätzlich wäre das ok, die Arduinos selbständig aufzubauen; nur: SMD möchte ich nicht einsetzen (tut meinen Augen nicht gut ..) und manche meiner Platinen haben relativ wenig Platz über und die Nanos möchte ich auch sockeln können, um ggf. updates einfach aufspielen zu können. Daher: ein Lowdrop 7805 oder sehr kleiner Bucket-Converter. Die Stromaufnahme des Nanos bleibt i.d.R. bei meinen Designs deutlich unter 100mA.

Die Programmierung erfolgt grundsätzlich immer am "fliegenden" Nano mit nur USB-Kabel zum PC und nicht im kompletten Gerät. Sonst hilft eine "very low drop" Schottky-Diode und leicht erhöhter 5V Spannung, falls es zu Problemen käme.

Grüße
Raimund

PS: @Uwe: Wg Bauteil-Aussortierung komme ich nochmal per PM auf dich zu; dauert noch ein bisschen länger als geplant.

Hi

Habe Mal etwas gesucht - bis auf jede Menge Bastler-Lösungen incl. eigenen Platinen stolperte ich über
Farnel, DC-DC, SIP 24V-5V-1A, TSR 1-2450

MfG

Hallo,

rpt007:
danke für die Infos.
Die 50-70mA habe ich mit einem angeschlossenen Labornetzgerät gemessen; wahrscheinlich wird das Display gemultiplext. Die Anzeige zeigt einen Countdown-Timer an, dessen Anzeigebereich von 90:00 bis 00:00 geht. Die Stromaufnahme schwankt immer im Bereich von den besagten 50-70mA, was bei 70mA eine Verlustleistung von (12V-5V)*70mA = 0,49W ergibt.

Eigentlich sollte das ein LM1117 oder ein "echter" AMS1117 abkönnen. Wie gesagt, den AMS1117 traue ich nicht mehr über den Weg und ersetze sie grundsätzlich durch Original LM1117.

Hier laufen 3 Nano in 24/7 seit über 15 Monaten. Weiter AMS1117 versorgen andere Sachen, meist ESP8266.
Ich käme aber nie auf die Idee, einen Nano oder auch Uno aus 12V zu versorgen, selbst bei geringer zusätzlicher Last nicht. Die Kupferfläche reicht da einfach nicht zur Wärmeabfuhr. Sowas bekäme bei immer einen externen 12V/5V Regler, vermutlich nur einen der einstellbaren China-Schaltregler-Schnipsel. Auch davon laufen hier mehrere in 24/7 seit Monaten.
Ich halte es also für ein "selbstgebautes" Problem.

Gruß aus Berlin
Michael

rpt007:
PS: @Uwe: Wg Bauteil-Aussortierung komme ich nochmal per PM auf dich zu; dauert noch ein bisschen länger als geplant.

Kann mich nur Postmaster-ino anschließen.

postmaster-ino:
Hi

Habe Mal etwas gesucht - bis auf jede Menge Bastler-Lösungen incl. eigenen Platinen stolperte ich über
Farnel, DC-DC, SIP 24V-5V-1A, TSR 1-2450

MfG

Andere zB bei ebay sind:
https://www.ebay.de/itm/Dc-Dc-Wandler-Super-Mini-Adjustable-3V-5V-16V-Step-Down-Modul
https://www.ebay.de/itm/12V-to5V-DC-DC-Spannungsregler-Wandler-Modul-Buck-Converter-Step-Down-Module
oder
https://www.ebay.de/itm/POLOLU-2096-Wandler-step-up-step-down-12V-2-5V-18V-200mA-DE
und
https://www.ebay.de/itm/POLOLU-2836-S9V11F5-Wandler-Step-Up-Step-Down-5V-2V-16V-1-5A-DE
Grüße Uwe

Die Kupferfläche reicht da einfach nicht zur Wärmeabfuhr.

Sorry, das stimmt so nicht.
Ich betreibe einige Nanos auch seit ca. 3 Jahren im tägl. Betrieb und die sind alle ok mit gleicher Stromaufnahme. Ich denke, dass seit geraumer Zeit sehr viele Arduinos mit zunehmend minderwertigen Bauteilen ausgestattet worden sind, auch bei Clones aus bekannt guten Quellen, auch namhaften deutschen E-Versandhäusern.

Dennoch: Ich werde zukünftig das Risiko solcher Spannungsregler meiden und hinter die 12V Versorgung (und die brauche ich halt, um z.B. induktive Näherungssensoren o.ä. zu betreiben) step down converter oder ggf. auch lowddrop 7805 zu setzen.

Wollte eigentlich solche Spannungsregler-Kaskaden vermeiden.

Hi

Ein Low-Drop wird Dir aber herzlich wenig helfen.
Das bedeutet NUR, daß die Differenz-Spannung geringer ausfallen kann.
Ein Low-Drop mit 5V Ausgangsspannung kann also vll. noch mit 5,5V sauber arbeiten.
Der 7805 braucht ca. 2V - also unter 7V kommen dort keine 5V hinten raus.
Egal ob Low-Drop oder nicht - die Differenz muß verheizt werden - und damit nicht mehr als die Hälfte des teuren Batterie-Strom nur zum Fingerwärmen verbraten wird, nimmt man 08/15 Schaltregler vom fC.

Bei 12V->5V brauchst Du eh keinen Low-Drop, da selbst bei Entladeschluss (10,4V) noch dicke Luft bis zur Mindestspannung der 7805 (oder Derivat) vorhanden ist.

Bevor Du also Aufgrund von Unterspannung Probleme bekommst (wobei der Arduino Da recht handzarm ist), ist Dein Akku schrottreif, da tiefentladen.

MfG

uwefed:
Ich rate zu einem DC/Dc Wandler von 12V auf 5V und die Versorgung des NANO direkt am 5V Pin. Zur Programmierung darf USB und 5V Spannungsversorgung nichtgleichzeitig angeschlossen sein. EIn USB-Kabel mit unterbrochener 5V LEitung löst das Problem.

Grüße Uwe

Warum lese ich das immer wieder ? Laut diversen Datenblättern ist doch zwischen USB 5V und 5V eine Schottky-Diode (5 V Auto Selector), die die externe 5 V von den USB 5 V fernhält? Ich hatte da bisher noch keine Probleme....

Solange die 5V größer als VUSB -0,3V ist geht das gut. Sollten die 5V aber viel weniger als VUSB sein dann fleißt ein Strom durch die Diode.

NANO Spannungsversorgungsdetail.jpg

Grüße Uwe

NANO Spannungsversorgungsdetail.jpg

Hallo Raimund,

da es mich auch interessiert, habe ich mir mal den NANO (Clone) genauer angeschaut, und was das AMS Datenblatt dazu sagt. Der ungünstigste Fall ist unter den Beispielen mit 80 C/W angegeben, und ist gültig für 100mm² Kupferfläche Montageseite, 2500mm² Kupferfläche gegenüberliegende Seite, und Boardgröße 2500mm².
Wenn Du jetzt auf den NANO schaust, wirst Du sehen, daß die 80 C/W vermutlich noch zu optimistisch sind! (NANO = 774mm², Kupferflächen ... fast nichts)
Must not exceed übersetze ich mit dürfen nicht erreicht werden, also Tj muss unter 125 Grad Celsius bleiben. Mit einem Watt Verlustleistung wird es da im Sommer, und mit Gehäuse erst recht schon bedenklich eng.

Gruß André

Hallo Leute,

vielen Dank für eure feedbacks.

Ich habe seit einigen Wochen einfach grundsätzlich alle AMS1117 durch LM1117 ersetzt und seither keinerlei Probleme mehr, und einige Nanos leben schon seit geraumer Zeit im 24x7 Dauerstress - bei ca. 0,5W Verlustleistung und IM geschlossenen Kleinstgehäuse bei 22°C Umgebungstemperatur - was dann im Gehäuse auf ca. 30° ansteigt. Das im Echtbetrieb genutzte Gehäuse hat ca. 5fach größeres Volumen und ist nicht luftdicht.

Auch die vor ca. 3-4 Jahren verbauten und im rauen Industriebetrieb bei Temperaturen im Sommer > 35°C lfd. Nanos mit AMS1117 laufen bis heute klaglos.

Nur die in den letzten beiden Jahren erworbenen Nanos (meist Clones, aber i.d.R. von dt. Versandhäusern erworben) geben immer wieder mit "AMS1117 dickem Bauch-Syndrom" den Löffel ab. Die Diskussionen in anderen Communities ergeben für mich das Bild, dass man den AMS1117 nur noch bedingt vertrauen kann; manche sagen, dass die internen Schutzmechanismen (Temperaturabschaltung etc.) nicht wirklich gut oder gar nicht funktionieren.

Ergo mein Fazit: ich traue den AMS1117 nicht mehr über den Weg und ich ersetze sie alle derzeit durch LM1117, solange die neue Platine noch nicht fertig ist.

Ja, und ich weiß, dass 12V nicht die ideale Versorgungsspannung ist. Aber: in einer der meist eingesetzten Geräte sind eben nur 12V und 24V vorhanden und bisher war 12V für die "alten" Nanos nie ein Problem. Werde aber das neue Platinendesign so auslegen, dass ein bucket converter (5V direkt auf den Nano) noch seinen Platz findet.

Ein Low-Drop wird Dir aber herzlich wenig helfen.
Das bedeutet NUR, daß die Differenz-Spannung geringer ausfallen kann.

Du hast natürlich absolut recht; egal, ob Low-drop oder “normaler” 7805 - die Verlustleistung bleibt nahezu gleich; mir ging es nur darum, den 7805 anstelle des AMS1117 einzusetzen (direkte 5V-Versorgung), da die 7805 mit Sicherheit - und die Bauteile kenne ich schon seit Jahrzehnten - mehr Verlustleistung vertragen, als die AMS1117-Kleinstteile.

Wäre aber nur eine Behelfslösung bis die neue Platine mit Bucket-Converter in den Einsatz kommt.

Grüße
Raimund

@SpaghettiCode:

Mit einem Watt Verlustleistung wird es da im Sommer, und mit Gehäuse erst recht schon bedenklich eng.

Das stimmt - nur: die Verlustleistung beträgt bei meinem Nano-Projekt mit der größten Verlustleistung nur knapp 0,5W; trotzdem versagen ca. 20-30% der Nanos mit AMS1117, aber auch nur die, die ich nach 2017 gekauft habe.
Und: ein anderes Gerät, wo nur 0,2W max. vom AMS1117 verbraten werden müssen, versagt nur mit den besagten Nanos ab 2017 - die 2015-2016 gekauften Nanos (mit AMS1117) laufen seit Jahren klaglos!

Also: es gibt - zumindest für mich - ein eindeutiges Indiz, dass AMS1117 nicht (mehr?) durchgängig saubere Qualität haben, ab Jahr xyz …
Jedenfalls kommen diese Bauteile bei meinen Projekten nicht mehr in den Dauerbetrieb, egal, ob sie eine LED mit 10mA oder ein 4stelliges TM1637gesteuertes Display mit 50-70mA versorgen sollen (bei 12V Eingangsspannung).

Grüße
Raimund