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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik regelbarer Spannungsregler 5V -> 0-3V


Autor: Daniel (Gast)
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Nabend,
ich denke ich benutze einfach die falschen Suchbegriffe, denn ich glaube 
nicht, dass noch keiner das Problem vor mir hatte...

Was ich suche ist eigentlich recht einfach:

Eine Spannung von 5V (USB) regelbar auf 0-3V (max. ca. 400mA).
Ein wenig kann man die Sache noch lockern: Untere Grenze muss nicht 0V 
sein, jedoch je niedriger desto besser. Da die LEDs ne Flussspannung von 
~1,8V haben, sollten 1,5-3V reichen.

Hintergrund: Ich baue gerade ne kleine LED-Matrix und will die per USB 
versorgen. Um die Gesamthelligkeit regeln zu können, soll ein Regler die 
Spannung für die LEDs bereitstellen.

Ich habe zwar folgenden Thread gefunden: 
Beitrag "spannungsregler"
Jedoch wird ein LM317 wohl nicht hinhauen, da die Dropspannung zu hoch 
ist.


Daher die Frage:
Gibt es LowDrop Regler (<2V), die wie der LM317 auf ~1V runterregeln, 
ohne da irgendwelche wilden Schaltungen drum rum zu bauen? (Am liebsten 
SMD :)


Alternativen sind natürlich auch gerne gesehen. Sollte nur stufenlos 
regelbar, simpel, sprich wenig Bauteile, und möglichst kostengünstig 
sein.

Gruß
Daniel

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Schau doch mal bei den üblichen Verdächtigen:

http://www.linear.com
http://www.maxim-ic.com
http://www.st.com

Die haben mit Sicherheit passende Spannungsregler für dich.
Wobei man LEDs ja lieber über PWM oder wenn schon, dann über den 
eingeprägten Strom (und nicht die Spannung) dimmen sollte...

Da du die USB-Schnittstelle ja mit 400mA belasten möchtest (500mA sind 
meines Wissens nach das Maximum) solltest du nach einem möglichst 
effizienten Regler suchen.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: oszi40 (Gast)
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Nebenbei:Es geht auch unter Null WENN man die Masse verschiebt.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Daniel schrieb:
>
> Eine Spannung von 5V (USB) regelbar auf 0-3V (max. ca. 400mA).
> Ein wenig kann man die Sache noch lockern: Untere Grenze muss nicht 0V
> sein, jedoch je niedriger desto besser. Da die LEDs ne Flussspannung von
> ~1,8V haben, sollten 1,5-3V reichen.
>
> Hintergrund: Ich baue gerade ne kleine LED-Matrix und will die per USB
> versorgen. Um die Gesamthelligkeit regeln zu können, soll ein Regler die
> Spannung für die LEDs bereitstellen.
> ....
>
> Daher die Frage:
> Gibt es LowDrop Regler (<2V), die wie der LM317 auf ~1V runterregeln,
> ohne da irgendwelche wilden Schaltungen drum rum zu bauen? (Am liebsten
> SMD :)
>

> ...
> Alternativen sind natürlich auch gerne gesehen. Sollte nur stufenlos
> regelbar, simpel, sprich wenig Bauteile, und möglichst kostengünstig
> sein.

Diese Alternative ist simpel:


Ein pnp Bipolartransistor in die Plusleitung, etwas Ansteuerung durch 
einen 1/4 Lm324 o.ä. single supply OPV -- fertig ist der von 0 bis 4,2 V 
0.4 A Selbstbau LDO.


hth,
Andrew

Autor: Daniel (Gast)
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@Alex:
Jo, dass ich nicht zu viel Strom ausm Port ziehe, da passe ich drauf 
auf. Das Ding wird sich später auch als USB Device anmelden, sodass ich 
dann auch regulär 500mA zur Verfügung habe.

PWM werde ich natürlich auch machen, jedoch will ich nicht z.B. die 
Hälfte der PWM Schritte verschwenden, nur weil ich das Ding auf halber 
Leistung laufen lasse. Daher die Regelung über die Spannung.

Regelung über den Strom wäre sicherlich die beste Lösung, jedoch halte 
ich das bei den Leds für überflüssig, zumal es keine mir bekannte Lösung 
gibt, die einfach und PWM kompatibel ist.

Momentan habe ich den LT1763 im Auge. Der ist bei Reichelt erhältlich, 
ist aber leider schweineteuer (2,85)...

@Andrew:
Hört sich sehr interessant an, zumal das viel günstiger wäre. Das 
Prinzip habe ich verstanden, jedoch ist meiste analoge "Zeugs" für mich 
hokus pokus. Ich habe absolut keine Ahnung wie ich die passenden 
Bauteile raussuche. Von daher werde ich das wohl nicht ohne konkreten 
Bauvorschlag hinbekommen.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Was Andrew Taylor meint ist wohl eine Schaltung so ähnlich wie die im 
Anhang (Hatte leider keinen Circuit-Editor zur Hand).

Für IC1 kannst du z.B. einen LM358 nehmen, für T1 einen BC636. Rb so im 
Bereich 1k, für Rset kannst du entweder ein normales Poti anschließen 
oder ein "digitales" (über SPI-Programmierbares) Poti, wie das AD5160.

Ich muss dazu sagen, dass ich auch kein Experte in Analogtechnik bin, 
vielleicht sollte einer der erfahrenen User mal über die Schaltung 
"drübergucken".

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Der BC636 ist von der Verlustleistung a bisserl zu knapp, da müßte man 
dann etwas stärkeres nehmen. Aber für den Testaufbau zum Prinzip geht es 
schon.

Der LM358 ist ok, LM324 tut es auch. Es kommt halt oft drauf an was man 
gerade zur Hand hat.

Gesamtaufwand so ca. 80 ct. Erhältlich ist das Material in jedem 
einigermaßen sortierten Elo-shop oder Versand.

Den Rest hat Alex schon richtig zeichnerisch dargestellt. Danke dafür.

Evtl. noch 100nF zwischen Collector T und GND schalten, aber sonst würde 
ich auch so starten.

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Alex Bürgel schrieb:
> Für IC1 kannst du z.B. einen LM358 nehmen, für T1 einen BC636. Rb so im
> Bereich 1k, für Rset kannst du entweder ein normales Poti anschließen
> oder ein "digitales" (über SPI-Programmierbares) Poti, wie das AD5160.

Ein Digitalpoti ist dafür eigentlich nicht nötig, PWM-Output vom 
Controller mit anschliessendem Tiefpass tut's auch. Vorausgesetzt, die 
Geschwindigkeit ist noch ausreichend (Grenzfrequenz würde ich mal so bei 
ca. 10Hz ansetzen, PWM-Frequenz dann bei etwa 10Hz x 10 x Auflösung).
Basiswiderstand ist abhängig vom geforderten Ausgangsstrom und der 
Stromverstärkung des Transis, 1k ist für 400mA vielleicht gerade etwas 
hoch...

Autor: Daniel (Gast)
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Allerbesten Dank für die Zeichnung und die Erklärungen!

Da ich die Teile eh bestellen muss, kann ich auch gleich nen passenden 
Transistor bestellen. Ich hab bei Reichelt einfach nach Transistoren im 
SOT-223 Format gesucht, weil mir nichts besseres eingefallen ist. Am 
passendsten erschien mir dieser hier: BDP 950 SMD

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BD...

Kann ich den verwenden oder gibt es was besseres?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Der Transistor ist super, ist ja sogar von Infineon :-)
Ansonsten versuch vielleicht um den Transistor eine gewisse 
"Wärme-Abfuhr-Fläche" vorzusehen. Der Transistor kann zwar, laut 
Datenblatt, 3W Wärme abführen, dies aber nur, wenn er auf einer 
40x40x1,5mm großen Kupfer-Fläche aufgelötet ist.

Ein Tipp am Rande: Persönlich komme ich mit der Seite 
http://www.datasheetcatalog.com sehr gut zurecht. Besser als mit allen 
anderen Datenblatt-Seiten die ich bisher so sah...

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Daniel (Gast)
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Fläche kriegt der alles was frei sein wird. Wärmeabfuhr sollte daher 
kein Problem sein, zumal der Transistor höchstens kurzzeitig nennenswert 
belastet wird.

Ich hab da noch ne Verständnisfrage zum Basisstrom. Der Basisstrom 
fließt nicht durch die Last, oder vertue ich mich da gerade? Rb sollte 
daher so hoch gewählt werden, dass die Schaltung bei 3V/400mA gerade 
noch sauber regelt, oder?


Vielen Dank für die Hilfe. Ich werde die Sachen dann mal bestellen und 
über mein Vorankommen berichten.

Autor: Joachim (Gast)
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Hallo Daniel,

der Basisstrom fließt selbstverständlich durch die Last.

Einer der Parameter, die einen Transistor beschreiben, ist B, die 
(statische oder Großsignal-, im Gegensatz zu b, der differentiellen, mit 
der z.B. Audiosignale verstärkt werden) Stromverstärkung; es gilt: Ic 
(Kollektorstrom) = B x Ib (Basisstrom), Ie (Emitterstrom, hier durch die 
Last) = Ic + Ib.

Typischer Wert für B ist 100. Wenn also ~500 mA durch den Verbraucher 
fließen sollen, dann sollte Ib ~5mA betragen; bei Uein = 5 V ergibt sich 
ein Widerstand von 1 kOhm. Er begrenzt auch den Strom aus dem 
Operationsverstärker, der i.d.R nur für Ströme in dieser Größenordnung 
ausgelegt ist. Große Ströme (für den op amp) fließen, wenn die Last sich 
schnell ändert, somit der Operationsverstärker schnell regeln muß.

Wichtig! Rb hängt von B des verwendeten Transistors ab, Datenblatt 
lesen, oder Schaltung mit größerem Wert aufbauen, Ströme meßen (normale 
Strommeßgeräte haben einen Spannungsabfall, bei IC-Meßgeräten i.d.R. 
gleich dem kleinsten Spannungsmeßbereich, Meßgeräte ohne sind teuer), 
auch unter Last, Widerstand anpassen.

Ansonsten vV (viel Vergnügen),


Joachim

Autor: Anja (Gast)
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Hallo Daniel,

> Alternativen sind natürlich auch gerne gesehen. Sollte nur stufenlos
> regelbar, simpel, sprich wenig Bauteile, und möglichst kostengünstig
> sein.

Warum steuerst du nicht über PWM an (bzw. variables Tastverhältnis beim 
Multiplexen). z.B. die LEDs nur jedes 2. oder 3. mal einschalten oder 
nur 2ms anstelle 5ms.

Das kostet dich gar nichts außer ein wenig Gehirnschmalz.

Autor: Michael O. (mischu)
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Ich weiss nicht, wie genau und in welchem Bereich Du die Helligkeit 
regeln willst. Aber folgende Überlegung solltest Du dir anschauen:

Das Auge hat ein logarithmisches Helligkeitsempfinden, ein Verdopplung 
der empfundenen Helligkeit benötigt eine verzehnfachung des LED Stroms.
Wenn Du einen Bereich von sagen wir 4 Verdopplungen abbilden möchtest, 
benötigst Du ein Verhältnis Max/Min-Strom von 10000/1.
Imax =500mA  => Imin = 50uA
Das sauber über einen Stromregler (noch vielleicht als Schaltregler) zu 
regeln ist ziemlich schwer.

Zumal sich die Farbtemperatur in Abhängigkeit vom Strom stark 
verschiebt.
Ich meine bei einem LED-Array machen sich die Toleranzen der 
Helligkeiten im niedrigen Helligkeitsbereich bei reiner Stromregelung 
ebenfalls bemerkbar.

Die meisten Hersteller sind dazu übergegangen Helligkeit und 
Farbetemperatur getrennt zu regeln. Ein Stromregler sorgt für die 
Absteuerung mit konstanter Farbtemperatur, die Helligkeit wird über eine 
PWM eingestellt. Hier sind Hell/Dunkel-Bereiche von 1:10000 mittlerweile 
normal.

Da Du ja sowieso eine LED-Matrix ansteuerst, kannst Du auch die LEDs mit 
einem speziellen Puls/Pause-Verhältnis ansteuern.

Spalte auswählen in festem Zeitraster und die Masse mit einer PWM 
ansteuern. Fertig.

Autor: meep (Gast)
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hallo,

ist zwar schon ein recht alter thread aber fuer mich ist er erst jetzt
aktuell. ich suche genau so eine loesung, wie der TO und habe 
unbedarfter weise versucht, die schaltung, die von alex vorgeschlagen 
wurde, nach zu bauen.

leider hatte ich keinen erfolg. im anhang seht ihr, wie ich die 
schaltung nachgebaut habe (etwas andere bauteile, sonst aber recht 1:1).

soll ich hierfuer einen eigenen thread aufmachen oder kann ich das hier 
nochmal reaktivieren?

gruesse,

meep

Autor: Bernd (Gast)
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> ... eigenen thread ...

Irgendetwas stimmt mit deiner Tastatur nicht. Shift-Taste defekt?

Autor: Tcf Kao (tcfkao)
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Oh Gott!
1) Der Thread ist 6 Jahre alt, das macht man heute mit kompakten 
Schaltreglern.
2) Der LM358 ist nicht so wirklich geeignet, der Output Swing geht nicht 
bis an Vcc, sodass ohne Last die Ausgangsspannung ansteigt.
3) Der 1k Basiswiderstand ist selbst mit der garantierten 
Mindestverstärkung von 100 des BD140-16 knapp bemessen. Wie viel Strom 
soll denn heraus kommen?
4) Stabilitätsbetrachtungen mal außen vor...

Autor: meep (Gast)
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Tcf K. schrieb:
> Oh Gott!
> 1) Der Thread ist 6 Jahre alt, das macht man heute mit kompakten
> Schaltreglern.
> 2) Der LM358 ist nicht so wirklich geeignet, der Output Swing geht nicht
> bis an Vcc, sodass ohne Last die Ausgangsspannung ansteigt.
> 3) Der 1k Basiswiderstand ist selbst mit der garantierten
> Mindestverstärkung von 100 des BD140-16 knapp bemessen. Wie viel Strom
> soll denn heraus kommen?
> 4) Stabilitätsbetrachtungen mal außen vor...

hallo und danke fuer die antwort,

nun, jetzt hab ich die teile aber schon da... was sicher keine 
entschuldigung ist :-(. der verbraucher ist mit 150mA angegeben.

gruesse,

meep

Autor: Tcf Kao (tcfkao)
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Dann sollte es gehen... was tut es denn (nicht)? Möglicherweise schwingt 
der Kram.

Autor: ArnoR (Gast)
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meep schrieb:
> habe
> unbedarfter weise versucht, die schaltung, die von alex vorgeschlagen
> wurde, nach zu bauen. leider hatte ich keinen erfolg.

Was geht denn nicht?

> im anhang seht ihr, wie ich die
> schaltung nachgebaut habe (etwas andere bauteile, sonst aber recht 1:1).

Ist ja auch vollkommen egal was man für Bauteile (insbesondere OPV) 
nimmt, oder?

Der OPV muss mit dem Ausgang bis auf etwa 0,5V an die positive Rail 
herankommen, das können längst nicht alle. Und die zusätzliche 
Verstärkung und der Tiefpass aus R1/T1 ist auch nicht sehr geschickt.

Autor: MaWin (Gast)
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meep schrieb:
> ist zwar schon ein recht alter thread aber fuer mich ist er erst jetzt
> aktuell. ich suche genau so eine loesung, wie der TO und habe
> unbedarfter weise versucht, die schaltung, die von alex vorgeschlagen
> wurde, nach zu bauen.
>
> leider hatte ich keinen erfolg.

Natürlich funktioniert die nicht.

Das ist aber auch nicht schlimm, denn die Schaltung ist eh grober Mist:

LED wollen mit einem definierten STROM und nicht mit einer festen 
SPANNUNG versorgt werden.

Der ganze Ansatz von 2009 war also für den Arsch.

Autor: meep (Gast)
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also was nicht geht?

ich hatte bislang noch keinen verbraucher dran, messe aber beim regeln 
des poti am ausgang eine leichte schwankung um 3.7v und dann prompt auf 
Vcc. weiss nicht bei welchen widerstand. muesste ich nochmal nachmessen.

danke fuer eure hilfe unz zeit,

meep

Autor: ArnoR (Gast)
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meep schrieb:
> ich hatte bislang noch keinen verbraucher dran,

Ohne Verbraucher kann die gar nicht funktionieren.

Autor: Tcf Kao (tcfkao)
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Ohe Verbraucher hast Du den Leckstrom der Transe und den Innenwiderstand 
des DVM... da gibt das nichts. Ein paar mA sollten schon verbraucht 
werden...

Edit: Diesmal war ArnoR schneller... ;)

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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meep schrieb:
> also was nicht geht?

Ein LM358 kann nicht nahe an VCC messen. Ein Blick ins Datenblatt würde 
schon reichen. Aber wer liest heutzutage noch Bedienungsanleitungen. 
Kann man sich alles doch einfachst noch mal persönlich erklären lassen.

Autor: ArnoR (Gast)
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MaWin schrieb:
> Ein LM358 kann nicht nahe an VCC messen...

Naja, er soll ja auch nur zwischen 1,5V und 3V bezogen auf Masse messen 
und regeln. Das kann er.

Autor: meep (Gast)
Datum:

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ok,

mit einem 1k widerstand als verbraucher habe ich eine spannung zwischen 
4.4 und 4.6V, recht linear zum poti.

aber ich brauche 0-3V, oder besser 1.5-3V. aber von 0-3V ist auch OK.

fuer weitere tipps bin ich dankbar,

meep

Autor: Tcf Kao (tcfkao)
Datum:

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1k ist auch noch zu wenig, versuche mal >100mA zu ziehen. Die Schaltung 
ist halt ka...

Autor: Max H. (hartl192)
Datum:

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meep schrieb:
> oder besser 1.5-3V
Dann würde ich einen LM317 vorschlagen.

Autor: meep (Gast)
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LM317 hab ich nicht da :-(

mit 2 x 1M als verbraucher bekomme ich jetzt eine range von 3.6-4V.

leider scheint die schaltung echt braun zu sein.

wenn hier nicht ein mc guyver den super trick mit den vorraetigen 
bauteilen im forum auftaucht, dann muss ich wohl nach einer anderen 
loesung suchen. opamps haben ihre staerken sicher auf anderen gebieten, 
wenn ich das richtig verstanden habe. oder geht die selbe schaltung mit 
dem LM317?

seufz,

meep

Autor: Tcf Kao (tcfkao)
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Dir ist aber schon klar, dass 1M größer ist als ein 1k und damit weniger 
Strom zieht?
LM317 wenn Du nicht bis hinab zu 0V brauchst. Ansonsten sollte die 
Schaltung noch gehen wenn Du einen Rail-to-Rail-OP nimmst statt dem 
LM358.

Autor: Tom Amann (toma)
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Hallo meep,

nimm doch eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Ob die Einfache, nur mit 
Transistor, oder die Präzise mit Operationsverstärker und Transistor 
hängt von der Anwendung ab.

Der durch die LED fließende Strom wird durch die Eingangsspannung 
bestimmt. Ob Diese nun von einem Poti, einer PWM oder sonstwas kommt ist 
dem Strom einerlei.

Für die Transistorvariante gilt:
Der Strom ist die (Eingangsspannung(Uv2) - BasisEmitterspannung UBE(T1)) 
durch R1. I = ( Uv2 - 0,7V) / R1

Beispiele im Bild:
Uv2 = 0,8V: I ~ (0,8V - 0,7V) / 4,7R ~ 0,1V / 4,7R ~ 20mA
Uv2 = 1,2V: I ~ (1,2V - 0,7V) / 4,7R ~ 0,5V / 4,7R ~ 100mA
Uv2 = 1,7V: I ~ (1,7V - 0,7V) / 4,7R ~ 1.0V / 4,7R ~ 200mA

Für die OPvariante gilt:
Der Strom ist die Eingangsspannung durch R1. I = Uv2 / R1

Beispiele im Bild:
Uv2 = 0,1V: I = 0,1V / 5R = 20mA
Uv2 = 0,5V: I = 0,5V / 5R = 100mA
Uv2 = 1,0V: I = 1,0V / 5R = 200mA

Gruß. Tom

Autor: meep (Gast)
Datum:

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Tcf K. schrieb:
> Dir ist aber schon klar, dass 1M größer ist als ein 1k und damit
> weniger
> Strom zieht?

ja, wurde mir auch gleich nach meinem post schmerzlich klar, als ich
dann einen 50ohm widerstand als verbraucher geschaltet habe.. aber 
nichmal 'ne brandblase :-)

> LM317 wenn Du nicht bis hinab zu 0V brauchst. Ansonsten sollte die
> Schaltung noch gehen wenn Du einen Rail-to-Rail-OP nimmst statt dem
> LM358.

ok, ich probiers mal mit 'nem LM317, und kaufe auch noch einen 
schaltregler. ist der MC34063AP zu empfehlen? das scheint mir eine 
guenstige alternative.

gruesse

Autor: Lurchi (Gast)
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Der MC34063 ist vor allem alt, und billig. Wegen Endstufe mit NPN 
Transistoren ist er für 5V ->3 V nur gerade so geeignet.

Die einfache Wahl wäre ein linearer quasi-low drop Regler wie LM1117. So 
viel besser sind die billigen Schaltregler bei knapp 5 V vom USB nach 
3-3.3 V auch nicht. Der LM317 dürfte bei wenig Strom auch noch gehen, da 
sind aber 2 V differenz schon an der Grenze.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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MaWin schrieb:
> Der ganze Ansatz von 2009 war also für den Arsch.

Das kann man nicht genug betonen. Die gesamte Idee ist vollkommen und 
restlos bescheuert. Wenn man LED sowieso schon in einer Matrix 
ansteuert, also schnell an- und ausschaltet, dann kann man genau den 
gleichen Mechanismus auch zum Dimmen der LED benutzen indem man die LED 
einer Zeile nicht für den kompletten Zeit-Slot anschaltet, sondern nur 
für einen Teil desselben. Aka PWM.

Konkret könnte man den Zeilendecoder (der die aktive Zeile auswählt) an 
einem Enable-Eingang mit einem PWM-Signal beschicken. Wobei man PWM und 
Mutiplex-Interrupt natürlich vom gleichen Timer ableitet. Also z.B. im 
Überlauf-Interrupt die nächste Zeile anschaltet und per Output-Compare 
wieder abschaltet. Siehe LED-Matrix

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