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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsinvertierung von -15V für 3,3V ADC


Autor: Peter (Gast)
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Hallo zusammen,

ich stehe vor der Aufgabe eine -15V Versorgung mit einem +3,3V ADC zu 
messen. Dabei soll überwacht werden, ob die Versorgung von -15V stabil 
ist oder nicht. Es gibt keine negativeren Spannungen im System.

Ich wollte das wie folgt machen: Einen OP als invertierenden 
Spannungsfolger (sprich: invertierender OP mit Verstärkung 1) 
beschalten.

Für die Versorgung des OPs möchte ich genau die -15 V verwenden, die ich 
auch messen will, da es keine weiteren negativen Spannungen im System 
gibt.

Den OP selbst will ich mit Vss über eine 3,3V Zehnerdiode (mit 
Widerstand) beschalten, Vcc sollen die +3,3V sein (selbe Versorgung wie 
ADC).

Sprich: Masse, 3,3V Zehner, VSS-Abgriff für OP, R zur Strombegrenzung, 
-15V Versorgung.

Somit wäre der OP mit -3,3V und den normalen +3,3V versorgt.
Über eine Spannungsteiler teile ich die -15V so hoch, dass am OP Eingang 
minimal -3,3V anliegen können. Dann die Invertierung über den OP und auf 
den ADC.

Durch die Invertierung können bei einem Rail-to-Rail-OP entsprechend 
auch nur +3,3V anliegen, die dann zum ADC gehen.

Aufgrund der Zehner-Referenz sollte der OP auch bei -15V 
Versorgungsschwankungen stabil bleiben.

Wenn die -15V komplett zusammen brechnen gibt der OP 0V aus (wie er dann 
auch soll).

Was haltet ihr von dieser Verschaltung?

Vielen Dank

Peter

Autor: Anja (Gast)
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>Wenn die -15V komplett zusammen brechnen gibt der OP 0V aus (wie er dann
>auch soll).

Dann ist der negative Versorgungspin des OPs +0.7V (Rückwärtsspannung 
der Z-Diode) -> die Ausgangsspannung kann dann nicht 0V werden.

Warum so kompliziert?
Wenn die 3,3V gleich der Referenzspannung ist würde kurzerhand die +3,3V 
als 0V deklarieren und einen Spannungsteiler z.B. 47 Kohm an -18,3V und 
10kOhm an meine neue Masse legen. Mit ein bischen Mathe wird dann aus 
den -18,3V wieder -15V.

Autor: Peter (Gast)
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Hallo,

danke für deine Antwort.
Das mit der Dioden-Rückwärtsspannung gilt jedoch nur, wenn die -15V 
Versorgung größer als +0,7 V werden würde (oder ggf. floaten würde - was 
ich zugegebener Maßen nicht berücksichtigt habe). Nur dann kann die 
Zehnerdiode wie eine normale Diode leiten. Liegt die Spannung zw. +0,7V 
und -3,3V, sperrt die Zehner und es fließt kein Strom über das . An Vss 
würde dann der Wert der negative Versorgung anliegen (welchen Wert sie 
auch immer hat), andernfalls würden immer -3,3V anliegen.

Wenn ich das richtig verstanden habe, willst Du eine Spannunsgteiler mit 
zwei Widerständen zw. den 3,3V und den -15V machen.

Das ist meiner Meinung nach aber nicht gut geeignet, die -15V sicher zu 
messen, da ich dann die maximale Schwankungsweite der -15V Versorgung 
kennen müsste.

Angenommen ich lege es so aus, dass ich bei Sollspannung zwischen den 
Widerständen 0V habe. Sollten die -15V negativer werden, so ist auch 
mein Mittelabgriff, der zum ADC geht, negativ. Das mag der ADC nicht und 
ich bekomme ich diese Schwankung nicht mit.

Sollten die -15V größer werden (z.B. -3V) würde meine Spannung zwar 
positiv, aber erst bei einem Wert von +3,3V der negativen Versorgung 
würde ich den ADC maximal aussteuern.

Ich denke daher, dass dies nicht die beste Lösung ist.

Trotzdem danke für die Diskussion.

Gruß

Peter

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter:

Auch ich finde den Vorschlag von Anja gut, da genial einfach. Sicher 
bekommst du nicht ganz die volle Auflösung am ADC, sondern etwa 1/6 
weniger. Aber wie genau muß es denn sein?

Selbstverständlich solltest du eine maximale negative Spannung 
definieren, und den Spannungsteiler dann danach bemessen. Damit die 
Spannung am ADC-Eingang nicht unerlaubt negativ werden kann, macht man 
da eine Schutzdiode an Masse, bzw. schaut ins Datenblatt des µC, wie 
negativ die Spannungen am ADC-Pin werden dürfen.

Autor: Anja (Gast)
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>Angenommen ich lege es so aus, dass ich bei Sollspannung zwischen den
>Widerständen 0V habe.

Ich würde es so auslegen daß ich bei der negativsten vorkommenden 
Spannung und bei der 3,3V-Spannung an der unteren Toleranzgrenze minimal 
0V (oder ein bischen darüber) habe.
Negative Spannungen lassen sich normalerweise an einem 3,3V ADC schlecht 
messen.

Autor: mhh (Gast)
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---|----------------------------------------- +3,3V
   |
   R
   |   |-------- zum Messen
   |   |    |---
---)---)----|-------------------------------- GND
   |   |
   |---| 16,65V bezogen auf -15V Punkt
   |   |
   |   R
   |   |
 TL431-|
   |   |
   |   R
   |   |
---|---|------------------------------------- -15V

Der Spannungshub bleibt bei Änderungen der - 15V erhalten.
Ungenauigkeiten auf den 3,3V gehen in die Messung mit ein
(oder den oberen R an Referrenzspannung legen)

Autor: mhh (Gast)
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Autor: Birdy (Gast)
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mach doch simpel einen Sapnnungsteiler von 3,3V nach -15V und mess 
invertiert. Dann musst du zwar deinen ADC-Wert invertieren, aber das 
sollte nicht das Problem sein.

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