Hallo, eine einfache Frage, die ich für mich aber nicht beantwortet kriege: Es geht um die Spannungsversorgung eines OpAmp basierten Stromreglers, der eine LED mit max. 100mA regelt. Die Versorgungsspannung von 5.5V wird per Boost-Converter aus einer 3.7V Li+ erzeugt. Für eine stabilisierung werden die 5.5V je einmal zu 5V und einmal zu 3.3V mit high PSRR LDOs geregelt. Nun die Frage: Macht es einen Unterschied, von welchem LDO aus ich den Stromregler (und damit die LED) versorge? Intuitiv hätte ich gedacht: Nimm den 5V Ausgang, das ist Effizienter. Der 3.3V Ausgang wäre mir aber aus design technischen Gründen lieber. Nur verbrenne ich doch in jedem Fall 100mA ausgehend von 5.5V? Meine Unsicherheit begründet sich darin, dass die LED ja konstant bestromt wird - und zwar direkt von der Versorgungsspannung (5/3.3V) über einen vom OpAmp gesteuerten Transistor und den 1Ohm Messwiderstand auf GND. Anders gesprochen: die Power, die ich verbrenne, hängt in diesem Fall des Stromreglers ja nicht in erster Linie von der Versorgungsspannung ab, sondern vom Strom und der forward Voltage der LED? Was bedeutet das für die Wahl des LDOs?
Am effizientesten ist es, wenn du für die LED einen geschalteten Stromregler verwendest, der mit den 3,7V arbeitet. Ob du das per Widerstand aus 5,5V oder 3,3V ableitest ist wärmetechnisch egal. Bei 5,5V heizt es aber keinen Linearregler, sondern nur den Widerstand.
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Danke für deine Antwort. Das Stromreglerdesign steht schon fest. Nur möchte ich ja den Strom für die LED nicht direkt vom 5.5 Boost Ausgang nehmen sondern hinter einem LDO: In diesem Fall wird doch der LDO (egal ob 5V oder 3.3V) jedes mal mit 100mA belastet - irgendwie kann es doch nicht egal sein, welchen man dann nimmt?
Alex v. L. schrieb: > Nur möchte ich ja den Strom für die LED nicht direkt vom 5.5 Boost > Ausgang nehmen sondern hinter einem LDO: Weshalb? Widerstand ist billiger und heizt sogar etwas weniger (kein Eigenverbrauch).
A. K. schrieb: > Weshalb? Widerstand ist billiger und heizt sogar etwas weniger (kein > Eigenverbrauch). Weil es sich um eine LED für eine Messung mit Si Photodetector handelt und der Strom möglichst wenig rauschen sollte. Deshalb sind die LDOs auch high PSRR und low noise.
Bei 3,3V wirds mit der Spannungsbilanz etwas schwierig. Der Opa will ja auch noch von was leben. Und wenns eine weisse LED mit 3,xV ist...
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Ist eine NIR Led mit 1.7-2V
Alex v. L. schrieb: > das ist Effizienter. Wenn du nach Effizienz rufst, dann solltest du einen Schaltregler als Stromquelle nehmen. > Das Stromreglerdesign steht schon fest. So macht man seine Fehler... > Nur möchte ich ja den Strom für die LED nicht direkt vom 5.5 Boost > Ausgang nehmen sondern hinter einem LDO: > In diesem Fall wird doch der LDO (egal ob 5V oder 3.3V) jedes mal mit > 100mA belastet - irgendwie kann es doch nicht egal sein, welchen man > dann nimmt? Wie wäre es, wenn du mal einen Schaltplan postest von deiner Stromquelle, die ja sowieso auch noch Energie verbraten muss (sonst kann sie nicht regeln!).
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Lothar Miller schrieb: > Wenn du nach Effizienz rufst, dann solltest du einen Schaltregler als > Stromquelle nehmen. Yep, nur hat er später hinzugefügt, dass der Strom aufgrund der Aufgabenstellung nicht nur fürs Auge konstant leuchten soll, sondern wirklich konstant sein muss. Da ists mit Switchern natürlich Essig.
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Aber mal unabhängig von diesen Details: Wie berechne ich die power consumption von einem Stromregler hinter LDO wie im Bild, mit VCC vom LDO? mir leuchtet einfach noch nicht ein, wo die LDO-Spannungsdifferenz (gemeint ist die Differenz zwischen beiden potenziell verwendbaren Ausgangsspannungen) sich auswirkt wenn eh "nur" der Strom über die LED geregelt wird - "relativ" unabhängig von VCC an der LED
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Alex v. L. schrieb: > Wie berechne ich die power consumption von einem Toteinfach: Spannung mal Strom gleich Leistung. Also 5,5V rein, 100mA durch die LED plus unbekannte mA Eigenverbrauch vom Opa. Fertig. Du hast nur die Wahl, wie sich diese Leistung auf die Komponenten aufteilt. Wenn du von 3,3V ausgehst, denn heizt dessen LDO einen Teil weg.
In Ordnung, das war auch die naheliegendste Vermutung. Ergo: Wenn ich da wirklich effizient sein will, sollte ich einen 3.6V Buck-Boost vor den 3.3V LDO schalten... richtig? Dann steht jetzt die Abwägung zwischen PCB Platz/Cost und Effizienz an...
Wenn du auf diese Art disablest, fährt der OPV am Ausgang an den positiven Anschlag und braucht nach enable eine gewisse Erholzeit in der die LED nicht geregelt wird und den maximal möglichen Strom bekommt. Willst du das? Der 1K am Ausgang hilft da auch nicht, weil das Problem die Eingangsübersteuerung des OPV ist.
ArnoR schrieb: > Wenn du auf diese Art disablest, fährt der OPV am Ausgang an den > positiven Anschlag und braucht nach enable eine gewisse Erholzeit in der > die LED nicht geregelt wird und den maximal möglichen Strom bekommt. Danke Arno, du hast natürlich recht - in meinem aktuellen Design ist der Schalter aus diesem Grund am OpAmp eingang und pullt den auf Low wenn nicht geregelt werden soll. Ich hatte nur diese Schaltung hier grade noch zur Hand für die Power-betrachtung!
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A. K. schrieb: > dass der Strom ... wirklich konstant sein muss. Ja, dann ist ein Schaltregler blöd. Aber dann ist es auch egal, wo die Leistung hängen bleibt. Ich würde sie gleich in den Transistor vom Regler reinpacken, dann hat der genügend Luft für den linearen Betrieb und bei passender Bauform auch die entsprechende Kühlmöglichkeit. Eine Alternative wäre auch, den Strommesswiderstand ein wenig hochohmiger zu machen. Dann fällt dort mehr Leistung ab...
Lothar Miller schrieb: > Eine Alternative wäre auch, den Strommesswiderstand ein wenig > hochohmiger zu machen. Dann fällt dort mehr Leistung ab... Ist auch eingeplant (wenn auch nur um Faktor 10 auf 10Ohm) - ich habe beim letzten Design feststellen müssen, dass 1 Ohm Widerstände ohne größere Umstände nur mit recht großzügiger Toleranz zu haben sind. So wie es jetzt aussieht, Mache ich Buck-Boost 3.6V mit einem LTC3530 aus der Li+ Spannung und dann mit einem von beiden Zweigen eines TPS1933-33 eine geregelte (und per LC LP /Ferrit gefilterte)3.3V Spannung draus. Ist das sinnvollste, was mir momentan einfällt. Wenn jemand noch eine bessere Alternative - LOW NOISE oder kleinere Bauform - für Buck-Boost auf 3.6V von Li+ 1.8-3.7V anhand vom LTC3530 hat freue ich mich über jegliche Tips!
Alex v. L. schrieb: > ... es sich um eine LED für eine Messung mit Si Photodetector handelt > und der Strom möglichst wenig rauschen sollte. Deshalb sind die LDOs > auch high PSRR und low noise. Dann verstehe ich nicht, warum du überhaupt den Stepup auf 5.5V und dann die LDO verwenden willst. Eine IR-LED kannst du samt Stromregler auch direkt am Akku betreiben. XL
Ich wäre auch dafür die IR LED direkt vom Akku zu versorgen. Der Stromregler kann die Spannungsschwankungen gut und gerne Ausregeln. Etwas Drift über die Temperatur hat man so oder so. Gegen HF Störungen von einem Schaltregler ist ein LC Filter (ggf. auch mit 2-3 Induktivitäten) vermutlich wirksamer als ein aktiver LDO. Bei der Stromregelung gehört die IR LED auch besser an die Kollektorseite des Transistors - damit kann der Transistor die ganz schnellen Störungen noch einmal ausgleichen. Außerdem hilft das bei der Aussteuerbarkeit - man verschenkt etwa 0,6 V weniger an Spannung. Für eine Messanwendung ist noch zu überlegen ob es nicht besser ist die IR LED zu modulieren - das sollte man dann bei der Auslegung der Stromquelle berücksichtigen. Bei einer normalen IR LED sollte man auch nicht unbedingt die maximalen 100 mA ausnutzen - damit wird die LED recht heiß und altert ggf. schneller und die Drift durch Eigenerwärmung nach dem Einschalten ist größer.
Alex v. L. schrieb: > irgendwie kann es doch nicht egal sein, welchen man > dann nimmt? Im Prinzip ja, aber Linearregler haben neben dem gelieferten Strom noch einen Eigenverbrauch, und der kann bei LDO wenn die Eingangsspannung nicht ausreicht um die Ausgangsspannung zu erreichen, sogar recht heftig werden. Alex v. L. schrieb: > Ist das sinnvollste, was mir momentan einfällt. Klingt alles unsinnig,. Erst rauf dann runter, erst regeln dann nochmal regeln, hast du zu viele Bauteile oder wird die Qualität einer Schaltung bei euch nach dem Materialeinsatz bewertet ? Es ist immer uneffizient, mehrere Stufen hintereinander zu haben, und es ist immer eine schlechte Idee, mehrere Regler hintereinander zu schalten, auch den Transistor vor die LED bedeutet zumindest 0.7V mehr Verlust. Alex v. L. schrieb: > Wenn ich da wirklich effizient sein will, sollte ich einen 3.6V > Buck-Boost vor den 3.3V LDO schalten Irre. Un dann noch einen Stromregler dahinter einen eine 5V Boost davor, oder wie ?
Axel Schwenke schrieb: > Dann verstehe ich nicht, warum du überhaupt den Stepup auf 5.5V und dann > die LDO verwenden willst. Eine IR-LED kannst du samt Stromregler auch > direkt am Akku betreiben. Ulrich H. schrieb: > Ich wäre auch dafür die IR LED direkt vom Akku zu versorgen. MaWin schrieb: > Klingt alles unsinnig,. Erst rauf dann runter, erst regeln dann nochmal > regeln, hast du zu viele Bauteile oder wird die Qualität einer Schaltung > bei euch nach dem Materialeinsatz bewertet ? Der grund ist ja nun recht einfach: Die Schaltung besteht nicht nur aus dem Stromregler sondern auch anderem. Mikrocontroller, Photodiode, ein weiterer Biosignalverstärker (µV an Elektrode) etc. pp - und die wollen ebenso versorgt werden - und zwar möglichst präzise (µC mal ausgenommen). Ist ja klar, dass ich die nicht alle an die batterie hängen kann. Wenn ich nun ohnehin präzise versorgen will, eben AUCH aber nicht NUR die LEDs, dann mache ich den Buck-Boost + LDO ansatz (parallel zu dem LDO gibts sogar noch weitere!). Tatsächlich möchte ich so kompakt wie möglich bauen, viel wichtiger ist aber die präzise versorgung der restlichen peripherie! Dass ich den Krempel drum herum nicht genannt habe hat den einfachen Grund, dass das für meine Anfangsfrage ja nicht erheblich war ;-) Ulrich H. schrieb: > Für eine Messanwendung ist noch zu überlegen ob es nicht besser ist die > IR LED zu modulieren wird sie ja, s.o. Schaltbild mit der Anmerkung nach ArnoR's richtiger Betrachtung, dass der Schalter für die PWM modulation sich am OpAmp Eingang befindet. Da ich gerade ohnehin am Design des kompletten Powerzweigs bin: Ich werde die Schaltung hier mal Posten (auch in der Hoffnung auf Sinnvolle Rückmeldungen), dann mit etwas mehr infos was welche rail versorgen soll - und dann ist sie entweder sinnvoll - oder kann höchst gerne(!!) konstruktiv auseinander genommen werden!! VG Alex
Alex v. L. schrieb: > und die wollen ebenso versorgt werden - und zwar möglichst präzise Na ja, man kann das, wenn man wirklich die effiziente kleine Lösung will, schon so bauen, daß es mit den 2.5...4.2V der LiIon direkt auskommt und stabile Signale zur A/D-Wandlung liefert. Ich sehe nirgends ein Argument für eine stabilisierte Spannung abgesehen von der A/D-Referenzspannung die dann auch für die Verstärker herangezogen wird. Den Strom durch die LEDs kann man direkt aus der Akkuspannung regeln.
Alex v. L. schrieb: >> Klingt alles unsinnig,. Erst rauf dann runter, erst regeln dann nochmal >> regeln ... > > Der grund ist ja nun recht einfach: Die Schaltung besteht nicht nur aus > dem Stromregler sondern auch anderem. Mikrocontroller, Photodiode, ein > weiterer Biosignalverstärker (µV an Elektrode) etc. pp - und die wollen > ebenso versorgt werden Und inwiefern soll das ein Grund sein, andere Schaltungsteile - insbesondere solche die gar keine höhere oder geregelte Spannung brauchen - nicht direkt aus dem Akku zu versorgen? Wenn du nur einen µC und etwas analoge Technik an den 5V hängen hast, dann brauchst du da auch kaum noch Strom. Mit der Konsequenz daß dein Stepup-Wandler kleiner sein darf (evtl. reicht sogar eine Ladungspumpe) und dann auch nicht so viel Störungen erzeugt.
Eine µC kann man in der Regel auch mit weniger als 5 V versorgen - wenn es sparsam werden soll, sollten es sogar eher weniger als 3 V werden. Einzig die Photodiode könnte wirklich eine höhere Spannung (z.B. 5-10 V) als Vorspannung benötigen - das sind dann aber eher µA und keine 100 mA. Moderne Verstärker kommen vielfach auch ohne Spannungsregelung aus. Gerade ein Schaltwandler erzeugt HF Störungen, die eher ein größeres Problem als eine variable eher niedrige Versorgungsspannung ist. Ich würde dann ggf. sogar eine 2. Akkuzelle statt Step Up-Wandler in Betracht ziehen. Eine Ladungspumpe würde ich eher vermeiden - auch die Erzeugen recht heftige HF Störungen, je nach Strom und gefordertem Wirkungsgrad auch mehr als ein klassischer Schaltwandler. Für die paar µA als Vorspannung der Photodiode wäre es wohl noch OK, denn da kommt es nicht auf den Wirkungsgrad an.
Ich freue mich ja sehr über eure Kritik und würde diese gerne konkreter nutzen für den eigentlichen Aufbau. Weil die Konzeption inzwischen etwas genauer feststeht (leichte Änderung um das ganze effektiver zu machen und für bessere Instrumentenverstärker-Performance), und in diesem Thread ja auch nicht der gesamte Hintergrund (und die Versorgung wie sie geplant war) aufgezeigt ist, mache ich einen neuen auf - mit mehr Infos und etwas geänderter Fragestellung. Konzept und Bauteile sind drin, Schaltplan folgt dann, wenn ich ihn soweit habe. Beitrag "Ultra low noise Li+ power Konzept für mobiles Biosignalmessequipment" MaWin schrieb: > Na ja, man kann das, wenn man wirklich die effiziente kleine Lösung > will, schon so bauen, daß es mit den 2.5...4.2V der LiIon direkt > auskommt und stabile Signale zur A/D-Wandlung liefert. > Mich würde interessieren (siehe Konzept), was du da machen würdest! > Ich sehe nirgends ein Argument für eine stabilisierte Spannung abgesehen > von der A/D-Referenzspannung die dann auch für die Verstärker > herangezogen wird. Versorgung Analoges Front End für µV messungen, Photodetektor (ebenfalls sehr sensitive messung), ADC. Reicht das nicht? Axel Schwenke schrieb: > Und inwiefern soll das ein Grund sein, andere Schaltungsteile - > insbesondere solche die gar keine höhere oder geregelte Spannung > brauchen - nicht direkt aus dem Akku zu versorgen? Beim Strom aus der LED gebe ich euch ansatzweise Recht - aber: In der vorherigen Generation habe ich nachmessen müssen, dass die Stabilität der Versorgungsspannung aus meinem damaligen Linearregler nicht viel besser ist, wenn ich den Strom der LED direkt von der Batterie nehme (Modulation mit 100mA wirkt sich eben aus) - und hatte die Hoffnung beide Zweige so besser zu entkoppeln. aber auch dazu: Siehe Beitrag "Ultra low noise Li+ power Konzept für mobiles Biosignalmessequipment"
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