Hallo zusammen, ich benötige etwas Hilfe und hoffe hier an der richtigen Stelle zu sein. Falls es eine gänzlich andere Lösung gibt, bin ich dafür natürlich auch offen. Mein allgemeines Problem ist folgendes: Für eine Spannungskaskade muss ich einen Kondensator (im Bild C3) ständig umpolen - hierzu generiere ich mir mit einem 74HC einen Takt (~30kHz). Der Kondensator soll nun zwischen einer vorhandenen Versorgungsspannung (variable zwischen 30 – 100V bzw. zur Not auch negativ möglich) und Ground umgepolt werden. Eine Regelung per Komparator schaltet den Takt ein bzw aus. Oberstes Ziel ist ein möglichst kleiner Verbrauch. Meine unvollständige Lösung ist in der Abbildung gezeigt – der NMOS in der Simulation ist mehr Dummy als ausgewählte Komponente. Aus dem Takt generiere ich mir ein break-before-make Signal um zwei Transistoren anzusteuern. Das funktioniert mit dem NMOS für die low-side auch ganz gut, aber für die high-side stehe ich auf dem Schlauch… Hinzu kommt das Problem, dass ich für den PMOS sehr schnell V_GS überschreite… Die simple aber für den Verbrauch sehr schlechte Lösung wäre es den Schalter in der high-side gegen einen Widerstand zu wechseln… aber dann fliest einfach zu viel Strom und ich bin schnell >500uA im Mittel. Ich hoffe ihr habt einen Tipp für mich – vielen Dank schon mal im Voraus für eure Mühe Tobias
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Tobias S. schrieb: > Ich hoffe ihr habt einen Tipp für mich Nimm einen der üblichen Gatedriver. Da sind High- und Low-Side-Treiber in einem 8-Pinner zusammengefasst. https://www.mouser.de/c/semiconductors/power-management-ics/gate-drivers/ > bzw. zur Not auch negativ möglich Mach einen Brückengleichrichter davor.
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Tobias S. schrieb: > Hallo zusammen, > ich benötige etwas Hilfe und hoffe hier an der richtigen Stelle zu sein. > Falls es eine gänzlich andere Lösung gibt, bin ich dafür natürlich auch > offen. > > Mein allgemeines Problem ist folgendes: Für eine Spannungskaskade muss > ich einen Kondensator (im Bild C3) ständig umpolen - Nö, du must eine Wechselspannung einspeisen. Das ist was anderes. > Eine > Regelung per Komparator schaltet den Takt ein bzw aus. Oberstes Ziel ist > ein möglichst kleiner Verbrauch. > Die simple aber für den Verbrauch sehr schlechte Lösung wäre es den > Schalter in der high-side gegen einen Widerstand zu wechseln… aber dann > fliest einfach zu viel Strom und ich bin schnell >500uA im Mittel. Man nehme eine passende Halbbrücke, ggf. diskret mit Treiber + 2 MOSFETs aufgebaut. Aber was soll es denn INSGESAMT werden? Dein Lösungsansatz ist vermutlich nicht sonderlich gut.
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Für 30kHz und hohen Spannungen kann man die Endstufe diskret aufbauen. Die Ansteuerung muss zwar auch die hohe Spannung liefern, aber braucht nicht mehr so belastbar sein. Eine Emitterschaltung mit high-side Widerstand genügt als Ansteuerung.
Michael M. schrieb: > Für 30kHz und hohen Spannungen kann man die Endstufe diskret aufbauen. Kann man, aber der OP scheint eine sehr sparsame Schaltung anzustreben. "fliest einfach zu viel Strom und ich bin schnell >500uA im Mittel." > Die Ansteuerung muss zwar auch die hohe Spannung liefern, aber braucht > nicht mehr so belastbar sein. Eine Emitterschaltung mit high-side > Widerstand genügt als Ansteuerung. Der aber auch einiges an Strom zieht, vor allem bei 100V.
Nautilus schrieb: > Stichwort Ladungspumpe. > siehe Datenblatt ICL7660 TOLL! Und der IC arbeitet mit 30-100V?
Falk B. schrieb: > Nautilus schrieb: >> Stichwort Ladungspumpe. >> siehe Datenblatt ICL7660 > > TOLL! Und der IC arbeitet mit 30-100V? Als Rauchgenerator schon.
Wenn es um die sparsame Erzeugung einer höheren Spannung mit sehr geringem Ausgangsstrom geht (<1mA), kann ich den LT1073 empfehlen. Im Datenblatt Seite 14 gibt es eine Schaltung mit zusätzlicher Kaskade zur Erzeugung von 90V. Man kann da auch noch mehr Stufen nehmen, um höhere Ausgangsspannungen zu erreichen. Der IC arbeitet von 1-30V!
Tobias S. schrieb: > fliest einfach zu viel Strom und ich bin schnell >500uA im Mittel. Das bist Du immer bei 30kHz, 100V und 0.2 uF. Tipp: einfach mal rechnen, welche Ladungsmenge Du da rein- und rausbringst.
Hallo zusammen, erst mal vielen herzlichen Dank für die zahlreichen und schnellen Rückmeldungen! So dann versuche ich mal alle Beiträge zu beantworten, ich hoffe ich übersehe nichts. Lothar M. schrieb: > Da sind High- und Low-Side-Treiber in einem 8-Pinner zusammengefasst. Danke, daran hatte ich auch schon sehr kurz gedacht und gesucht… aber was ich findet hat einen quiescent current von min. 250uA oder will als VCC 10-20V haben. Ich habe mich jetzt noch nicht durch alle Datenblätter gelesen, aber ca 10 dürfte ich schon durch haben. Meint ihr ich findet etwas passendes mit I<100uA und Vcc 3-5V aber Vhs >100V ? >> bzw. zur Not auch negativ möglich > Mach einen Brückengleichrichter davor. Sorry, da hatte ich mich missverständlich ausgedrückt. Ich meine ich habe als „Versorgungsspannung“ der Kaskade entweder eine Spannung im Bereich von 30-100V, könnte aber, wenn es die Schaltung einfacher macht auch – aber ungern – auf -30 bis -100V umsteigen. Falk B. schrieb: > Nö, du must eine Wechselspannung einspeisen. Das ist was anderes. Jain, ich muss den Kondensator C3 zwischen zwei Spannungen hin und her schalten… und genau das möchte ich zwischen Vcc (30-100V) und GND erledigen. > Aber was soll es denn INSGESAMT werden? Dein Lösungsansatz ist > vermutlich nicht sonderlich gut. Für eine einfache, günstige UND low power Alternative bin ich natürlich offen! Ziel ist es eine Spannungskaskade möglichst sparsam zu treiben. Dabei sollen alle Stufen möglichst den gleichen Potentialunterschied haben. Daher möchte ich die Kaskade mit einer Analogspannung (deltaV = Vcc- GND) treiben. So stelle ich sicher, dass alle Stufen deltaV auseinander liegen. Als Versorgung habe ich 5V, die aktuell über einen Boost-Konverter LT8365 und DAC auf die 30-100V geregelt werden. >Kann man, aber der OP scheint eine sehr sparsame Schaltung anzustreben. Genau, solange die Kaskade nicht belastet ist und ich deshalb nicht pumpen muss, sollte der Aufbau so gut wie nichts (<~50uA 5V) verbrauchen. Während der Nachregelung (der Kondensator wird umgepolt) sollten die Verluste klein bleiben. Sprich wenn ich nur mit einem NMOS schalte, muss ich den Widerstand hoch wählen, damit mir die max.100V nicht nach GND weg rennen. Gleichzeitig begrenze ich mit dem Widerstand aber meine Pumpleistung enorm. Diesen hohen Strom meinte ich mit den 500uA… wenn ich dort einen 100kOhm einsetzte und der NMOS mit 50% duty cycle schaltet – der ist dann für nichts geflossen nur von Vcc über 100k nach GND. Andrew T. schrieb: >> <500uA > Das bist Du immer bei 30kHz, 100V und 0.2 uF. Jep, das ist mir klar. Für diesen Strom bekomme ich aber immerhin meine höhere Spannung. Wenn ich den 0.2uF reduziere gehen meine Verluste auf kosten der Geschwindigkeit runter. Da die Kaskade aber beim Erreichen der nötigen Spannung abgeschaltet wird, ist das nur während des pumpens relevant – ähnlich wie bei der Lösung mit Widerstand. Die Widerstandslösung ließe sich evtl durch einen duty cycle ~10-20% verbessern, wobei auch dies auf die Geschwindigkeit und Pumpleistung geht, sobald die Kaskade belastet wird. Ich denke den Wert von C3 werde ich durch ausprobieren Stück für Stück reduzieren – dazu muss ich aber mit einer belasteten Kaskade testen. Vielen Dank für eure Mühe und ich bin mal gespannt, ob jemand noch eine Idee hat. Derweil suche ich weiter nach einem passenden IC wie ihn Lothar M. vorgeschlagen hat, der aber kaum etwas verbraucht und dennoch 100V vertragen kann. Außerdem werde ich mal eine Simulation mit Widerstand und anderem duty cylce für die Leistung laufen lassen. Viele Grüße Tobias
Tobias S. schrieb: >> Aber was soll es denn INSGESAMT werden? Dein Lösungsansatz ist >> vermutlich nicht sonderlich gut. > Für eine einfache, günstige UND low power Alternative bin ich natürlich > offen! Ziel ist es eine Spannungskaskade möglichst sparsam zu treiben. Warum? Willst du das Weltklima retten oder hat das auch handfeste Gründe, wie Batteriebetrieb? > Dabei sollen alle Stufen möglichst den gleichen Potentialunterschied > haben. Daher möchte ich die Kaskade mit einer Analogspannung (deltaV = > Vcc- GND) treiben. So stelle ich sicher, dass alle Stufen deltaV > auseinander liegen. Als Versorgung habe ich 5V, die aktuell über einen > Boost-Konverter LT8365 und DAC auf die 30-100V geregelt werden. Das ist deine aktuelle Lösung, aber NICHT das Ziel! Welche Ausgangsspannung und welchen Strom brauchst du? Welchen Stromverbrauch soll das Ganze haben? >>Kann man, aber der OP scheint eine sehr sparsame Schaltung anzustreben. > Genau, solange die Kaskade nicht belastet ist und ich deshalb nicht > pumpen muss, sollte der Aufbau so gut wie nichts (<~50uA 5V) > verbrauchen. Warum? Ist deine Energiequelle so schlaff? 50uA sind schon arg wenig. > Während der Nachregelung (der Kondensator wird umgepolt) Der Kondensator wird NIEMALS umgepolt, die Spannung hat IMMER die gleiche Polarität. Er wird bestenfalls nachgeladen. > sollten die Verluste klein bleiben. Sprich wenn ich nur mit einem NMOS > schalte, muss ich den Widerstand hoch wählen, damit mir die max.100V > nicht nach GND weg rennen. Wirres Zeug. > ich durch ausprobieren Stück für Stück reduzieren – dazu muss ich aber > mit einer belasteten Kaskade testen. Du steckst schon viel zu sehr in deiner Lösung fest. Sag was INSGESAMT rauskommen soll. Siehe oben. > Lothar M. vorgeschlagen hat, der aber kaum etwas verbraucht und dennoch > 100V vertragen kann. Unsinn. Du hast gar keine 100V, brauchst die vermutlich auch gar nicht. Das ist nur deine Idee, bestenfalls ein Zwischenschritt. Man kann auch hohe Spannungen ohne Kaskade erzeugen, z.B. mit einem passenden Trafo. Das hat den Vorteil, daß man einfache, sparsame ICs für 5V nehmen kann, denn diese 5V hast du schon. Außerdem werde ich mal eine Simulation mit > Widerstand und anderem duty cylce für die Leistung laufen lassen. Vergiss die Simulation, du brauchst erstmal ein sinnvolles Konzept. Das hast du nicht.
Hallo Falk B., hmm ich scheine mich missverständlich ausgedrückt zu haben... ich probiere es einfach noch mal: Falk B. schrieb: > Warum? Willst du das Weltklima retten oder hat das auch handfeste > Gründe, wie Batteriebetrieb? Genau, das Ganze muss über eine Batterie betrieben werden und soll daher im Standby (also die Kaskade ist nicht belastet) „nichts“ verbrauchen. Wenn die Kaskade belastet wird und ich somit pumpen muss, möchte ich natürlich möglichst effizient bleiben... >> Dabei sollen alle Stufen möglichst den gleichen Potentialunterschied >> haben. Daher möchte ich die Kaskade mit einer Analogspannung (deltaV = >> Vcc- GND) treiben. So stelle ich sicher, dass alle Stufen deltaV >> auseinander liegen. Als Versorgung habe ich 5V, die aktuell über einen >> Boost-Konverter LT8365 und DAC auf die 30-100V geregelt werden. > > Das ist deine aktuelle Lösung, aber NICHT das Ziel! Welche > Ausgangsspannung und welchen Strom brauchst du? Welchen Stromverbrauch > soll das Ganze haben? Doch das ist mein Ziel! 30-100V in der ersten Kaskadenstufe und jeweils 30-100V in den darauf folgenden Stufen. Damit meine ich nicht, dass die Stufen in diesem Bereich variieren dürfen, sondern dass ich eine Spannung z.B. U=45V als Versorgung und damit als erste Stufe und als deltaV=U wähle. Diese Spannung U muss ich zwischen 30V und 100V variieren können. Dabei soll der Spannungsunterschied je Stufe U sein. Ja ich weiß, dass das nicht genau so geht, weil ich einen Spannungsabfall über den Dioden habe, aber eben so gut es geht. >>>Kann man, aber der OP scheint eine sehr sparsame Schaltung anzustreben. >> Genau, solange die Kaskade nicht belastet ist und ich deshalb nicht >> pumpen muss, sollte der Aufbau so gut wie nichts (<~50uA 5V) >> verbrauchen. > > Warum? Ist deine Energiequelle so schlaff? 50uA sind schon arg wenig. Ist eben nur eine kleine Batterie, die so lange wie möglich halten soll. 50uA sind schon ziemlich viel für eine Schaltung, die ohne zu pumpen im Idle ist.... >> Während der Nachregelung (der Kondensator wird umgepolt) > > Der Kondensator wird NIEMALS umgepolt, die Spannung hat IMMER die > gleiche Polarität. Er wird bestenfalls nachgeladen. Ok, ich bin kein Germanist. Der Kondensator wird geladen und entladen und das mit der Clock-Frequenz. >> sollten die Verluste klein bleiben. Sprich wenn ich nur mit einem NMOS >> schalte, muss ich den Widerstand hoch wählen, damit mir die max.100V >> nicht nach GND weg rennen. > > Wirres Zeug. Ja stimmt, ich beziehe das alles auf die Lösungsversion, wo ich anstatt des Schalters einen Widerstand einsetzte... also wenn der NMOS leitet der Strom durch diesen Widerstand direkt nach GND fliest. >> ich durch ausprobieren Stück für Stück reduzieren – dazu muss ich aber >> mit einer belasteten Kaskade testen. > > Du steckst schon viel zu sehr in deiner Lösung fest. Sag was INSGESAMT > rauskommen soll. Siehe oben. Ich kenne meine Last an der Kaskade leider momentan noch nicht genau, vermute aber, dass sie unter 1mA liegt... aber in Peaks bis dahin ansteigen kann. >> Lothar M. vorgeschlagen hat, der aber kaum etwas verbraucht und dennoch >> 100V vertragen kann. > > Unsinn. Du hast gar keine 100V, brauchst die vermutlich auch gar nicht. > Das ist nur deine Idee, bestenfalls ein Zwischenschritt. Man kann auch > hohe Spannungen ohne Kaskade erzeugen, z.B. mit einem passenden Trafo. > Das hat den Vorteil, daß man einfache, sparsame ICs für 5V nehmen kann, > denn diese 5V hast du schon. S.o. die 100V brauche ich. Ja es ginge auch mit einem Trafo. Dafür muss ich dann nur einen mit mind. 1:10 und Oberflächenmontage finden. Ein wirklich gut regelbaren Step-Down-Konverter suchen, buffern.... und dann könnte es gehen. Ich hoffe ich konnte mich jetzt etwas klarer ausdrücken. Viele Grüße Tobias
Tobias S. schrieb: > Ziel ist es eine Spannungskaskade möglichst sparsam zu treiben. Als Selbstzweck? Oder soll damit doch etwas versorgt werden...
Tobias S. schrieb: > Ein wirklich gut regelbaren Step-Down-Konverter suchen ??? Nimm doch gleich einen Stepup. > Ich kenne meine Last an der Kaskade leider momentan noch nicht genau, > vermute aber, dass sie unter 1mA liegt... Welche Spannung braucht die Last dabei? Und wie stabil muss die Spannung dafür sein? H. H. schrieb: > Oder soll damit doch etwas versorgt werden... Nachdem die Frage nach der finalen Ausgangsspannung jetzt immer noch undefiniert oder zumindest unklar ist, wären Informationen zur Last auch ein Ansatz.
Lothar M. schrieb: > Nimm doch gleich einen Stepup. Hmmm das könnte eine Idee sein. Wenn ich mit einem StepUp auf max 20V gehe, sollte sich das mit einem Transistor gut schalten lassen und ich brauche nur noch einen Trafo mit 1:5 ... (Dann muss es aber vermutlich ein SEPIC sein, damit ich weit genug runter komme.) >> Ich kenne meine Last an der Kaskade leider momentan noch nicht genau, >> vermute aber, dass sie unter 1mA liegt... > Welche Spannung braucht die Last dabei? Und wie stabil muss die Spannung > dafür sein? > H. H. schrieb: >> Oder soll damit doch etwas versorgt werden... > Nachdem die Frage nach der finalen Ausgangsspannung jetzt immer noch > undefiniert oder zumindest unklar ist, wären Informationen zur Last auch > ein Ansatz. Die Kaskade soll je Stufe die Spannung für einen PMT erzeugen, daher auch die Vorgabe der Stufenabstände. Da die Grundlast am PMT noch nicht klar ist, kann ich keine genauen Aussagen zum Strom tätigen. Danke für eure Mühe und viele Grüße Tobias
Tobias S. schrieb: > Genau, das Ganze muss über eine Batterie betrieben werden und soll daher > im Standby (also die Kaskade ist nicht belastet) „nichts“ verbrauchen. Dann schalte sie einfach aus. ;-) Wenn die Kaskade nicht belastet wird, braucht auch keiner die Spannung. > Doch das ist mein Ziel! 30-100V in der ersten Kaskadenstufe und jeweils > 30-100V in den darauf folgenden Stufen. Du willst also mehrere Spannungsstufen mit 30-100V erzeugen, wofür auch immer. Das macht eine Kaskade, auch relativ genau. >> Warum? Ist deine Energiequelle so schlaff? 50uA sind schon arg wenig. > Ist eben nur eine kleine Batterie, die so lange wie möglich halten soll. > 50uA sind schon ziemlich viel für eine Schaltung, die ohne zu pumpen im > Idle ist.... 50uA sind hier VERDAMMT wenig, erst recht mit deinem Wissen. Aber selbst Profis haben hier ARG zu kämpfen. Geh mal lieber mit 500-1000uA in Rennen. >>> Während der Nachregelung (der Kondensator wird umgepolt) >> >> Der Kondensator wird NIEMALS umgepolt, die Spannung hat IMMER die >> gleiche Polarität. Er wird bestenfalls nachgeladen. > Ok, ich bin kein Germanist. Der Kondensator wird geladen und entladen > und das mit der Clock-Frequenz. Clock-Frequenz? Soso. > Ich kenne meine Last an der Kaskade leider momentan noch nicht genau, > vermute aber, dass sie unter 1mA liegt... aber in Peaks bis dahin > ansteigen kann. > S.o. die 100V brauche ich. Ja es ginge auch mit einem Trafo. Dafür muss > ich dann nur einen mit mind. 1:10 und Oberflächenmontage finden. Ein > wirklich gut regelbaren Step-Down-Konverter suchen, buffern.... und dann > könnte es gehen. > > Ich hoffe ich konnte mich jetzt etwas klarer ausdrücken. Nur bedingt. Du hast immer noch nicht wirklich gesagt, was INSGESAMT rauskommen soll. Wozu brauchst du die Spannungsstufen? Wieviele? Geigerzähler?
Tobias S. schrieb: > Die Kaskade soll je Stufe die Spannung für einen PMT erzeugen, daher > auch die Vorgabe der Stufenabstände. Da die Grundlast am PMT noch nicht > klar ist, kann ich keine genauen Aussagen zum Strom tätigen. Ein Sperrwandler mit mehreren Ausgängen macht das viel besser.
Tobias S. schrieb: > Die Kaskade soll je Stufe die Spannung für einen PMT erzeugen, daher > auch die Vorgabe der Stufenabstände. AHA!!!!! Na dann würde man einen passenden 1:10 Trafo nehmen, der dann die 30-100V am Ausgang erzeugt. Den kann man mit 3-10V am Eingang ansteuern, dafür gibt es einfache, SPARSAME MOSFET-Treiber. Fertig.
H. H. schrieb: > Ein Sperrwandler mit mehreren Ausgängen macht das viel besser. Dafür braucht es aber Know How und einen kundenspezifischen Trafo.
H. H. schrieb: > Falk B. schrieb: >> Nautilus schrieb: >>> Stichwort Ladungspumpe. >>> siehe Datenblatt ICL7660 >> >> TOLL! Und der IC arbeitet mit 30-100V? > > Als Rauchgenerator schon. Das ist der so genannte "one shot"-Betrieb :D
@Tobias: Evtl kannst Du wirklich etwas ausführlicher beschreiben, was Du konkret vorhast. Und bissl weiter vorn anfangen, als mit der Spannung, mit der die Kaskade getrieben werden soll ;) Möglicherweise gibts ja auch ganz andere Lösungen für Dein Problem. Es soll extrem leistungsarm ein PMT versorgt werden: Eine "Photo Multiplier Tube", oder Sekundärelektronenvervielfacher SEV. Es geht also sicher um die Messung ionisierender Strahlung mit einem Szintillator. Hier hatte ich schonmal selbst einige Links zu diesem Thema gesammelt: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,417.msg6343.html#msg6343 Bei den Strahlungsmesstechnikfreunden ist ein ca. 25 Jahre altes US-Gerät namens "STE mini Radiation Pager" sehr beliebt - ein zigarettenschachtelgroßes Warngerät für den Hosengürtel, das genau die geforderte Schaltung in noch handlebarer SMD-Technik enthält. Es kann aus 2 AA-Batterien ~1 Jahr(!) betrieben werden und hat wirklich eine mit fast 1000 Volt betriebene Röhre eingebaut. Zufälligerweise hat erst letzte Woche ein extrem geduldiger und sehr fleißiger Interessierter den kompletten Schaltplan herausgezeichnet. Hier zu finden: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,6.msg11726.html#msg11726 (Registrierung notwendig). Da kannst Du zumindest mal schauen, wie ein kommerzieller Konstrukteur das gelöst hat, der ein Gerät für FBI und Homeland-Security entwickelt hat.
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