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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsregelung mit Senseleitungen


Autor: Dirk (Gast)
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Hallo,
ich suche nach einer einfachen, eleganten Spannungsreglerschaltung um 
einen entfernten Sensor mit 5V zu versorgen. Der Sensor hat dazu zwei 
Senseleitungen um den Spannungsabfall auf den Zuleitungen ausregeln zu 
können, also eine Art Vierleiter Anschluss. Mir fehlen jetzt die 
richtigen Suchbegriffe...
Gibt es vielleicht integrierte Lösungen?

Dirk

Autor: jÜrgen (Gast)
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Autor: Dirk (Gast)
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Ist nicht so ganz das was ich mir vorgestellt habe.
Ich denke mal ich brauche da einen Differenzverstärker an den beiden 
Senseleitungen mit den ich dann irgendwie einen einstellbaren 
Spannungsregler beeinflusse...
Die Kabellängen können 10m erreichen. Ich kann mir vorstellen dass es da 
eventuell mit den Leitungskapazitäten schwierig wird damit die ganze 
Regelung nicht aufschwingt. Hat jemand von euch sowas schonmal gemacht?
Übrigens die Stromaufnahme des Sensors liegt um die 100mA bei 5V 
Versorgungsspannung.

Dirk

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Und weshalb kann der Regler nicht neben dem Sensor sein ?

nw

Autor: Johannes Raschke (Gast)
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Für industrielle Anwendungen findest Du z.B. von Kniel und Schroff sehr 
schöne Netzteile mit Sense-Eingängen. Letztere sind auch das von Dir 
gesuchte Stichwort...

Autor: Dirk (Gast)
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@No Way
Noch besser im Sensor ==> Das Frage ich mich auch.
Die Sensoren sind fertig mit Kabel und Stecker konfektioniert.
Klar, dazubasteln kann man das natürlich immer ist dann aber keine 
serientaugliche Lösung mehr.

@Johannes Raschke
Mir schwebt schon eher eine Schaltung vor, die ich mit auf meine 
Leiterplatte integrieren kann. DC/DC-Wandler mit galvanische Trennung 
sind ebenfalls nicht nötig. Preisgünstig sollte das ganze schon 
werden... und auf ein paar Quadratzentimeter Platinenfläche passen. 
Meine Eingangsspannung liegt bei 8V lineare Regelung bietet sich damit 
wohl auf jeden Fall an.

Dirk

Autor: Dieter Werner (Gast)
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@Dirk
Du solltest auch unbedingt daran denken, dass durch den Spannungsverlust 
auf der Bezugsleitung ein (analoges) Signal um diesen Betrag verfälscht 
wird.
Wenn Versorgungsmasse und Messmasse eigene Adern im Kabel haben ist auf 
der nachgeschalteten (Auswerte-)Elektronik ein Differenzeingang 
erforderlich um richtig messen zu können.

Autor: fieser, klugscheissender Rahul (Gast)
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Kannst du das Ding (Sensor-Schaltung) mal aufmalen?
Irgendwie kann ich mir darunter nichts vorstellen.

Für den LM317 habe ich mal eine recht einfache Schaltung gesehen:

Dort wurde der ADJ-Pin (beim 7805 der Masse-Pin) nicht direkt auf der 
Platine an Masse gelegt, sondern über das Kabel geführt.
Somit ist die Leitung (sogar zweimal wegen Hin- und Rückweg) noch als 
weiterer Widerstand zwischen ADJ-Pin und Masse, was zu einer grösser 
Spannung am Ausgang des Reglers und am Eingang der Leitung führt...
Am Sensor sollte dann eigentlich die gewünschte Spannung anliegen.

Autor: fieser, klugscheissender Rahul (Gast)
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"Meine" Schaltung wäre dann wohl eher eine 3-Leiter-Schaltung...

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Also bei 10m mit 0,14mm² komme ich auf 4,74V bei 100mA, damit sollte der 
Sensor ja wohl auskommen. Meistens sind 4,5..5,5V erlaubt.


Peter

Autor: Dirk (Gast)
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@ Dieter Werner
die Signale werden vom Sensor als Differenzsignal geliefert (1Vpp).
Die Auswertung erfolgt bei mir bereits mit einem Differenzverstärker.

@ Peter Dannegger
mag sein...
Im Datenblatt des Sensors steht als Toleranz -+5%. Zudem kann ich ja bei 
den Spannungsreglern nicht sicher sein, dass die immer im oberen 
Toleranzbereich liegen. Ich möchte das schon ordentlich machen.

Ich habe mir jetzt mal selber was entworfen da keine fertigen Vorschläge 
zu finden waren.
Kann da bitte mal jemand (natürlich auch mehrere) mit Sachverstand 
seinen Senf dazugeben...

Dirk

Autor: alfsch (Gast)
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geht auch ganz einfach mit nem 317 ,
da haste auch schutz mit drin...

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Von der Funktion her sollte das in Ordnung gehen. Die Toleranz hängt 
natürlich von der Z-Diode ab.

Wahrscheinlich muss der obere OP noch mit einem C vom Ausgang zum - 
Eingang "beruhigt" werden sonst besteht über die "lange" Gegenkopplung 
vermutlich Schwingneigung.

Es macht sich bestimmt auch gut, wenn die Sense-Leitungen mit z.B. 1kOhm 
mit der zugehörigen Speiseleitung verbunden werden. Dadurch bleibt die 
Schaltung auch am arbeiten wenn eine Sense unterbrochen wird. Die 
Kompensation des Leitungswiderstandes ist dann zwar ausser Betrieb, aber 
sonst läuft u.U. die Spannung bis Maximum hoch.

Dieter

Autor: Dirk (Gast)
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@alfsch
<da haste auch schutz mit drin...>
Was meinst du damit?
Wenn ich die untere Senseleitung verliere wird doch voll durchgesteuert.

@ Dieter Werner
Gute Idee, werde ich wohl vorsehen.

Unschön an meiner ersten Lösung finde ich die Geschichte mit der Z-Diode 
in Bezug auf Temperaturgang und Toleranzen.
Habe daher nochmal einen Entwurf gemacht. Diesmal aber nur mit einer 
Senseleitung.
Wenn die Übergangs- und Leitungswiderstände im Versorgungs- und 
Massepfad identisch sind könnte das auch funktionieren, oder?
Der OP arbeitet nahe am GND Potential. Bekomme ich dort Schwirigkeiten?

Dirk

Autor: alfsch (Gast)
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mit meiner 317 schaltung gehts wohl besser :-)
und einfacher
schutz: überstrom + temp.
+ wg sense verlust: machste beim 317 zb je 20 - 100 ohm zwischen "saft" 
+ "sense", wenn dann sense wegfällt, passiert nix

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Als "Z-Diode" für 5 V bietet sich eine LM385 oder ein ähnliches 2-Draht 
Referenzelement an. Kostet zwar etwas mehr, ist aber wesentlich besser.

Jetzt muss nur noch ein passender OP gefunden werden, von wegen 
Aussteuerbereich Eingänge und Ausgang. Vielleicht tut es schon ein 
LM358.

Sensorversorgung2 ist natürlich auch 'ne Alternative, da ist auch gleich 
ein Überlast- und Kurzschlussschutz enthalten.

Dieter

Autor: fieser, klugscheissender Rahul (Gast)
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>Sensorversorgung2 ist natürlich auch 'ne Alternative, da ist auch gleich
>ein Überlast- und Kurzschlussschutz enthalten.

Hat mehr Bauteile als die Schaltung von Alfsch, erfüllt aber die gleiche 
Funktion...

Autor: Dirk (Gast)
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@ fieser, klugscheissender Rahul
seltsamen Namen hast du.
Von "gleiche Funktion" kann nach meiner Meinung nach keine Rede sein.
Bei Unterbrechung der Senseleitung liefert meine Schaltung mit Dieters 
Erweiterung geregelte 5V an den Klemmen; der Sensor ist dadurch nicht in 
Gefahr.
Die Sparschaltung mit dem 317er kann dagegen voll durchsteuern...
Ich weiss nicht wie ich das ohne OP verhindern kann. Ich kann natürlich 
wenigstens eine Diode von Sense- nach Masse legen damit dann die 
Klemmenspannung nicht über 5.7V steigen kann. Schön ist das alles nicht.
Ich frage mich wie so etwas profesionell gemacht wird...

Dirk

Autor: alfsch (Gast)
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professionell: s.o.
>> wg sense verlust: machste beim 317 zb je 20 - 100 ohm zwischen "saft"

Autor: Dirk (Gast)
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Also gut ich wede das mal ausprobieren.
Da nach Datenblatt ein Strom von mindestes 5mA durch den Spannungsteiler 
(und somit auch durch meine Senseleitungen) fliessen muss müssen wohl 
auch die "Schutzwiderstände" gegen Senseverlusst eher niederohmig sein.
Es sollten Leitungs- und Kontaktwiderstände von zusammen 3 Ohm 
kompensiert werden können.
Ganz sauber wird das Ganze dadurch sicher nicht werden da sich die 
Senseströme an diesen Knoten entsprechend aufteilen werden.
Aber vielleicht reicht mir das ja.

Dirk

Autor: alfsch (Gast)
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vergiss die entkoppel elkos nicht...ala datenblatt..

Autor: Dirk (Gast)
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So, ich habe die Variante von alfsch mal ausprobiert.

Der Spannungsteiler muss nach Datenblatt relativ niederohmig ausgeführt 
sein.
Den oberen Widerstand habe ich zu 150 Ohm und den unteren zu 450 Ohm 
gewählt.
Sie haben damit ein Verhältnis von 1:3.

Die Leitungswiderstände der beiden Senseleitungen haben natürlich nicht 
dieses Widerstandsverhältniss (sie sind ja anähernd gleich) und 
verstimmen mir den Teiler nicht unerheblich. Das Ergebnis merkt man dann 
an der wirklich nicht überzeugenden Leitungskompensation. Zudem macht es 
einen erheblichen Unterschied in der Ausgangsspannung welche der beiden 
Senseleitungen man im Fehlerfall verliert. Meine Schutzwiderstände gegen 
Senseverlusst habe ich zu 12 Ohm gewählt. Günstiger währe es 
möglicherweise sie auch im 1:3 Verhältnis zu wählen.
Schwingungsprobleme hatte ich bei meinem Aufbau allerdings keine, der 
LM317 ist diesbezüglich anscheinend recht anspruchslos.

Meine Eingangsfrage nach einer einfachen, eleganten 
Spannungsreglerschaltung wurde zwar beantwortet erfüllt aber meine 
Erwartungen in der Genauigkeit bisher nicht. Ich gestehe ich habe bisher 
auch keine Angaben dazu gemacht.

Meine aktuellen Anforderungen:
-- als Spannungstoleranz stelle ich mir +-2% an Sensor vor
-- Leitungs- und Kontaktwiderstände einer Verbindung sollen bis 3 Ohm 
kompensiert werden können
-- Bei Verlusst einer oder beider Senseleitungen sollen vom 
Spannungsregler 5.25V +-2% geliefert werden
-- nach wie vor sollte es möglichst einfach gehalten sein

Bei der probierten LM317-Schaltung stosse ich an die Grenzen, da der 
Spannungsteiler leider nicht hochohmig genug ausgeführt werden kann.
Möglicherweise hilft es je einen OP als Impedanzwandler 
dazwischenzuschalten. Was meint ihr dazu?

Dirk




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