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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Charge Pump 3.6V -> 9V (40 mA)


Autor: Johannes T. (johnsn)
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Hallo!
Wie realistisch ist es mit einer Ladungspumpe von 3.6V auf 9V zu regeln 
und dabei einen maximalen Strom von 40mA am Ausgang zu erreichen?

lg

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Es geht, hier für einen S65 Display mit 20mA und 10V bei Ue=5V
http://comwebnet.weimars.net/index.php?option=com_...

Gibs auch Diskussion hier im Forum

Autor: JensG (Gast)
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von 3.6V auf genau 9V (also ein nicht ganzzahliges Verhältnis, das auch 
noch stabil sein soll) ist nicht gerade das Gebiet einer Ladungspumpe 
(mit gewissen Tricks geht aber auch das in etwa). Wenn schon, dann auf 
10,8V (3*3,6V) oder noch höher "hochpumpen", dann Spannungsregler 
dahinter, der die 9V draus macht. 40mA sind kein grundsätzliches 
Problem.

Autor: Johannes T. (johnsn)
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Danke für die Antworten.
Ich habe gelesen, dass man mit einer Ladungspumpe auch ungerade 
Vielfache der Eingangsspannung erzeugen kann, wenn dies allerdings einen 
viel größeren Aufwand darstellen sollte, dann wären die 10,8V in erster 
Linie auch kein Problem.

Ich habe mal nach fertigen ICs gesucht, aber bei weitem nicht die 
gewünschte Stromstärke von 40mA gefunden. Bist du sicher, dass 40mA 
"kein Problem" sind?

mfg

Autor: JensG (Gast)
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naja, was so fertige IC's hergeben, weis ich nicht genau - da habe ich 
jetzt keinen Überblick. Ladungspumpen werden ja in der Regel wirklich 
fast nur für (extrem) niedrige Ströme verwendet. Auch wird die 
Ausgangsspannung immer weicher, je höher man pumpen will (also 
Verhältnis Ua zu Ui), weil man entsprechend mehr C-D Kaskaden braucht. 
Und wenn man unbedingt ein nicht ganzzahliges Verhältnis will, wirds 
wohl noch dramatischer, denn das wird wohl über kapazitive 
Spannungsteile realisiert, wenn ich mich nicht irre.
Wenn man aber die stromrelevanten Teile diskret und niederohmig aufbaut 
(also niederohmige Mosfets, C's mit niedrigem ESR, und auch geschaltete 
"Dioden"), hat man es selbst in der Hand, für ordentliche 
Stromergiebigkeit zu sorgen. Ich weis, wovon ich rede, denn ich hatte 
mal vor vielleicht 8-9 Jahren schonmal solch ein Ding gebaut, was von 
+12V auf -12V pumpt, und bei 10A (nicht mA) so um die 1-1,5V 
Spannungsabfall hatte. Funktioniert auch heute noch. 40mA sind also ohne 
weiteres realisierbar.
Unterlagen habe ich aber keine mehr, da ich Plan und Platine damals von 
Hand gemalt hatte, und das ist offensichtlich mal bei einer größeren 
Aufräumaktion mit abhanden gekommen :-(
Aber du wolltest vermutlich das alles reinweg mit nur einem IC machen, 
wenn ich das so richtig herauslese. Vielleicht ist ein normaler 
Schaltregler doch besser für dein Vorhaben? Der regelt auch gleich die 
Spannung auf jeden x-beliebigen Wert, wenn Du es willst, und gibt's wohl 
als IC's wie Sand am Meer ...

Autor: Johannes T. (johnsn)
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Jens, danke für deine aufschlussreiche Antwort.
Ein fertiger IC wäre natürlich eine feine Sache (hab jetzt mal Samples 
vom Typ MAX4717EBC bei Maxim geordert), allerdings wäre es auch kein 
Problem die Schaltung direkt aufzubauen.

Mit einem Schaltregler bin ich aus dem Grund nicht so zufrieden, weil 
der Schaltungsteil in einem ATEX zertifiziertem Gerät zum Einsatz kommt.

An dem ungeraden Verhältnis solls nicht scheitern, es wär erstmal auch 
ok die 3-fache Spannung erzeugen zu können. Du würdest also empfehlen 
die Ladungspumpe selbst aufzubauen?

Autor: Esko (Gast)
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> Mit einem Schaltregler bin ich aus dem Grund nicht so zufrieden, weil
> der Schaltungsteil in einem ATEX zertifiziertem Gerät zum Einsatz kommt.

Verstehe den Zusammenhang nicht ganz.

Autor: Johannes T. (johnsn)
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Wenn ich einen Schaltregler verwende, wird vor der ATEX-Freigabe 
wahrscheinlich auch noch ein EMV-Test notwendig, aufgrund der höheren 
Frequenz als bei der Charge-Pump. Wenn ich eine Charge-Pump einsetze, 
dann ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass nochmal ein zusätzlicher 
EMV-Test erforderlich wird.

Autor: Tim R. (vref)
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Sollte kein Problem sein. Vor allem nicht bei diesem (lächerlich 
geringen) Strom.
Wir nutzen seit Jahren die 2MHz Regler von Linear Technology, und hatten 
EMV technisch nie Probleme.
Wichtig ist, das im Datenblatt vorgeschlagene Layout einzuhalten 
(stromführende und geschaltete Leitungen kurz), und die 
Ein-/Ausgangsfilter günstig (nah am IC) anzuordnen.
Wenn du auf Nummer ganz-ganz-ganz-sicher gehen willst, kannste das Ding 
ja noch mit einer Metallmütze abdecken.

Autor: Johannes T. (johnsn)
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Gut zu wissen, dass es EMV-technisch kein großes Problem darstellen 
sollte. Ich werd auf jeden Fall vorher den IC vom Maxim versuchen, wenns 
nicht anders mit vertretbaren Aufwand geht, dann wirds wohl eh ein 
Schaltregler werden.

Danke für eure Hilfe!

Autor: JensG (Gast)
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@ Johannes Traxler
>ok die 3-fache Spannung erzeugen zu können. Du würdest also empfehlen
>die Ladungspumpe selbst aufzubauen?

Eigentlich scheint der Thread zwar soweit abgeschlossen zu sein. Aber 
meine Antwort darauf wollte ich noch los werden.

Ich würde es bei mehrstufigen Pumpen nicht wirklich empfehlen bei der 
heutigen Bauteilesituation. Schaltregler geht einfach viel einfacher 
heutzutage. Bei einstufigen Pumpen (also nur die Eingangsspannung 
verdoppeln, oder neg. Spannung mit gleichem Betrag erzeugen), und wenn 
die Spannung nicht genau sein muß, sehe ich das schon noch als sinnvoll 
an, und würde es auch heute noch in Erwägung ziehen. Die Frage war ja 
auch nur, wie realistisch eine Ladungspumpe wäre (sehr realistisch), 
nicht, ob es einfacher oder sinnvoller wäre.
Auch must Du bedenken, daß Du mindestens zwei Dioden in jeder Pumpstufe 
hast (zumindest, wenn man die nicht wegoptimieren kann aus 
Aufwandgründen), die die effektive Betriebsspannung merklich reduzieren, 
so daß Du wohl mindestens ncoh eine Zusatz-Pumpstufe mit einkalkulieren 
mußt, um dies auszugleichen. In Deinem Fall hast Du ja auch nur 3,6V, so 
daß dies auch schon merklich am Wirkungsgrad kratzt.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Johannes Traxler wrote:

> Wenn ich einen Schaltregler verwende, wird vor der ATEX-Freigabe
> wahrscheinlich auch noch ein EMV-Test notwendig, aufgrund der höheren
> Frequenz als bei der Charge-Pump.

Naja, auch Ladungspumpen können gut abstrahlen.  Unsere HF-Freaks
hier haben regelmäßig über die MAX3232 auf den STK501 geklagt und
diese runtergelötet, weil sie die HF-Messung bei 2,4 GHz zur Sau
gemacht haben.

Autor: JensG (Gast)
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jo, da ja schöne Spitzenströmchen auftreten können im (Um-)Schaltmoment 
(sind schlieslich Kondensatoren, die dabei umgeschaltet werden)

Autor: Johannes T. (johnsn)
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JensG wrote:
> Auch must Du bedenken, daß Du mindestens zwei Dioden in jeder Pumpstufe
> hast (zumindest, wenn man die nicht wegoptimieren kann aus
> Aufwandgründen), die die effektive Betriebsspannung merklich reduzieren,
> so daß Du wohl mindestens ncoh eine Zusatz-Pumpstufe mit einkalkulieren
> mußt, um dies auszugleichen.

Wie kommst du auf 2 Dioden pro Pumpstufe?

Autor: JensG (Gast)
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Na dann guck dir mal den Link oben an von  Avr Nix. D2+D3+C3+C4 sind 
eine Pumpstufe

Autor: Johannes T. (johnsn)
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JensG wrote:
> Na dann guck dir mal den Link oben an von  Avr Nix. D2+D3+C3+C4 sind
> eine Pumpstufe

Alles klar, ich war schon auf den MAX680 fixiert und da werden keine 
zusätzlichen Dioden benötigt.

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