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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik +/- 0.64V DC aus Batteriespannung erzeugen


Autor: Yannick Riviere (yannick51)
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Ich suche eine Lösung für folgende Aufgabe:
Aus einer Batterie/Akkuspannung von 5 bis 9 V möchte ich
+/- 0...64V DC erzeugen, wobei die +/- 64V eine gemeinsame Masse 
besitzen.
Der Ausgansstom beträgt max 10 mA.
Die Ausgangsspannung muss galvanisch getrennt sein.
Falls ein Trafo benötigt wird muss dieser möglichst klein sein
und möglichst im Elektronik-Handel zu beschaffen sein.
Die Ausgangspannung sollte über eine Analogspannung in ca. 1V Schritten
einstellbar sein.
Ich bin für Eure Vorschläge dankbar.
Yannick.

Autor: MaWin (Gast)
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> Die Ausgangspannung sollte über eine Analogspannung
> in ca. 1V Schritten einstellbar sein.

Was auch immer Analog und Schritte miteinander zu tun haben,
ich dachte schrittweise wäre Digital.

Am einfachsten:

                       analoge Steuerspannung
 5-9V (offen lassen)           |
  |                            +---- +0..64V
Batterie                      22R
  |                            +---- Masse
Masse (galavisch getrennt)    22R
                               +---- -0..64V
                               |
                     Masse der Analogspannung

irgendwelche Fragen ?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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hehe fehler im format.

meint der nun +-64 volt oder +-640 millivolt?

die 2x64V gehen nur über einen trafo und nicht ganz leistungsschwachen 
schaltregler. 130V sind auch nicht mehr ganz ohne wenn man da dranfasst, 
bei 10mA und noch irgendwelchen kondis würde ich das glatt schon als 
berührungsgefährlich einstufen. auf jeden fall feuerst du die platine 
einmal quer durch den raum wenn du da drankommst.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Yannick Riviere schrieb:
> Ich suche eine Lösung für folgende Aufgabe:
> Aus einer Batterie/Akkuspannung von 5 bis 9 V möchte ich
> +/- 0...64V DC erzeugen, wobei die +/- 64V eine gemeinsame Masse
> besitzen.
> Der Ausgansstom beträgt max 10 mA.
> Die Ausgangsspannung muss galvanisch getrennt sein.
> Falls ein Trafo benötigt wird muss dieser möglichst klein sein
> und möglichst im Elektronik-Handel zu beschaffen sein.
> Die Ausgangspannung sollte über eine Analogspannung in ca. 1V Schritten



Hallo Yannick,

0.64V waere einfacher gewesen.
Trafos wickeln ist wohl nicht Dein Ding.... Die +/-64V herzustellen ist 
aber auch fuer Dich kein Problem.
Nimm einen kleinen Netztrafo 2x115V primaer, 2x12V sekundaer, 3W.
Steuere die sekundaerseite mit einem entsprechenden Treiber an und 
richte die Signale der Primaerseite gleich. Schon hast Du eine nicht 
stabilisierte Spannung von etwa +/- 80V.
Dann noch eine kleine Stabilisierung hinterher auf +/-64V. Das tut bei 
diesen kleinen Stroemen je ein Transistor und eine Zenerdiode und 
Widerstand.


Wenn Du dann noch die Ausgangsspannung durch eine Analogspannung 
einstellen willst, dann beginnt dort die Schwierigkeit.

Aber dann sprechen wir weiter.


Gruss

Michael

Autor: Frank Bär (f-baer)
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MaWin schrieb:
> Was auch immer Analog und Schritte miteinander zu tun haben,
> ich dachte schrittweise wäre Digital.

Das ist nicht dein erster Irrtum und es wird auch nicht dein letzter 
sein. Nicht alles, was diskret ist, ist digital. Digital heisst, dass in 
allen Dimensionen eine Diskretisierung vorliegt.

Autor: Yannick Riviere (yannick51)
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OK, Danke für die Vorschläge.
Mir ist eine neue Idee gekommen:
Auf der +5V Seite einen galvanisch getrennten DC/DC Wandler setzen.
Dahinter einen Oszillator  dann zwei mit Dioden und Kondensatoren 
gebauten Spannungsvervielfacher (Villard-Schaltung) mit gemeinsamer 
Masse.
An den Ausgangen für jede Spannung einen Brückengleichrichter.
Um die Aussgansspannung einzustellen, wäre es denkbar mit einem 
PWM-Signal
über einen Optokoppler (wegen der galvanischen Trennung),
dann die PWM-Spannung mit einem Kondensator glätten, und mittels 2 FETs
die Ausgangspannung einstellen.

Folgende Fragen bleiben noch offen:
- mit welcher Frequenz soll der Oszillator laufen ?
- Wie werden die Kondensatoren der Villard-Schaltung dimensioniert ?
- Welsche Dioden für die Villard-Schaltung ?
- Welche FETs (oder Tansistoren) ?
- Bleibt die Ausgansspannung stabil wenn man die mit ca. 1 KOhm 
belastet.

(Die PWM-Spannung wird mit einem Mikrocontroller erzeugt, für mich kein 
Problem, aber mit Analog-Technik bin ich ziemlich unerfahren)

Vielen Dank an alle.

Yannick.

Autor: Frank Bär (f-baer)
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Wenn du einen Oszillator verwendest, ist der Greinacher-Vervielfacher 
(!) dein Freund.
Dazu brauchst du dann nur Kondensatoren mit 2*Ue Spannungsfestigkeit. 
Die Größe ist abhängig vom gewählten Oszillator und dem Laststrom.
Als Dioden 1N4002, dahinter ein diskreter Stepdown.
64V über 1kOhm heisst 64mA. Ich bezweifle, dass deine Batterien das 
lange durchhalten.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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murks!

1N400x im schaltnetzteil - alles klar. kann sich nur um sekunden handeln 
bis die wegen ihrer trägheit abrauchen.

der rest ist aber auch murks, wenn +-64V dann braucht er dafür schon ein 
halbwegs vernünftiges schaltnetzteil. bei den geringen leistung machts 
ein sperrwandler locker. eine primärspule, zwei sekundärspulen auf einer 
speicherdrossel. dioden bitte SCHNELLE mit hoher sperrspannung, sonst 
dampft's. du mußt halt mit dem µC in die regelschleife des steuer-ICs 
dafür eingreifen, macht sich recht einfach wenn der ausgang nicht 
galvanisch getrennt vom eingang sein braucht.

für den batteriebetrieb ist sowas aber ungeeignet, außer er meint ne 
autobatterie... ;)

Autor: Fralla (Gast)
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Wenn die Spannung in 1V schritten verstellbar sein soll, fallen Kaskaden 
ja weg. Man brächte sowieso vorher oder nacher einen Wandler. Ich würde 
daher geleich einen Sperrwandler bauen. µC ist nicht erforderlich, man 
kann in den Spannungsteil der Rückkopplung per Transistor eingreifen. 
Alles schön Analog.
Ja 1N4002 ist murks, ich würde eine ES2D einsetzen.

>diskreter Stepdown
Was ist das?

Autor: Frank Bär (f-baer)
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Ben _ schrieb:
> murks!
>
> 1N400x im schaltnetzteil - alles klar. kann sich nur um sekunden handeln
> bis die wegen ihrer trägheit abrauchen.

Er fragte nach Dioden in der Vervielfacherschaltung, nicht im 
Schaltregler. Genauer lesen hilft weiter.
Zitat:
> - Welsche Dioden für die Villard-Schaltung ?


>>diskreter Stepdown
>Was ist das?

Schonmal einen integrierten Schaltkreis für solche Eingangsspannungen 
gesehen? Ich nicht. Dazu muss man das ganze diskret (also aus 
Einzelbauelementen) aufbauen.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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die dioden kriegen auch in einer kaskadenschaltung die volle 
wandlerfrequenz von etlichen kHz ab, die 1N400x sind einfach zu lahm 
dafür. vielleicht erstmal nachdenken bevor du hier rumblubberst? diese 
saurier würde ich heute nur noch als gleichrichter bei netzfrequenz 
nutzen, oder als verpolschutz. aber nicht in einem schaltnetzteil.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Das schreit förmlich nach Aufwärtswandlern...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ben _ schrieb:
> die dioden kriegen auch in einer kaskadenschaltung die volle
> wandlerfrequenz von etlichen kHz ab.

Das kommt auf die Frequenz an. Eine Kaskade kann man sogar mit 50Hz 
betreiben. ;-)

Autor: Frank Bär (f-baer)
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Ben _ schrieb:
> die dioden kriegen auch in einer kaskadenschaltung die volle
> wandlerfrequenz von etlichen kHz ab, die 1N400x sind einfach zu lahm
> dafür. vielleicht erstmal nachdenken bevor du hier rumblubberst? diese
> saurier würde ich heute nur noch als gleichrichter bei netzfrequenz
> nutzen, oder als verpolschutz. aber nicht in einem schaltnetzteil.

Na, ein Glück, dass Schaltregler keine flinken Schottkydioden am Ausgang 
haben. Erstmal nachdenken, bevor du hier rumblubberst. Ich habe nie 
davon gesprochen, in einem Schaltregler Dioden zu verwenden. Aber hinter 
dem Schaltregler und - nur, falls du das immernoch vorsätzlich 
missverstehen möchtest - damit auch hinter der Schottkydiode des 
Schaltreglers kann ich 1N400x einsetzen, wie ich lustig bin.
Denk doch mal darüber nach, was du da geschrieben hast. Das hiesse ja, 
dass man in Schaltnetzteil-versorgten Schaltungen nur noch 
Schottkydioden einsetzen könnte, was, wie du mir sicherlich zustimmen 
wirst, absoluter Nonsens ist. Und für eine Kaskade ist es noch dazu 
völliger Unsinn, weil der Reverse Current flinker Dioden in aller Regel 
bei Faktor 10-100 gegenüber Si-Dioden liegt. Damit liesse sich keine 
sinnvolle Kaskade realisieren.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ok du neunmalschlau, dann verrate mir doch mal wieso ich in einer 
schaltregler-gespeisten kaskade nicht mehr die wandlerfrequenz finden 
soll. das würde mich echt interessieren. ist da nur noch gleichspannung 
bzw. gleichstrom in der kaskade? wäre toll, dann bräuchte man nämlich 
den wandler gar nicht und könnte das ding direkt aus der batterie 
speisen. oder senkt mir die "erste" diode nach dem wandler die 
wandlerfrequenz?

nochmal, die kaskade ist nichts weiter als eine pumpschaltung und 
pumpschaltungen arbeiten nur mit wechselstrom. dieser soll hier mit 
einem wandler erzeugt werden, der so bei 40-50 kHz laufen wird. und 
diese frequenz findest du dann auch überall in der pumpschaltung wieder. 
erst nach einer vollständigen gleichrichtung und siebung gegen masse ist 
sie wieder raus, also erst wenn das endgültige spannungsniveau erreicht 
ist.

natürlich kannst du auch einen 50Hz sinuswandler bauen, dann kannst du 
die 1N400x nehmen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Villard Schaltungen sind bei 50Hz auch nicht unbedingt so selten. Wenn 
man nur eine wenig belastbare negative Spannung braucht und nur einen 
großen Trafo mit einer Wicklung hat.

Wie du auf die 40-50 kHz kommst, ist mir aber schleierhaft. Man kann die 
Pumpe auch mit 1MHz betreiben, das senkt nämlich die Größe der 
Energiespeicher.

PS: Pass auf dein Herz auf.

Autor: Fralla (Gast)
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>Schonmal einen integrierten Schaltkreis für solche Eingangsspannungen
>gesehen?
gibt genung PWM controller die mit <9V funktionieren.

Auch einen Schaltregler kann man mit 50Hz betreiben.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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klar KANN man einen schaltregler mit 50Hz betreiben, oder eine kaskade 
an einem netzspannungs-gespeisten trafo (dann ginge es mit den 1N400x), 
aber er will ja batteriebetrieb. eine meiner meinung nach sinnvolle wahl 
dafür wären also zwischen 30 und 50 kHz. das macht die induktivität 
klein, diese frequenzen sind noch recht leicht beherrschbar und die 
schaltverluste halten sich ebenfalls in grenzen.

1MHz halte ich für unpraktikabel, weil saubere schaltflanken bei dieser 
frequenz schon eine herausforderung sind, derartige wandler ein richtig 
gutes platinendesign erfordern und die schaltverluste ziemlich hoch 
ausfallen dürften. außerdem mußt du auch noch aufpassen, daß das ding 
nicht zum sender mutiert.

was mein herz angeht... ich kann nur hoffen daß in herzschrittmachern 
keine 1N400x verbaut werden, die wären für meinen fall deutlich zu 
langsam! **FG**

Autor: Frank Bär (f-baer)
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Ben _ schrieb:
> nochmal, die kaskade ist nichts weiter als eine pumpschaltung und
> pumpschaltungen arbeiten nur mit wechselstrom. dieser soll hier mit
> einem wandler erzeugt werden, der so bei 40-50 kHz laufen wird. und
> diese frequenz findest du dann auch überall in der pumpschaltung wieder.
> erst nach einer vollständigen gleichrichtung und siebung gegen masse ist
> sie wieder raus, also erst wenn das endgültige spannungsniveau erreicht
> ist.
>
> natürlich kannst du auch einen 50Hz sinuswandler bauen, dann kannst du
> die 1N400x nehmen.

Ach, wenn du nur gelesen hättest, was der TE vor hat... Ich habe die 
Idee des TE aufgegriffen, und die schliesst eine geglättete 
Gleichspannung mit ein. Von 40-50kHz Wechselspannung hat hier niemand 
geredet.

> Auf der +5V Seite einen galvanisch getrennten DC/DC Wandler setzen.
> Dahinter einen Oszillator  dann zwei mit Dioden und Kondensatoren
> gebauten Spannungsvervielfacher (Villard-Schaltung) mit gemeinsamer
> Masse.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> Auf der +5V Seite einen galvanisch getrennten DC/DC Wandler setzen.
> Dahinter einen Oszillator  dann zwei mit Dioden und Kondensatoren
> gebauten Spannungsvervielfacher (Villard-Schaltung) mit gemeinsamer
> Masse.
murks!!

vielleicht noch eine umformung auf 3kV weils soviel spaß macht die 
elektronen durch die gegend zu schubsten? oder damit sich der 
batteriebetrieb endgültig nicht mehr lohnt?!

was bitte spricht dagegen die komplette wandlung in einer einzigen stufe 
vorzunehmen?

Autor: Marcus Overhagen (marcus6100)
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Leute beruhigt euch. Es geht doch nur um maximal 130V bei 10 mA. Wie 
wärs da z.B. mit einer BAV103 als Diode? Die bereits vorgeschlagene ES2D 
ist auch prima.

Es gibt mehr auf der Welt als 1N400x oder Shottky.

Eigentlich wollte ich ja zuerst 1N4148 vorschlagen, denn die ist schön 
schnell, aber mit 100V Maximalspannung leider ein bischen 
unterdimensioniert.

Autor: Frank Bär (f-baer)
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Ben _ schrieb:
> murks!!
>
> vielleicht noch eine umformung auf 3kV weils soviel spaß macht die
> elektronen durch die gegend zu schubsten? oder damit sich der
> batteriebetrieb endgültig nicht mehr lohnt?!

Immerhin schön, dass du dir jetzt anscheinend mal die Mühe gemacht hast, 
zu lesen, was hier geschrieben wurde. Hat ja lange genug gedauert.


Du meinst, deine Idee tuts besser? Ich möchte mal jemanden zitieren, dem 
du sicherlich etwas zutraust:
> für den batteriebetrieb ist sowas aber ungeeignet, außer er meint ne
autobatterie... ;)


Nenn mir jetzt nochmal einen Grund, warum deine Idee so tollwäre, oder 
überhaupt batteriebetrieben funktionieren sollte .

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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die erzeugung von +-64V bei 10mA ausgangsstrom ist generell nicht für 
den batteriebetrieb geeignet. zumindest nicht lange. ungefähr genauso 
wie der blitz im fotoapparat - funktioniert auch und trotzdem ist 
allgemein bekannt, daß das "batterien frisst".

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