Diskreter Spannungsregler mit niedrigem Ruhestrom

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

Hallo Forengemeinde,

untenstehend findet ihr eine kleine Schaltung für einen diskreten 
Spannungsregler mit MOSFETs. Neben allen Nachteilen hat diese Schaltung 
den Vorteil eines geringen Ruhestromes von nur etwa 25µA. Das ermöglicht 
es, einen Mikrocontroller stromsparend an einer Batterie mit einer 
Spannung oberhalb der Betriebsspannungsgrenze des Controllers zu 
betreiben (2x LiPo zum Beispiel). Ein weiterer Vorteil ist der geringe 
Spannungsabfall über dem P-MOSFET, wenn die Eingangsspannung in den 
Bereich der Ausgangsspannung abfällt (Low-Drop).

Die Nachteile der Schaltung liegen auf der Hand: Bei einer 
Eingangsspannung  von 3.5V...20V ändert sich die Ausgangsspannung davon 
abhängig im Bereich von etwa 3.0....3.5V. Hierzu muss man ggf. den 
Spannungsteiler am Ausgang anpassen. Die Last wird hingegen gut 
ausgeregelt, die Ausgangsspannungsabweichung beträgt bei einer 
Laständerung von 10µA bis 50mA nur einige Milivolt. Überschwinger müsste 
ich nochmal ausmessen. Die Ausgangsspannung ist ausserdem leicht 
temperaturabhängig. Die Ausgangsspannung ist abhängig von der 
Source/Gate-Schwellspannung des rechten MOSFETs. Auch hier müsste 
exemplarabhängig der Spannungsteiler am Ausgang angepasst werden.

Viel Spaß beim Basteln.

            470k 100k
      o---o--o---o----+^+----------------o------o---------o
 Eingang  |  |   |    |||                |      |           Ausgang
 3.5..20V | .-. .-.   === IRLML5203      |      |           3.3V
          | | | | |   |                  |      |
      o   | | | | |   |                  |+     |         o
      |   | '-' '-'   |             10µ ===     |         |
      |   |  |   '----o                 /-\     |         |
      |   |  |        |                  |      |         |
      |   |  |        |   IRLML2502      -     .-.        |
      |   |  |        +-||                     | | 330k   |
      |   |  |        ->||                     | |        |
      |   |  |        +-||---o---.             '-'        |
      |   |  |        |      |   |              |         |
      |   |  |        |      |   |              |         |
      |   '  '--------)------'   |         .----o         |
      |   |+          |          +-||      |    |         |
      |  === 10µ      |          ->||      |    |         |
      |  /-\          |          +-||------'   .-.        |
      |   |           |          |             | | 100k   |
      |   |           |          | IRLML2502   | |        |
      |   |           |          |             '-'        |
      |   |           |          |              |         |
      -   -           -          -              -         -

[(prx) A. K. (prx)]

Einen FET mit einem spezifizierten Leckstrom von max. 25µA über 470K zu 
betreiben ist aber nicht die feine englische Art. ;-)

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

Naja - es funktioniert ;-). Sicher kann man noch optimieren. Für meine 
konkrete Anwendung werde ich mal mehrere von den Teilen aufbauen und 
gucken, ob es Probleme gibt. Die Controllerschaltung die da dran soll 
verbraucht im Mittel 50µA und bis zu 7mA in kurzen Pulsen und soll aber 
von 3V bis 16V funktionieren und eben nicht mehr Strom aufnehmen als 
nötig. In einer Variante mit LED als Spannungsbegrenzer waren es bis zu 
1mA Ruhestrom bei 16V.

[ArnoR (Gast)]

> Sicher kann man noch optimieren.

Ja, sollte man auch tun. Wie schon gesagt viel kleinere Mosfets 
einsetzen und möglichst auch welche mit höherer Schwellspannung, dann 
kann man den Ausgangsteiler mit geringerem Teilerverhältnis 
dimensionieren, was die Temperaturabhängigkeit deutlich verringert, weil 
der TK des Mosfet dann weniger verstärkt wird. Wenn man sogar einen 
Mosfet mit mit 3,3V hat, dann entfällt der Ausgangsteiler, was noch 
weniger Stromverbrauch bedeutet.

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

ArnoR schrieb:
> Wie schon gesagt viel kleinere Mosfets
> einsetzen

Noch kleiner als SOT23?

ArnoR schrieb:
> auch welche mit höherer Schwellspannung

Dann geht der nutzbare Spannungsbereich ebenfalls nach oben :-/

ArnoR schrieb:
> Wenn man sogar einen
> Mosfet mit mit 3,3V hat, dann entfällt der Ausgangsteiler,

Ja, wobei die Schwellspannung ziemlich streut und nicht wirklich 
typenbezogen fix ist. So kann es sein, dass ein FET mit 3V typischer 
Schwellspannung worst case auch mal 4V hat.

[ArnoR (Gast)]

> Noch kleiner als SOT23?

Damit war die Chipfläche gemeint, gewöhnlich sinkt analog dazu der 
Leckstrom. Ein 50mOhm-Mosfet ist an der Stelle um Größenordnungen 
daneben. Ein BS170-Chip täte es auch.

>> auch welche mit höherer Schwellspannung
> Dann geht der nutzbare Spannungsbereich ebenfalls nach oben :-/

Stimmt nicht, es ändert sich nur der Teilerfaktor am Ausgang.

>> Wenn man sogar einen
>> Mosfet mit mit 3,3V hat, dann entfällt der Ausgangsteiler,
> Ja, wobei die Schwellspannung ziemlich streut und nicht wirklich
> typenbezogen fix ist.

Ja, aber genau so ist es doch bei deiner Wahl auch.

> So kann es sein, dass ein FET mit 3V typischer
> Schwellspannung worst case auch mal 4V hat.

Aber nicht bei einem Drainstrom von ca. 5µA, so wie in deiner Schaltung.

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

Danke für die Tipps, werde mal sehen, was die Bastelkiste so hergibt 
:-).

[MaWin (Gast)]

> Die Nachteile der Schaltung liegen auf der Hand:

Offenbar unkompensiert und damit regelungsinstabil,
keine Referenzspannung und damit irgendeine Ausgangsspannung,
abhängig von Lust und Laune.

Es gibt genügend low drop Mikrosleitungsregler.

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

MaWin schrieb:
> Es gibt genügend low drop Mikrosleitungsregler.

Für den weiten Spannungsbereich?

[Alex (Gast)]

Bei Design-Antipattern nennt man so was "das viereckige Rad neu 
erfinden"
TsTsTssss...

[Falk B. (falk)]

@  Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite

>MaWin schrieb:
>> Es gibt genügend low drop Mikrosleitungsregler.

Jo.

>Für den weiten Spannungsbereich?

Sicher.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Versorgung_aus_einer_Zelle#Vier_Mignonzellen_mit_LowDrop-Linearregler

Mein Favorit TPS715.

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

OK, danke für den Hinweis, werde ich im Hinterkopf behalten oder einfach 
mal mitbestellen. Bis dahin verbaue ich den Kram, der hier so ´rumliegt 
;-)

[Helmut S. (helmuts)]

Von LTC gibt es auch eine Menge stromparender Regler.
http://parametric.linear.com/Positive_Linear_Regulators_%28LDO%29#!1032_%3C=2.8!1033_%3E=3.5!1147_Adj|2.5!1013_50:150!1105_%3C=2.5!1034_%3E=2.5!vinmin_2.8!vinmax_3.5!vout_2.5!iout_50

[Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec)]

Nachtrag: Ein Kondensator von 1nF, über den oberen 
Spannungsteilerwiderstand (330kOhm) geschaltet, verbessert das 
dynamische Verhalten bei Strömen über 10mA deutlich.

[Arno H. (arno_h)]

2-28V Input, 5µA Eigenverbrauch:
http://www.torex.co.jp/english/products/voltage_regulators/data/XC6216_XE6216.pdf

Arno