Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stabile Spannung unter 5V, temperaturunabhängig zwischen 15°C und 60°C


von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Ich benötige eine Spannung zwischen 4,5 und 5V bei max. 50mA. Als 
Spannungsversorgung dient der USB-Anschluss eines Rechners. Die Spannung 
sollte jedoch möglichst temperaturunabhängig sein im Bereich zwischen 
15°C und 60°C. Abweichungen um 150ppm sind in diesem Bereich ok.

Was ist die einfachste Lösung? Spannungsregler? Falls ja, welcher?

von Michael A. (Gast)


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Maxim S. schrieb:
> Spannungsregler? Falls ja, welcher?

Erstmal wirst du einen DCDC-Wandler benötigen, der die Spannung so weit 
hoch setzt, dass bei dem für USB Spezifizierten Spannungsbereich von 
4..5.25V genügend Reserve für die Regelung vorhanden ist.

Was heißt
> möglichst temperaturunabhängig

Die Spannung hängt bei Halbleitern immer von der Temperatur ab, mal 
mehr und mal weniger.

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Michael A. schrieb:
> Maxim S. schrieb:
>> Spannungsregler? Falls ja, welcher?
>
> Erstmal wirst du einen DCDC-Wandler benötigen, der die Spannung so weit
> hoch setzt, dass bei dem für USB Spezifizierten Spannungsbereich von
> 4..5.25V genügend Reserve für die Regelung vorhanden ist.

Ich habe nicht mitbedacht, dass die USB-Spannungsversorgung bis auf 4 V 
runter gehen darf (nach einem passiven Hub, worst case).

> Was heißt
>> möglichst temperaturunabhängig
>
> Die Spannung hängt bei Halbleitern immer von der Temperatur ab, mal
> mehr und mal weniger.

Ich habe ja geschrieben, dass eine Abweichung von 150ppm im Bereich 
15°-60°C ok ist.

Zur Not könnte ich eine 9V-Batterien verbauen. Dann wären auch 
5V-Spannungsregler möglich. In dem Fall hieße die Frage: Welcher 
5V-Spannungsregler hat eine hohe Temperaturstabilität?

von Michael A. (Gast)


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Maxim S. schrieb:
> Ich habe ja geschrieben, dass eine Abweichung von 150ppm im Bereich
> 15°-60°C ok ist.

Wenn man mal davon ausgeht, dass die Nennspannung bei 25° angegeben ist, 
würde das eine ("mittlere") Stabilität von besser als 5 ppm/°C bedeuten.
Selbst bei ausgewiesenen Präzisionsreferenzspannungsquellen werden 50 
ppm/°C schon als "Low temperature coefficient" bezeichnet.

Normale Spannungsregler, wie z.B. µA78L05 von TI liegen, allerdings über 
den Gesamttemperaturbereich 0..125°C) eher bei Fehlern von 20000 ppm.

von Harald W. (wilhelms)


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Maxim S. schrieb:

> In dem Fall hieße die Frage: Welcher
> 5V-Spannungsregler hat eine hohe Temperaturstabilität?

Z.B. ein mit dem TL431 "gedopter" LM317.
Schaltung steht im Datenblatt des TL431.
Gruss
Harald

von Michael A. (Gast)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Z.B. ein mit dem TL431 "gedopter" LM317.

Beim TL431 weicht doch die VRef über den Temperaturbereich -25..+85°C 
schon um 17mV ab. Das sind 6800ppm. Kompensiert sich das mit dem TK des 
LM317 oder wie soll man damit auf 150ppm kommen?

von Michael A. (Gast)


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Michael A. schrieb:
> um 17mV ab

es muss natürlich heißen "um bis zu 17mV". Mit Selektion findet man dann 
vielleicht einen mit 4,5 mV (1800ppm) oder etwas besser

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Sorry, ich sollte mir angewöhnen exaktere Angaben zu machen. Abgesehen 
davon habe ich mich auch noch geirrt. Es sollten max. 0,15% auf den 
gesamten Bereich 15°C - 60°C sein. Das dürfte wohl schon eher machbar 
sein ... ;)

von MaWin (Gast)


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> Was ist die einfachste Lösung

Zu erkennen, da0 4-5V eine blöde Wahl sind, und 2.5V besser wären.

3ppm/K sind schon heftig, aber das wirkliche Problem ist der Strom.
LT1027 liefert nur 15mA, REF5050 nur 10mA.

Mit einem einzelnen Chip wird das also nichts werden, durch die 50mA 
würde der sich zu sehr aufheizen und die Temperaturstabilität wäre 
ruiniert.

Du kannst also entweder eine aufwändige Shcaltung bauen (OpAmp steuert 
Transistor vergleichen mit Referenz kompensiert auf die zu erwartende 
Last),

oder deine Anforderungen herunterschrauben und auf den Boden der 
Tatsachen zurückkommen statt im Wunsch-Wahn zu schweben.

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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MaWin schrieb:

> oder deine Anforderungen herunterschrauben und auf den Boden der
> Tatsachen zurückkommen statt im Wunsch-Wahn zu schweben.

siehe oben, 150ppm war ein Irrtum ...

Es sollen max 0,15% sein. Der LM 2574 N5 hat einen Drift von ca. 0,2% im 
Bereich 15°C-60°C. Zur Not würde dieser es auch tun. Dann brauche ich 
also zusätzlich einen DCDC-Stepup (z.B. MAX 1771 CPA)?

von MaWin (Gast)


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> siehe oben

Die hast du zur selben Zeit geschrieben, wie ich meine Antwort.

Hast du zumindest jetzt erkannt, daß 2.5V klüger wäre ?

von Timm T. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Mit einem einzelnen Chip wird das also nichts werden,

Dafür gibts den LT1010.

von MaWin (Gast)


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> Dafür gibts den LT1010.

Das ist auch ein zweiter Chip.
Mit einer Offsetspannung von 0.22V übrigens völlig am Ziel vorbei.

von Michael (Gast)


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Maxim S. schrieb:
> MaWin schrieb:
>
>> oder deine Anforderungen herunterschrauben und auf den Boden der
>> Tatsachen zurückkommen statt im Wunsch-Wahn zu schweben.
>
> siehe oben, 150ppm war ein Irrtum ...

Was soll das denn für ein Projekt werden für das eine solche 
Spannungsversorgung von Nöten ist? Entweder ein Wahnidee oder ein sehr 
sehr advanctes Projekt wie ein Multimeter oder ähnliches. Aber wofür 
dann die 50mA?

von Helmut S. (helmuts)


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0,15% = 1500ppm

1500ppm/45° = 33ppm/°C

Wenn du da noch zwei Widerstände(Spannungsteiler) eine Referenzquelle 
und Opamp brauchst, dann lässt sich das folgendermaßen realisieren.

Referenz +/-10ppm/°C

Widerstände mit +/-10ppm/°C

Der Opamp der da regelt sollte natürlich auch nur wenige uV/°C haben.

Alles machbar, aber es kostet halt.

von Hauspapa (Gast)


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Die Sache mit dem Opamp ist halt das Du keine nennenswerten kapazitiven 
Lasten anhängen kannst, sonst schwingt er.

Ein Beispiel: Als Präzisionsversorgung für einen IC mit 
Stützkondensatoren ist solch eine Konstrution häufig ungeeignet.

Was für eine Last Du anhängen willst musst Du aber selbst Wissen.

Gute Nacht
Hauspapa

von Anja (Gast)


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Helmut S. schrieb:
> 1500ppm/45° = 33ppm/°C

Um mal zur ursprünglichen Frage zurückzukommen.
Die stabilsten Spannungsregler mit 50mA dürften immer noch der 
LP2950A/LP2951A oder der LM723 sein. Beide sind mit typisch 20ppm/K 
spezifiziert. (Worst case jedoch je nach Hersteller Faktor 5-10 
schlechter).
Der LM723 braucht noch zusätzlich einen präzisen Spannungsteiler sowie 
eine weit höhere Eingangsspannung.

-> ohne Selektion wird das nichts. Und Vorsicht: meine bei Reichelt 
billig gekauften LP2950A haben sich als wesentlich schlechtere mit 2% 
Anfangstoleranz eines Billig-Herstellers herausgestellt.

Bei 50mA Last ist die Selbsterwärmung des Reglers nicht zu 
vernachlässigen. Eventuell braucht man auch eine Vorstabilisierung der 
Eingangsspannung (sofern durch den Schaltregler nicht gegeben) damit die 
Selbsterwärmung gleichmäßig bleibt.

MaWin schrieb:
> Mit einer Offsetspannung von 0.22V übrigens völlig am Ziel vorbei.
Richtig: da braucht man zusätzlich noch einen OP der die Offsetspannung 
ausregelt. Wie z.B. in AN86 von LT beschrieben.

Gruß Anja

von Falk B. (falk)


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Alles schon und gut, aber ohne ausreichende Kenntnis der 
Aufgabenstellung ist das alles recht sinnlos. Siehe Netiquette.

von Maxim (maxim) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

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Falk Brunner schrieb:
> Alles schon und gut, aber ohne ausreichende Kenntnis der
> Aufgabenstellung ist das alles recht sinnlos. Siehe Netiquette.

Ich werde mich in Zukunft bemühen mein Anliegen besser zu formulieren.

Jedenfalls habe ich mich nun für den LP2950 entschieden. Danke für den 
Tipp an Anja. Der LP2950 beich Reichelt scheint wirklich von keinem 
namhaften Hersteller zu kommen, weil nicht in der Beschreibung erwähnt 
(während beim LP2951A national semiconductor eingetragen ist). Die 
Serienstreuung ist für meinen Zweck jedoch unwichtig.

Quelle der Grafik: Texas Instruments LP2950 datasheet

Vielen Dank für die rege Beteiligung an alle!

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