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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 30V PWM-Signal mit 3V Knopfzelle


Autor: John war's (Gast)
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Hallo Community,

für mein batteriebetriebenes (CR2032, 3V) Sensormodul suche ich nach 
einer Möglichkeit, eine winzige Kapazität (pF bis einstelliger nF 
Bereich) effizient (ultra-low power, möglichst < 1mA Ruhestrom) mit 
scharfen/steilen Rechtecksignalen (500 kHz bis 1 MHz sowie 25%, 50% und 
75% duty cycle) zu laden und zu entladen. Dabei soll die Amplitude 
einstellbar sein und maximal 20 V (besser 30 V) betragen. Entsprechend 
der kleinen Kapazität fließen keine hohen Ladeströme/Verschiebungsströme 
(pA Bereich). Das PWM-Signal wird von einem Mikrocontroller (MSP430) 
generiert.

Sowohl ein paar Piezo-Treiber als auch Boost-Konverter sind mir bekannt. 
Beide Lösungen konsumieren jedoch relativ hohe Ruheströme, sind für 
höhere Ausgangsströme konzipiert und mit Piezo-Treibern sind außerdem 
nur geringe Frequenzen (im Hz Bereich) möglich.

Ist euch vielleicht eine Lösung meines Problems bekannt? :)

Besten Dank!
John war's

Autor: Joe F. (easylife)
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Du sucht also einen Gate Treiber für einen N-Ch Mosfet?

Autor: Erich (Gast)
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> Entsprechend der kleinen Kapazität fließen keine hohen Ladeströme

Ach.
Ich glaub dir fehlen noch viele Grundlagen.

Beschäftige dich mit einfacherem!

Gruss

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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John war's schrieb:
> mit scharfen/steilen Rechtecksignalen
Wie "steil"?
Denn erst mit dieser Angabe lässt sich die nötige Impedanz der Quelle 
ausrechnen.

> suche ich nach einer Möglichkeit, eine winzige Kapazität ... mit PWM ...
> zu laden und zu entladen.
Soll das PWM-Signal dauernd anliegen?

Autor: Der Andere (Gast)
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Zum Entladen nimmt man normalerweise einen Widerstand. Gerne über einen 
kleinen Mosfet geschaltet.

Autor: John war's (Gast)
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Hallo und Danke für die schnellen Antworten!

Joe F. schrieb:
> Du sucht also einen Gate Treiber für einen N-Ch Mosfet?
Bei vorhandener Spannungsquelle von 30 V ist mir klar, wie ich mit einem 
N-Kanal MOSFET diese Spannung schalte bzw. die Kapazität lade/entlade. 
Die Generierung der 30 V bei hoher Effizienz stellt das eigentliche 
Problem dar!

Lothar M. schrieb:
> John war's schrieb:
> Wie "steil"?
> Denn erst mit dieser Angabe lässt sich die nötige Impedanz der Quelle
> ausrechnen.
Momentan arbeite ich mit einem Funktionsgenerator, diese 
Flankensteilheit bzw. geringe Ausgangsimpedanz wird jedoch so extrem 
nicht benötigt. Ich denke mit einer Slew Rate von mindestens 40 bzw. 
60V/µs müsste ich vorerst auskommen.

Lothar M. schrieb:
> Soll das PWM-Signal dauernd anliegen?
Leider nein, die duty cycles unterscheiden sich stark von Puls zu Puls. 
Aber eine Reihe von Pulsen wird als Burst aus 12 Pulsen generiert. Also 
beispielsweise 50-50-50-25-75-25-75-25-25-75-75-25.

Erich schrieb:
> Ach.
> Ich glaub dir fehlen noch viele Grundlagen.
>
> Beschäftige dich mit einfacherem!
Danke für Deinen wertvollen Beitrag zu diesem Thema ...

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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John war's schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Soll das PWM-Signal dauernd anliegen?
> Leider nein, die duty cycles unterscheiden sich stark von Puls zu Puls.
> Aber eine Reihe von Pulsen wird als Burst aus 12 Pulsen generiert. Also
> beispielsweise 50-50-50-25-75-25-75-25-25-75-75-25.
Und wie lange ist Pause zwischen diesen Bursts?
Oder andersrum: wie lange muss das PWM-Signal pro Stunde/Minute/Sekunde 
erzeugt werden (dabei ist es prinzipiell egal, welches Tastverhältnis 
das PWM-Signal hat)?

Autor: Michael B. (laberkopp)
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John war's schrieb:
> eine winzige Kapazität (pF bis einstelliger nF Bereich) effizient
> (ultra-low power, möglichst < 1mA Ruhestrom) mit scharfen/steilen
> Rechtecksignalen (500 kHz bis 1 MHz sowie 25%, 50% und 75% duty
> cycle) zu laden und zu entladen. Dabei soll die Amplitude
> einstellbar sein und maximal 20 V (besser 30 V) betragen.

> Entsprechend der kleinen Kapazität fließen keine hohen
> Ladeströme/Verschiebungsströme (pA Bereich).

Echt, ausgerechnet ?

Also ich bekomme bei 1MHz (490ns Puls, 10ns Anstiegszeit) an 30V für 1nF 
immerhin 600mArms heraus, aber vielleicht gilt bei dir eine andere 
Physik.

Wenn die Kurvenform eghal wäre und die Spannung auch, dann würde ich 
eine Class-C Ausgangsstufe mit den 3V einen Schwingkreis anstossen 
lassen, also parallel eine Spule bauen und bei Güte 10 bekommt man eben 
30V.

Da du aber so viel Wert auf Kurvenform, duty-cycle und Spannung legst, 
bleibt wohl nur die Erzeugung einer Hilfsspannung per step up 
schaltregler auf 20 bis 30V und dann die PWM per Vollbrücke.

Autor: batman (Gast)
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John war's schrieb:
> Entsprechend
> der kleinen Kapazität fließen keine hohen Ladeströme/Verschiebungsströme
> (pA Bereich).

Gerechnet oder gehofft? Bei 1MHz*1nF würde ich der Knoppzelle kein 
langes Leben prophezeien.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Michael B. schrieb:
> Also ich bekomme bei 1MHz (490ns Puls, 10ns Anstiegszeit) an 30V für 1nF
> immerhin 600mArms heraus
Ich auch, deshalb frage ich so penetrant nach der Einschaltdauer...

John war's schrieb:
> Ich denke mit einer Slew Rate von mindestens 40 bzw. 60V/µs müsste ich
> vorerst auskommen.
Reicht dir also ein Dreiecksignal aus? Denn wenn die PWM-Frequenz 1µs 
ist, sich die steigende und die fallende Flanke aber schon zu mindestens 
1,6µs aufaddieren, wirst du niemals 30V erreichen...

Autor: Erich (Gast)
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John war's schrieb:
>> Beschäftige dich mit einfacherem!
> Danke für Deinen wertvollen Beitrag zu diesem Thema ...

Gerne ergänze ich meinen o.a. wertvollen Beitrag noch:

Eine CR2032 hat bei Entnahmestrom von 1 mA weniger als 200 mAh 
entnehmbare Kapazität.
http://www.cr2032.co/cms/prodimages/panasonic_cr2032_datasheet.pdf

Die entnommene Leistung ist dann ca. 3 mW.

Könnte man das mit 66% in deine Ausgangsspannung bringen, verbleiben 2 
mW.

Mit 2 mW kannst du in 1 Microsekunde einen Kondensator von Null auf 30 
Volt aufladen, der 4,4 pF hat.

Viel Spaß!

Autor: hinz (Gast)
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Erich schrieb:
> Eine CR2032 hat bei Entnahmestrom von 1 mA weniger als 200 mAh
> entnehmbare Kapazität.

Die besonderen Experten schalten sowas wie Conrad 370556 parallel.


CNR

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Erich (Gast)
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hinz schrieb:
> Die besonderen Experten schalten sowas wie Conrad 370556 parallel.

Aha.
Und wie vervielfacht sich dann die entnehmbare mittlere Leistung von 3 
mW ?

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Der Andere (Gast)
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hinz schrieb:
> Die besonderen Experten schalten sowas wie Conrad 370556 parallel

Aber bitte nicht das Anschlusset mit 16mm² vergessen.
:-)

Autor: hinz (Gast)
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Erich schrieb:
> hinz schrieb:
>> Die besonderen Experten schalten sowas wie Conrad 370556 parallel.
>
> Aha.
> Und wie vervielfacht sich dann die entnehmbare mittlere Leistung von 3
> mW ?

Durch Glauben selbstverständlich.

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