Hallo Leute! ;) In einem Projekt möchte ich einige Messgrößen mit einer Schaltung aus Impedanzwandlern und einem resistiven Spannungsteiler vom Bereich -10...+10V in den Spannungsbereich 0 ... 3.3V bringen, um einen entsprechenden ADC nutzen zu können. Ich würde den Teil zwischen Ausgangs-Impedanzwandler und ADC-Eingang gerne mit zwei Dioden nach GND und 3.3V absichern, um den ADC nicht zu grillen. Mein Problem: Ich brauche eine zusätzliche Versorgungsspannung, da ich auf dem Board mit meiner kleinen Schaltung nur einen DC-DC-Konverter habe, der mir die +/-15V zur Spannungsversorgung der OPs gibt. Wenn ich für die Umwandlung +15V -> +3.3V einen linearen Spannungsregler (LDO) nehmen würde, hätte ich ein Problem wenn die Sicherheits-Diode die Überspannung nach 3.3V ableiten will: Soweit ich im Internet gelesen habe, können LDOs keinen Strom "absorbieren" (only source, no sink). Bleibt mir nichts anderes übrig als einen zweiten DC-DC-Konverter IC für 15/20V -> 3.3V zu kaufen? Generelle Frage meinerseits: Sind alle erwerbbaren DC-DC-Konverter fähig, positive als auch negative Ausgangsströme zu stellen? Oder muss man auch hier aufpassen? Viele Grüße!
Diese bzw. eine ähnliche Frage habe ich mir neulich auch gestellt. Ich hab dann ein bisschen nachgedacht und denke ja dass Folgendes passiert: Wenn die Spannung an der Diode sagen wir 3V ist und das 3.3V-Rail auf null, fließt halt Strom durch die Diode. Der wird aber vermutlich, sobald die Spannung auf dem 3.3V-Rail auf mehr als ein paar hundert mV steigt, ganz normal von der Schaltung "verbraucht". Falls genug Strom durch die Diode fließt, wird das Board einfach angehen ... dem ADC passiert in keinem Fall was (wenn du eine Schottky-Diode nimmst), weil die Spannung am Pin nie mehr als ein paar hundert mV höher ist als VCC. Eine gute Schutzmaßnahme ist aber sicherlich auch ein Serienwiderstand vor der Diode (also Serienwiderstand an den Signaleingang, und das andere Ende vom Widerstand sowohl an die Schutzdioden als auch an den Eingang vom ADC), damit kannst du den Strom im Fehlerfall leicht auf wenige mA limitieren und dann passiert eh nichts.
Armin L. schrieb: > Sind alle erwerbbaren DC-DC-Konverter > fähig, positive als auch negative Ausgangsströme zu stellen? Nein. Offensichtliches Gegenbeispiel ist SEPIC mit Diode in Flussrichtung: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:SEPIC_Schaltung.svg P.S.: Die Übersicht der möglichen Grundschaltungen bei Wikipedia ist gar nicht schlecht. https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler > hätte ich ein Problem wenn die Sicherheits-Diode die > Überspannung nach 3.3V ableiten will Du musst nur dafür sorgen, dass die 3,3V Rail den durch die Diode gelieferten Strom vollständig aufnehmen kann. Der muss nicht zwangsläufig in den Spannungsregler (Linear-, LDO- oder DCDC- Regler) zurück. Also erst einmal Strom durch die Schutzdiode direkt am Ausgang des Impedanzwandlers sinnvoll begrenzen mit einem 6,8kOhm Widerstand in Reihe. Damit fließen nur noch max. 2,2mA in die VCC Rail oder in die GND Rail bei +/-15V Einspeisung durch den Impedanzwandler im Fehlerfall. Diese 2,2mA muss deine Schaltung jetzt mindestens "verbrauchen". Falls dein ADC das nicht schafft, schalte ein Widerstand von VCC nach GND der 2,2mA oder mehr fließen lässt. 1,2kOhm wäre der nächste passende aus einer E-Reihe.
Wieviel Strom müsste denn ein LDO liefern? Manche Referenzspannungsquellen können 10 bis 15mA liefern und aufnehmen. Ein Shunt-Regler mit dem TL431 kann (kurzzeitig) bis zu 100mA aufnehmen. Wenn die Stromaufnahme der Schaltung nicht zu sehr schwankt, wird der Wirkungsgrad auch kaum schlechter als mit einem LDO (die 15V sind ja schon geregelt).
Bauform B. schrieb: > Wieviel Strom müsste denn ein LDO liefern? Manche > Referenzspannungsquellen können 10 bis 15mA liefern und aufnehmen. > > Ein Shunt-Regler mit dem TL431 kann (kurzzeitig) bis zu 100mA aufnehmen. > Wenn die Stromaufnahme der Schaltung nicht zu sehr schwankt, wird der > Wirkungsgrad auch kaum schlechter als mit einem LDO (die 15V sind ja > schon geregelt). Ich habe jetzt im Internet einen LDO mit verstellbarer Ausgangsspannung gefunden, der sogar 800 mA aufnehmen kann: LT1118. Ich denke, das müsste dicke reichen. void schrieb: > Armin L. schrieb: >> Sind alle erwerbbaren DC-DC-Konverter >> fähig, positive als auch negative Ausgangsströme zu stellen? > > Nein. Offensichtliches Gegenbeispiel ist SEPIC mit Diode in > Flussrichtung: > https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:SEPIC_Schaltung.svg > P.S.: Die Übersicht der möglichen Grundschaltungen bei Wikipedia ist gar > nicht schlecht. https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler > >> hätte ich ein Problem wenn die Sicherheits-Diode die >> Überspannung nach 3.3V ableiten will > > Du musst nur dafür sorgen, dass die 3,3V Rail den durch die Diode > gelieferten Strom vollständig aufnehmen kann. Der muss nicht > zwangsläufig in den Spannungsregler (Linear-, LDO- oder DCDC- Regler) > zurück. > Also erst einmal Strom durch die Schutzdiode direkt am Ausgang des > Impedanzwandlers sinnvoll begrenzen mit einem 6,8kOhm Widerstand in > Reihe. Damit fließen nur noch max. 2,2mA in die VCC Rail oder in die GND > Rail bei +/-15V Einspeisung durch den Impedanzwandler im Fehlerfall. > Diese 2,2mA muss deine Schaltung jetzt mindestens "verbrauchen". Falls > dein ADC das nicht schafft, schalte ein Widerstand von VCC nach GND der > 2,2mA oder mehr fließen lässt. 1,2kOhm wäre der nächste passende aus > einer E-Reihe. Der von dir angesprochene Reihenwiderstand (6,8 kOhm) am Ausgang des Impedanzwandlers macht zur Strombegrenzung Sinn, aber würde ich mir damit nicht die Bandbreite des ADC verringern (ich baue dann ja quasi einen Tiefpass). Ich hätte jetzt ganz naiv auf einen Reihenwiderstand verzichtet, denn solange geeignete Bauteile (Dioden) auswähle, die 70 mA aushalten, geht die Ausgangsspannung des Impedanzwandlers ab da sowieso in die Knie. PS: Ich habe im Internet den Schaltplan meines verwendeten ADC-Boards gefunden. Da sind schon Schutzdioden und ein Reihenwiderstand von 10 kOhm an den Eingängen (A0, A1) verbaut: https://reference.digilentinc.com/_media/reference/pmod/pmodad1/pmodad1_sch.pdf Allerdings kommt die 3.3V Versorgung dort von einem Development-Board mit FPGA und ARM CPU. Da wollte ich lieber so wenig Strom wie möglich versenken. Welchen Reihenwiderstands-Wert findet ihr vertretbar, ohne die Bandbreite des ADCs unnötig zu reduzieren?
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Armin L. schrieb: > Ich hätte jetzt ganz naiv auf einen Reihenwiderstand > verzichtet, denn solange geeignete Bauteile (Dioden) auswähle, die 70 mA > aushalten, geht die Ausgangsspannung des Impedanzwandlers ab da sowieso > in die Knie. Ja, kann man machen. Da du deine Quelle kennst und die bei 70 mA in die Knie geht ist das Möglich. Die 70 mA müssen dann nur auch von deinen VCC und GND- Rails aufgenommen werden. Aber da du sagst der LT1118 kann das ist das kein Problem. > PS: Ich habe im Internet den Schaltplan meines verwendeten ADC-Boards > gefunden. Da sind schon Schutzdioden und ein Reihenwiderstand von 10 > kOhm an den Eingängen (A0, A1) verbaut: > https://reference.digilentinc.com/_media/reference/pmod/pmodad1/pmodad1_sch.pdf Jedoch passt dein Schaltplan nicht zu deiner Erklärung. Die Schutzdioden sind vor dem Eingang des OPV und nicht hinter dem Ausgang des OPV wie du im Eingangsposting angenommen hast. Das ändert zwei Dinge: 1) Die Schaltung ist weiterhin gegen +/-15V Eingangsspannung geschützt, nicht aber gegen Defekt/Schaltungsfehler des OPV welche zu +/-15V an dessen Ausgang führen. - Das ist aber auch okay so. 2) Der Einfluss des Widerstandes vor den Schutzdioden wird noch geringer auf Grund der hohen Eingangsimpedanz des OPV (im Vergleich zu einem ADC Eingang). Praktisch hat der OPV AD8606 [1] im schlimmsten Fall bei 10kOhm Vorwiderstand wie in deiner Schaltung bei 50 pA input bias current (@+85°C) einen Fehleingangsspannung von 0,5 µV (=10kOhm * 50pA). - Das liegt noch weit unterhalb des Offset-Fehlers von 65 μV den der OPV ohnehin mit sich bringt. Da musst du dir schon fast Gedanken machen um den Fehler durch die Leckströme in den Schutzdioden. [1] http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8605_8606_8608.pdf > Welchen Reihenwiderstands-Wert findet ihr vertretbar, ohne die > Bandbreite des ADCs unnötig zu reduzieren? 10kOhm finde ich in dem Fall total okay. Wenn du es genau wissen willst musst du den RC-Filter aus Reihenwiderstand und parasitären Kapazitäten der Schutzdioden und OPV Eingänge berechnen. In dem Fall solltest du aber auch den Rest deiner OPV Schaltung genau betrachten. Am besten am lebenden Objekt. Nimm das Board packe vorne einen Sinus mit Amplitude VCC bis GND und einer Frequenz von 0,2 bis 10 MHz drauf und messe was am ADC Eingang ankommt.
Von welchen Frequenzen reden wir hier? Die parasitäre Diodenkapazität mit der ADC-Eingangsimpedanz reduziert vermutlich die Bandbreite deutlich stärker als zusätzlich 6k8 in Reihe. Aber wenn du nicht im GHz-Bereich misst oder auf 0.1% Gain Flatness aus bist, ist eh beides egal ...
Sven B. schrieb: > Von welchen Frequenzen reden wir hier? Schnarchlangsame 1 MSPS des ADC. Sonst hätte Digilent für das Board auch kein OPV mit 10 MHz unity gain genommen...
Armin L. schrieb: > Generelle Frage meinerseits: Sind alle erwerbbaren DC-DC-Konverter > fähig, positive als auch negative Ausgangsströme zu stellen? Nein, nicht alle. Armin L. schrieb: > In einem Projekt möchte ich einige Messgrößen mit einer Schaltung aus > Impedanzwandlern und einem resistiven Spannungsteiler vom Bereich > -10...+10V in den Spannungsbereich 0 ... 3.3V bringen, um einen > entsprechenden ADC nutzen zu können. Ich würde den Teil zwischen > Ausgangs-Impedanzwandler und ADC-Eingang gerne mit zwei Dioden nach GND > und 3.3V absichern, um den ADC nicht zu grillen. Du würdest sie erst grillen, wenn vor den Spannungsteilers mehr als +10V bzw. -10V anliegen. Warum nicht diese gegen 15V leiten ? Der Spannungsteiler selbst begrenzt dann den Strom auf Werte die kleiner sind als das was der ADC erlaubt (2mA).
Wenn man den Fehlerstrom auf der Vcc Schiene nicht abgeleitet kriegt, könnte man auch andere Schutzmaßnahmen als die übliche Klemmdiode vorsehen. Eine simple Z-Diode geht auch und leitet den Strom direkt nach GND ab, statt über Vcc. Oder man setzt die Z-Diode zwischen Vcc und GND. Dann machen die Klemmdioden ihren Job und die Z-Diode begrenzt den Anstieg der Versorgungsspannung im Fall des Falles. Andererseits halte ich die ganze Diskussion für akademisch. Über die Klemmdioden dürfen regelmäßig nur homöopathische Ströme geleitet werden, was entsprechende Vorwiderstände zur Strombegrenzung erzwingt. Einen Stromverbrauch von 1 bis 2mA auf Vcc sollte man in den meisten Schaltungen auch haben. Wo ist also das Problem?
void schrieb: > Jedoch passt dein Schaltplan nicht zu deiner Erklärung. > Die Schutzdioden sind vor dem Eingang des OPV und nicht hinter dem > Ausgang des OPV wie du im Eingangsposting angenommen hast. Ich sollte noch etwas klarstellen: Der verlinkte Schaltplan stellt das ADC-Board dar, das ich nutzen möchte und ist NICHT die von mir eingangs beschriebene Schaltung: Die im Eingangspost beschriebene Schaltung zur Spannungs-Skalierung mache ich selbst und die kommt an den Eingang des ADC-Boards. Meine Schaltung wird von einer externen Quelle getrieben, nicht von dem Vcc das man auf dem Schaltplan sieht. Dieses Vcc wird nämlich von einem FPGA-Board (ZedBoard Zynq-7000) bereitgestellt, an das das ADC-Board angeschlossen wird (also insgesamt 3 Boards hintereinander: meins, das ADC-Board und das ZedBoard). Ich hatte vorher Bedenken, eine mögliche Überspannung auf die Versorgungsspannung des ZedBoards umzuleiten, das ist nämlich ziemlich teuer. Aber jetzt habe ich im Schaltplan gesehen, dass Digilent bereits einen Reihenwiderstand von 10 kOhm eingebaut hat, d.h. dass weniger als 1,5 mA fließen dürften. Kann ich unter diesen Umständen meine Diodenbrücke (vor den Eingängen A0, A1) weglassen? Direkt dahinter befindet sich schon eine und diese ist durch 10 kOhm strombegrenzt. Wie gesagt, es geht mir darum, dass das teure ZedBoard bloß keinen Schaden nimmt.
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Axel S. schrieb: > Wenn man den Fehlerstrom auf der Vcc Schiene nicht abgeleitet > kriegt, > könnte man auch andere Schutzmaßnahmen als die übliche Klemmdiode > vorsehen. Eine simple Z-Diode geht auch und leitet den Strom direkt nach > GND ab, statt über Vcc. Oder man setzt die Z-Diode zwischen Vcc und GND. > Dann machen die Klemmdioden ihren Job und die Z-Diode begrenzt den > Anstieg der Versorgungsspannung im Fall des Falles. Eine Z-Diode war sogar das erste was mir in den Sinn kam. Allerdings haben alle Z-Dioden, die ich z.B. bei Digikey für 3,3V-Schutz gefunden habe, keinen scharfen Übergang in den leitenden Bereich. Die zogen alle schon im Nennspannungsbereich meiner Schaltung (gegen 3,3V) etliche mA an Strom. Aber wenn ich den oben genannten Reihenwiderstand sowieso an den Ausgang des Impedanzwandlers schalte (ich glaube ich nehme eher etwas in die Richtung 2 kOhm), dann macht deine Lösung wieder mehr Sinn als sich eine zusätzliche 3,3V-Rail in die Schaltung zu setzen. Also was meint ihr: Z-Diode mit Widerstand am Impedanzwandler-Ausgang? Oder sollte ich mir die paar Cent an Bauteilen sparen, wenn Digilent sowieso einen Reihenwiderstand und eine Diodenbrücke an den Eingang des ADC-Boards geschaltet hat (siehe mein Beitrag direkt vorher)?
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