Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie Existenz kleiner negative Spannung (unterhalb forward-voltage) per LED signalisieren?


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von knoppers (Gast)


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Hallo!

Ich wuerde gerne eine Schaltung mit asymmetrischer, bipolar 
Stromversorgung (+4.2V  GND  -1.3V) um LED Indikatoren erweitern, die 
anzeigen, dass die jeweiligen Spannungen anliegen.

Fuer den positiven Zweig ist das ja einfach: LED Farbe auswaehlen, +4.2V 
- forwardvoltage zur Berechnung des Vorwiderstandes heranziehen (so 
dass, sollte V+ deutlich unter 4.2V sein, dies an der Helligkeit 
sichtbar waere; nichts genaues gefragt), LED mit Widerstand zwischen V+ 
und GND klemmen, fertig.

Gibt es moeglichst simple Variante, dies auch fuer V- zu realiseren? Die 
-1.2V reichen ja nicht einmal fuer rote LED aus, um sie einfach mit 
entsprechendem Vorwiderstand zum Leuchten zu bringen.

Ich dachte erst daran, ein/mehrere extra (Zener?)-Dioden zu nutzen, so 
dass ohne V- (V- = GND) die forward-voltage zwischen V- und V+ nicht 
ueberwunden wird, aber bei Vorhandensein (V- = -1.2V) schon? Aber es 
scheint, dass bei geringem Stromfluss der Voltagedrop der Dioden nicht 
so fix ist wie noetig. Vielleicht besser irgendeine 
Bais-Transistorschaltung, mit moeglichst wenig extra-Bauteilen?

Es waere in Ordnung, wenn der V- Indikator lediglich bei Vorhandensein 
von V+ funktioniert. Also, der Fall "nur V-" muss nicht abgedeckt sein!

Besten Dank fuer jeden Vorschlag!

von hinz (Gast)


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knoppers schrieb:
> Gibt es moeglichst simple Variante, dies auch fuer V- zu realiseren?

Nimm einen Schaltregler wie er in den billigen Solarlaternen verbaut 
ist.

von the_yrr (Gast)


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nimm eine Solarlampe für 1€ aus dem Baumarkt, da musst nur die 
Solarzelle ab und statt Batterie deine Spannung dran, auf richtige 
Polarität achten, da wird ein YX8018 oder ähnlich drin sein, mit der 
Induktivität kannst du den Strom verändern, siehe hier:
https://ez.analog.com/university-program/b/blogs/posts/hacking-an-led-solar-garden-light

eventuell led verändern, aber für 1€ plus eine LED (optional wenns nicht 
weiß sein soll) bekommst du sonst wenig

von Manfred (Gast)


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knoppers schrieb:
> Die -1.2V reichen ja nicht einmal fuer rote LED aus

Sie reichen für einen Transistor, der die LED dann gegen die andere 
Spannung einschaltet - so diese denn zuverlässig verfügbar ist.

Ansonsten frage die Suchmaschine Deiner Wahl nach "joule thief", es gibt 
viele Bauvorschläge, sogar eine weiße LED an fast leerer Batterie zu 
betreiben.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Kathode der LED an -1.x V; Anode der LED an einen geeignet 
dimensionierten Spannungsteiler zwischen 0V und +4.2V.

Gruss
WK

von Dieter (Gast)


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Oder suche nach der ewige Blinker, wenn die Stromaufnahme klein sein 
muss.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

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Bei beigefügte Schaltung ist recht unabhängig von der Höhe der positiven 
Spannungsversorgung und schaltet die LED langsam ab ca. -0,7 V ein. 
Falls sie erst etwas später eingeschaltet werden soll, kann noch eine 
Schottkydiode in Serie zu R1 geschaltet werden.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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knoppers schrieb:
> Ich wuerde gerne eine Schaltung mit asymmetrischer, bipolar
> Stromversorgung (+4.2V  GND  -1.3V) um LED Indikatoren erweitern, die
> anzeigen, dass die jeweiligen Spannungen anliegen.
>
> Fuer den positiven Zweig ist das ja einfach: LED Farbe auswaehlen, +4.2V
> - forwardvoltage zur Berechnung des Vorwiderstandes heranziehen (so
> dass, sollte V+ deutlich unter 4.2V sein, dies an der Helligkeit
> sichtbar waere; nichts genaues gefragt), LED mit Widerstand zwischen V+
> und GND klemmen, fertig.
>
> Gibt es moeglichst simple Variante, dies auch fuer V- zu realiseren?

Da die Differenz zwiaschen V+ und V- 5.5V beträgt, kann man leicht LEDs 
zum Leuchten bringen.

Die Idee, daß bei 4.2V eine LED mit einem kleinen Vorwiderstand schon 
irgendwie leuchtet, ist dumm. Die Vorwärtsspannung einer LED schwankt 
viel zu sehr. Man benutzt besser eine eindeutige Schaltgrenze. Das kann 
man mit einem Unterspannungssensor bauen, der oberhalb einer bestimmten 
Spannung einschaltet, beim TLV431 einstellbar ab 1.24V.
1
+4.2V -----------+
2
             LED | LED (rot und grün 10mA, oder anpassen)
3
           +-|<|-+-|>|-+
4
           |     |     |
5
          220R  17k   90R
6
           |     |     |
7
      +--TLV431  +--TLV431
8
      |    |     |     |
9
     1k    |    25k    |
10
      |    |     |     |
11
GND --+----(-----+-----+        
12
           |
13
-1.3V -----+

: Bearbeitet durch User
von knoppers (Gast)


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Wow, die Idee mit dem Spannungsteiler klingt ja derart simpel, dass ich 
da nicht drauf gekommen bin...

Das werde ich mal ausprobieren, wenn ich da mit ausreichend kleinem 
Stromfluss (2, 3 mA oder so) eine ausreichende Helligkeit bekomme, und 
das außerdem mit dem 'Arbeitspunkt' so klappt dass die LED einmal sicher 
leuchtet und einmal nicht, das wäre ja das allereinfachste. Ist keine 
batteriebetriebene Anwendung, ein etwas niederohmigerer Spannungsteiler 
wäre prinzipiell kein Problem.

Manfred schrieb:
> Sie reichen für einen Transistor, der die LED dann gegen die andere
> Spannung einschaltet

Ja, ganz allgemein klingt das top. Mit den Details hapert es ein 
bisschen, wie das genau dimensiort werde müsste... was fließt wohin, 
wenn nur V- aber kein V+ vorhanden ist oder andersrum, npn/pnp, 
basis/emitterschaltung,...

Aber wenns nix hilft, und die Spannungsteiler Idee sich als doch nicht 
so klasse rausstellt, werde ich auch in die transistor Idee mal 
versuchen, etwas hirnschmalz hineinzustecken!

Um Hochfrequente Stepupwandler wollte ich wenn möglich einen Bogen drum 
machen (empfindliche analogschaltung, die bipolare Stromversorgung ist 
ja nicht zum Spaß dort), der joule thief ist diesbezüglich vielleicht 
auch nicht ganz ideal.

Vielen Dank schonmal für die Vorschläge!

von knoppers (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Man benutzt besser eine eindeutige Schaltgrenze

Die Idee ist natürlich in der Tat viel besser. Ich überlege auch, das 
vielleicht wirklich zu machen!

Ich bin dabei, kleine Fehler einer ersten Prototyp Platine für eine 
zweite Bestellung auszubessern, und dachte Betriebs-LEDs auf dem 
verbleibenden freien quadratzentimetergroßen Flecken wären doch nett.

Das Problem, was ich sehe, ist: wenn ich erstmal anfange, Leiterbahnen 
wieder umzulegen oder Dinge zu verschieben, nur um jetzt dem tlv431 
gerecht zu werden, wird sich prompt der nächste Fehler einschleichen, 
den es wieder auszubessern gilt. Andererseits wären Dinge wie 
verpolschutz, überspannungsschutz etc. Natürlich auch toll.

Ich schau mal, was passt und sinn macht. Die Spannungsteiler Variante 
ist so simpel, dass ich das vielleicht für jetzt so implementieren 
werde, um in einer nächsten revision, Stromversorgung, Schutz, und 
Kontrolle mit unter/überspannungskomparator etc. Dann gleich vernünftig 
einzuplanen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Bei einem einfachen Spannungsteiler hängt die Schwelle für das 
Ansprechen der LED vorrangig von der positiven Versorgungsspannung ab. 
Bist Du denn wirklich sicher, dass die +4,2V immer stimmen? Das sieht 
nämlich verdächtig nach der Ladeschlussspannung eines 
Lithium-Polymer-Akkus aus. Im Normalbetrieb liegt diese aber in einem 
deutlich größeren Bereich.

Und welche Deiner Anforderungen erfüllt die Transistorschaltung nicht?

Die Helligkeit der LED hängt bei ihr fast gar nicht von der Höhe der 
positiven Versorgungsspannung ab. Sie kann sogar geringfügig niedriger 
sein als die Betriebsspannung der LED. Die Helligkeit hängt 
ausschließlich von der Höhe der negativen Spannung ab.

: Bearbeitet durch User
von knoppers (Gast)


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Andreas S. schrieb:
> Und welche Deiner Anforderungen erfüllt die Transistorschaltung nicht?

Keine, ich habe sie gestern tatsächlich nicht gesehen unterwegs, während 
ich die andere Antwort verfasst habe!

Exakt so werde ich das machen. Eine einzige Power-LED, die nur dann 
leuchtet, wenn beide Spannungen vorhanden sind, und vorrangig von der 
negativen Spannung abhängt (die tatsächlich viel kritischer ist).

Beide Spannungen werden mittels TPS5430 erzeugt, aber da von den beiden 
per Mehrgangpoti auf 1.25V und 4.25V eingestellten Spannungen die 1.25V 
doch sehr nahe am unteren Limit des TPS5430 (1.22V) liegen, ist das wohl 
mit Abstand die beste, und zudem auch noch super einfache Variante, auf 
die Schnelle und mit dem begrenzten verfügbaren Platz noch eine 
Indikator-LED zu implementieren.

Vielen Dank, Andreas S.!

von Marek N. (Gast)


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An einem Komparator mit 431 hatte ich auch gedacht.

von knoppers (Gast)


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Wollte mich noch einmal ganz kurz zurückmelden und mich für den 
Vorschlag von Andreas S. bedanken! Bin zwischenzeitlich dazu gekommen, 
die Idee mit aufs PCB zu übernehmen. Diese wurde mittlerweile auch 
gefertigt und geliefert, und der simple Versorgungsspannungsindikator 
mittels NPN Transistor funktioniert tadellos!

Leider kann man das nicht unbedingt vom Dual Step-Down Power Supply 
Board behaupten. Bin letztlich doch auf ein AC/AC Steckernetzteil und 
LM317/LM337 Kombi ausgewichen, ineffizient aber altbewährt. Kennt jemand 
diese Dual Supply Step-Down Module auf Basis zweier TPS5430 ( siehe 
https://www.aliexpress.com/item/30W-DC-DC-Step-Down-Dual-Power-Supply-Module-Adjustable-Voltage-Conversion-Board/32869342182.html 
) und weiss oder kann erahnen, warum die in der Konfiguration +16VDC 
Eingang, +4.0VDC und -1.5VDC Ausgang nach wenigen Minuten abrauchen? Ich 
hatte diese Situation bei insgesamt drei Modulen (die Amazon Händler wie 
KNACRO senden ja ohne Nachfrage innerhalb weniger Tage kostenlos 
Ersatz), bis ichs frustriert aufgegeben habe. Die Möglichkeit, aus einer 
positiven DC Eingangsspannung eine positive und eine negative zu 
generieren, scheint ja kein ganz und gar ungewöhnlicher Anwendungsfall 
eines Step-Down Konverters zu sein...

von Kitkat (Gast)


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knoppers schrieb:
> Kennt jemand
> diese Dual Supply Step-Down Module auf Basis zweier TPS5430 ( siehe
> 
https://www.aliexpress.com/item/30W-DC-DC-Step-Down-Dual-Power-Supply-Module-Adjustable-Voltage-Conversion-Board/32869342182.html
> ) und weiss oder kann erahnen, warum die in der Konfiguration +16VDC
> Eingang, +4.0VDC und -1.5VDC Ausgang nach wenigen Minuten abrauchen?

Weil deine Stromentnahme von 10A (die du nicht genannt hast :) für das 
Modul zu hoch ist, deshalb rauchen sie ab.

von Dieter (Gast)


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Das koente durchaus gefunden werden. Mach doch bitte mal eine Skizze 
Deiner Verschaltung des Modules und der Last.
Es muesten dann die Querspannungen gemessen werden.

von knoppers (Gast)


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Kitkat schrieb:
> Weil deine Stromentnahme von 10A (die du nicht genannt hast :) für das
> Modul zu hoch ist, deshalb rauchen sie ab.

Entschuldigt, die Angabe fehlte natürlich. Wird unerheblich sein, <100mA 
auf beiden Versorgungsseiten, es werden lediglich ein paar aktive Filter 
2 & 4 OpAmps, ein paar Status LEDs, und ein paar eher hochohmige 
Spannungsteiler fuer OffSet/Bias-Spannungen versorgt.

Nach dem ersten defekten Exemplar habe ich natürlich direkt vorsorglich 
einfach 2x 220 Ohm Rs statt der echten Last zwischen V+ und GND und V- 
und GND geklemmt. Ist trotzem zwei weitere Male passiert. Scheint kein 
DeathOnArrival, aber ein DeathShortlyAfterArrival zu sein. Im Nachhinein 
finde ich auch wirklich so gut wie keine "echten" Rezensionen zu diesen 
Dual Supply Modulen mit zwei TSP5430, scheint entweder eher rar oder 
noch recht neu zu sein. Die Module mit nur einem TSP5430 und nur 
positiver Ausgangsspanung zeigen hingegen durchweg positive Bewertungen. 
Vielleicht ists ein völliger Designfehler, und verschwindet bald wieder 
vom Horizont?

von Dieter (Gast)


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Von TI gibt es zu dem Chip auch die Angaben zur Schaltung mit der 
negativen Spannung.

Haben sich denn beide Wandler auf der Platine verabschiedet, oder nur 
einer?

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