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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LDO zur Ausgangspannungsbegrenzung bei sehr weiter Eingangsspannung


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Autor: VT (Gast)
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Hallo

Ich habe folgende Situation:
Für eine Low Power Schaltung habe ich einen kleinen Generator, welche 
eine Wechselspannung erzeugt. Jedoch ist das kein ständiger Betrieb, 
sondern nur kurzzeitig und in dieser Zeit versuche ich möglichst viel 
Energie zu gewinnen um zu speichern.

Damit die Schaltung läuft, unter anderem ein RTC (RV-3028-C7, 
https://www.microcrystal.com/en/products/real-time-clock-rtc/rv-3028-c7/), 
benötige ich Umin = 1.1V aber Umax = 6V

Jetzt ist es so, dass vom Generator Spannungen bis zu 18V erreichbar 
sind. Um bei möglichst tiefer Drehzahl (= tiefe Spannung) möglichst früh 
genügend Spannung, sowie die Gleichrichtung, für die Elektronik zu 
haben, setze ich einen Spannungsverdoppler nach Greinacherschaltung ein, 
deswegen auch die möglichen hohen Spannungen.

Was ich nun suche:
Ich stelle mir vor, dass ein LDO mir helfen könnte den weiten 
Eingangsspannungbereich auf eine maximale Ausgangsspannung zu regeln. 
Soweit so normal, denke ich.
Was besonders sein soll: Der LDO sollte quasi nur begrenzen und keine 
fixe Spannung ausgeben. Sondern alles unter der Maximalspannung quasi 
1:1 durchlassen und wenn die Eingangsspannung zu hoch wird entsprechend 
abschneiden.

Ich habe schon mit einem Buck/Boost gearbeitet von TI (TPS6120x), jedoch 
ist hier das Problem, dass dieser einen ziemlich hohen Einschaltstrom 
hat und es meine Quelle im Tieflastbereich nicht schafft diesen zu 
starten.
Der Strom des Generators, selbst bei tiefen Drehzahlen, reicht um einen 
uC (0.5mA) zu betreiben, jedoch sind grosse inrush Ströme (ca. 5mA) beim 
Einschalten von Bauteilen sehr problematisch.

Unteranderem deswegen kam ich auf den LDO. Eine Z-Diode habe ich auch 
schon überlegt, jedoch würde mir dadurch wertvolle Energie verloren 
gehen, da ich gerne einen Pufferkondensator für die RTC laden würde.

Als Bonus sollte der LDO, wenn keine Eingangspannung hat, nicht zur 
Entladung meines Pufferkondensators beitragen. Hier habe ich überlegt 
mittels eines N-MOSFETs eine Schaltung zu bauen, welche den LDO 
ausgangsseitig automatisch vom Puffer-C trennt, sobald keine 
Eingangsspannung mehr vorhanden ist.


Also kurz:
- Gibt es einen LDO (oder ähnliches) welcher bis Uout_max, Uin mehr oder 
weniger 1:1 durchlässt?
- Dieser LDO sollte einen so kleinen inrush Strom wie möglich haben


Natürlich bin ich sehr dankbar über weitere Anregungen, da ich mir doch 
schon eine Weile darüber Gedanken mache.

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Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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VT schrieb:
> Was besonders sein soll: Der LDO sollte quasi nur begrenzen und keine
> fixe Spannung ausgeben. Sondern alles unter der Maximalspannung quasi
> 1:1 durchlassen und wenn die Eingangsspannung zu hoch wird entsprechend
> abschneiden.
Das Stichwort heißt Shunt-Regler. Und der Widerstand des Shunt-Relgers 
ist der Innenwiderstand des Generators.

Elektronisch geht das so: nimm eine Z-Diode mit 5,6V und soviel Watt, 
wie sie dein Generator liefern könnte und schalte die parallel zum 
Eingang deiner Schaltung.

Oder bau eine "Leistungs-Z-Diode" zur Begrenzung auf:
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm
https://www.mikrocontroller.net/attachment/89125/Zenerdioden_Leistungsverst__rker.gif

> Als Bonus sollte der LDO, wenn keine Eingangspannung hat, nicht zur
> Entladung meines Pufferkondensators beitragen.
Dann solltest du die Begrenzung eher vor dem Gleichrichter machen, 
denn dann sperren die Gleichrichterdioden einen möglichen Rückstrom aus 
der Schaltung in den Generator oder in die "Leistungs-Z-Diode".

> Für eine Low Power Schaltung habe ich einen kleinen Generator, welche
> eine Wechselspannung erzeugt. Jedoch ist das kein ständiger Betrieb,
> sondern nur kurzzeitig und in dieser Zeit versuche ich möglichst viel
> Energie zu gewinnen um zu speichern.
Dann würde ich aber versuchen, einen Kondensator so weit wie möglich 
aufzuladen und nicht vorher oder hinter die Energie in einem 
Linearregler zu vernichten.

Aber für ein brauchbares Konzept solltest du da noch ein paar Daten mehr 
angeben (Bauteile, Stromstärken, am besten ein Schaltplan)...

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Autor: Weg mit dem Troll - subito (Gast)
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Gleichrichten und einen Buck Regler wie den LT1777 dahinter. Der kann 
bis 40V oder so

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Weg mit dem Troll - subito schrieb:
> Der kann bis 40V oder so
... und braucht als Eigenbedarf schon fast 5mA. Das beißt sich mit dem, 
was
VT schrieb:
>>> Der Strom des Generators, selbst bei tiefen Drehzahlen, reicht um einen
>>> uC (0.5mA) zu betreiben, jedoch sind grosse inrush Ströme (ca. 5mA) beim
>>> Einschalten von Bauteilen sehr problematisch.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Thomas B. (thombde)
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Mal eine Frage.
Wo ist eigentlich der Unterscheid zwischen diesen beiden
Schaltungen?

Also rein funktionsbedingt.
Klar hat Bild 1 weniger Bauteile.
und kein Zenerdiode im Lastkreis.
Sorry, war zu faul zum zeichnen.

Parallelregler und Powerzener macht ja auch nicht viel
unterscheid.
Aber wo liegt der Haken?

: Bearbeitet durch User
Beitrag #6028993 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Günter Lenz (Gast)
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VT schrieb:
>versuche ich möglichst viel
>Energie zu gewinnen um zu speichern.

Das geht nur mit einen Schaltwandler mit MPP-Reglung.
Da ist die Transformation variabel. Bei kleiner
Eingangsspannung transformiert er hoch und bei
hoher Eingangsspannung transformiert er runter.
Die Reglung versucht immer eine Leistungsanpassung
herzustellen. Der Schaltungsaufwand ist dann
entsprechend hoch.

https://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point_Tracking

>aber Umax = 6V

Wenn dieser Aufwand nicht gemacht wird und einfach der
Generator mit dem 6V Akku verbunden wird, kommt erst
ein Laden zustande wenn die Generatorspannung über
6V geht. Man kann zwar mit einem Parallelregler begrenzen,
aber hat dann fast immer eine Leistungsfehlanpassung.

>Jetzt ist es so, dass vom Generator Spannungen bis zu
>18V erreichbar sind.

In diesen Fall hat man eine Fehlanpassung und vielleicht
auch noch eine Überlastung des Generators.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Was für ein Generator ist das überhaupt?
Hat der Dauermagnete oder eine Erregerspule?
Falls er eine Erregerspule hat, könnte man
eine Reglung konstruieren, so wie das beim
Auto gemacht wird.

Autor: Thomas B. (thombde)
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Ich stelle mal den Text hier rein.
Ist für den Post über Günter.

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Autor: Dieter (Gast)
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@VT
Das geht nur vernuenftig mit einem Schaltwndler.
Schlecher, aber einfacher ist der SpannungsRegler aus ZD, Widerstand und 
Transistor.

Autor: Stephan (Gast)
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Ein BF245C (Gate an Masse) könnte doch auch gehen, oder?
Bei 1,1V negativer Spannung am Gate hat der typisch ca. 150 Ohm, das 
sind bei 0,5mA verschmerzbare 75mV Spannungsabfall.
Dahinter noch ne 5V Zener-Diode weil bei extrem geringem Strom die 
Spannung auch bis >7V gehen könnte.

Ganz ohne Drop geht nur ein Shunt-Regler, der begrenzt aber die Spannung 
am Pufferkondensator.
Buck-Regler hat zumindest einen kleinen Eigenverbrauch.

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