Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik +- 3,3 V erzeugen


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von Kibo (kibox)


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Hallo,

ich lese gerade ein Paper, in dem der Author schreibt, dass er ein "LDO 
Modul" verwendet, um von einer Li-Ion-Batterie -3,3 V und +3,3 V zu 
erzeugen (The power supply source is a 300mA lipo battery regulated by a 
low-dropout voltage regulator (LDO) module to generate +3.3V and -3.3V.)

Mehr steht dabei leider nicht^^

Wie kann das funktionieren? Die negative und positive 
Versorgungsspannung nimmt er als Input für einen Operationsverstärker. 
Die gesamte Elektronik wird nicht näher erläutert.

Mein Ansatz wäre gewesen, einen Step-Up-Schaltregler zu verwenden, um 
die Spannung von der Batterie (3,5 V ... 4,2 V) auf 6,6 V zu boosten. 
Dann würde ich einfach den GND_opamp des Operationsverstärkers in die 
Mitte legen (bei 3,3 V) und die negative Versorgungsspannung mit dem 
"echten" GND verbinden. Die positive Versorgungsspannung wäre dann 6,6 
V.

Aber wie bitte soll das mit einem "LDO-Modul" gehen? Ich habe noch nie 
eine Schaltung mit negativer Versorgungsspannung entworfen, deshalb bin 
ich mir nicht so sicher, ob meine Annahmen stimmen. Was meint ihr?

Liebe Grüße
René

: Verschoben durch Moderator
von Achim M. (minifloat)


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René W. schrieb:
> ich lese gerade ein Paper,

welches? Link oder Screenshot oder Upload sind willkommen.

René W. schrieb:
> Mein Ansatz wäre gewesen, einen Step-Up-Schaltregler zu verwenden, um
> die Spannung von der Batterie (3,5 V ... 4,2 V) auf 6,6 V zu boosten.
> Dann würde ich einfach den GND_opamp des Operationsverstärkers in die
> Mitte legen (bei 3,3 V) und die negative Versorgungsspannung mit dem
> "echten" GND verbinden. Die positive Versorgungsspannung wäre dann 6,6
> V.

Genau so wird's gemacht.
Alternativ geht auch
a) ein invertierender Buck-Boost für die -3.3V und ein Buck für die 
+3,3V
b) ein Flyback mit zwei Wicklungen am Ausgang, aus denen dann +- 
gleichzeitig gemacht wird
c) viele andere mehr...

mfg mf

von Michael B. (laberkopp)


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René W. schrieb:
> Wie kann das funktionieren?

Schlecht bis gar nicht.

Manche Leute sind so dumm, und bezeichnen den +Pol einer Batterie und 
den -Pol nicht mit +3.3V und GND/Masse/0V, sondern mit +3.3V und -3.3V 
was natürlich 6.6V wären.

Und andere glauben, ein 3.7V Akku hätte immer 3.7V und nicht 
ladezustandsabhängig 4.2 bis 2.5V und nutzen ihm mit einem LDO nur bis 
3.45V. Klappt ja im Test mit noch vollem Akku.

Rechne also mit jedem Unfug.

von Philipp K. (philipp_k59)


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er schreibt LDO-Modul nicht LDO.

Es gibt zum Beispiel zig module mit positivem und negativem Output.

Traco hat die wie Sand am Meer im Angebot.. als Stepup oder Stepdown mit 
Dual Positive und Negative Output.

Mit solchen kleinen Teilen kann man in alten Maschinen ganze Platinen 
tauschen.

Edit: oder halt als minmalbeschaltung mit mehreren Bufferkondensatoren 
z.B. TPS7A39 Dual

: Bearbeitet durch User
von Kibo (kibox)


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Achim M. schrieb:
> René W. schrieb:
>> ich lese gerade ein Paper,
>
> welches? Link oder Screenshot oder Upload sind willkommen.
>

A Flexible Capacitive Electromyography Biomedical Sensor for Wearable 
Healthcare Applications

von Kibo (kibox)


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Achim M. schrieb:
> Genau so wird's gemacht.

Ok, danke, dann werde ich das wahrscheinlich auch so machen.

von Kibo (kibox)


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Philipp K. schrieb:
> Es gibt zum Beispiel zig module mit positivem und negativem Output.
>
> Traco hat die wie Sand am Meer im Angebot.. als Stepup oder Stepdown mit
> Dual Positive und Negative Output.
>
> Mit solchen kleinen Teilen kann man in alten Maschinen ganze Platinen
> tauschen.


Ahh ok, danke. Hab mich gewundert, weil sich das "LDO-Modul" so einfach 
angehört hat.


> Edit: oder halt als minmalbeschaltung mit mehreren Bufferkondensatoren
> z.B. TPS7A39 Dual

Ja aber der TPS7A39 braucht ja auch dann schon eine positive und 
negative Spannung als Input (INN und INP), wäre jetzt also keine fertige 
Lösung.

von Kibo (kibox)


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Michael B. schrieb:
> René W. schrieb:
>> Wie kann das funktionieren?
>
> Schlecht bis gar nicht.
>
> Manche Leute sind so dumm, und bezeichnen den +Pol einer Batterie und
> den -Pol nicht mit +3.3V und GND/Masse/0V, sondern mit +3.3V und -3.3V
> was natürlich 6.6V wären.
>
> Und andere glauben, ein 3.7V Akku hätte immer 3.7V und nicht
> ladezustandsabhängig 4.2 bis 2.5V und nutzen ihm mit einem LDO nur bis
> 3.45V. Klappt ja im Test mit noch vollem Akku.
>
> Rechne also mit jedem Unfug.

^^ ok danke

von Rainer W. (rawi)


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René W. schrieb:
> A Flexible Capacitive Electromyography Biomedical Sensor for Wearable
> Healthcare Applications

Wir leben im Jahre 2023.
Wie wäre es mit einem Link oder wenigstens mit einer vernünftigen und 
vollständigen Literaturangabe?

p.s.
Was hat die Bereitstellung einer Betriebsspannung eigentlich mit Fragen 
rund um Mikrocontroller und sonstige digitale Elektronik zu tun?

: Bearbeitet durch User
von Helmut -. (dc3yc)


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Vielleicht ist der ICL7660 dein Freund? Kommt drauf an, wieviel Strom du 
brauchst. Nimm einen LDO, der 3.3V erzeugt und danach ein 7660-Modul. 
Das ist eine Ladungspumpe, die aus einer positiven Spannung eine 
negative macht. Gibts fertig mit Kondensatoren beim Chinamann.

von Kibo (kibox)


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Rainer W. schrieb:
> René W. schrieb:
>> A Flexible Capacitive Electromyography Biomedical Sensor for Wearable
>> Healthcare Applications
>
> Wir leben im Jahre 2023.
> Wie wäre es mit einem Link oder wenigstens mit einer vernünftigen und
> vollständigen Literaturangabe?

Im Jahr 2023 kann man den Titel einfach Copy und Pasten und bekommt bei 
Google ausreichend Treffer. Je nachdem, welchen Zugang du hast, kannst 
du dir das Dokument dann selbst herunterladen. Wie soll ich dir denn 
einen Link geben, wenn ich nicht weiß, bei welcher Plattform (z.B. IEEE) 
du angemeldet bist. Aber danke für diesen konstruktiven Beitrag.

> p.s.
> Was hat die Bereitstellung einer Betriebsspannung eigentlich mit Fragen
> rund um Mikrocontroller und sonstige digitale Elektronik zu tun?

Ah okay den hätte ich wahrscheinlich besser in Analogtechnik posten 
sollen. Hoffe du verkraftest es.

von Kibo (kibox)


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Helmut -. schrieb:
> Vielleicht ist der ICL7660 dein Freund? Kommt drauf an, wieviel Strom du
> brauchst. Nimm einen LDO, der 3.3V erzeugt und danach ein 7660-Modul.
> Das ist eine Ladungspumpe, die aus einer positiven Spannung eine
> negative macht. Gibts fertig mit Kondensatoren beim Chinamann.

Wow, cool danke, das Teil ist auch ganz schick! Wusste gar nicht, dass 
es sowas gibt.

von Harald K. (kirnbichler)


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René W. schrieb:
> Je nachdem, welchen Zugang du hast, kannst
> du dir das Dokument dann selbst herunterladen.

Meinst Du sowas ernst?

von Kibo (kibox)


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Harald K. schrieb:
> René W. schrieb:
>> Je nachdem, welchen Zugang du hast, kannst
>> du dir das Dokument dann selbst herunterladen.
>
> Meinst Du sowas ernst?

Ja, wieso sollte ich sowas nicht ernst meinen?

von Andrew T. (marsufant)


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René W. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> René W. schrieb:
>>> A Flexible Capacitive Electromyography Biomedical Sensor for Wearable
>>> Healthcare Applications
>>
>> Wir leben im Jahre 2023.
>> Wie wäre es mit einem Link oder wenigstens mit einer vernünftigen und
>> vollständigen Literaturangabe?
>
> Im Jahr 2023 kann man den Titel einfach Copy und Pasten und bekommt bei
> Google ausreichend Treffer. Je nachdem, welchen Zugang du hast, kannst
> du dir das Dokument dann selbst herunterladen. Wie soll ich dir denn
> einen Link geben, wenn ich nicht weiß, bei welcher Plattform (z.B. IEEE)
> du angemeldet bist. Aber danke für diesen konstruktiven Beitrag.

https://ieeexplore.ieee.org/document/10144786

sollte passen.

von Rainer W. (rawi)


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René W. schrieb:
> Im Jahr 2023 kann man den Titel einfach Copy und Pasten und bekommt bei
> Google ausreichend Treffer.

Eben darum geht es. Ich habe keinen Bock erst eine Suchmaschine 
anzuschmeißen und dann die Google Treffer zu durchforsten, nur weil du 
zu faul bist, eine Quelle vernünftig anzugeben.

: Bearbeitet durch User
von Harald K. (kirnbichler)


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René W. schrieb:
> Ja, wieso sollte ich sowas nicht ernst meinen?

Ich denke, hier kann man sich dann ausklinken.

Wolltest Du, daß Dir hier jemand hilft?

von Gerald B. (gerald_b)


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Helmut -. schrieb:
> Vielleicht ist der ICL7660 dein Freund? Kommt drauf an, wieviel Strom du
> brauchst. Nimm einen LDO, der 3.3V erzeugt und danach ein 7660-Modul.

Der ICL7660 war mir geläufig, neu ist dagegen für mich gewesen, das der 
schon ab 3,3V arbeitet.
5V wußte ich, da man beim ICL7107 so die negative Spannung für den 
Analogteil generieren konnte. Ist das mal nach unten hin erweitert 
worden?

: Bearbeitet durch User
von Helmut -. (dc3yc)


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Gerald B. schrieb:
> Der ICL7660 war mir geläufig, neu ist dagegen für mich gewesen, das der
> schon ab 3,3V arbeitet.

Das Datenblatt schreibt, ab 1.5V bis 10V; beim A-Typ sogar bis 12V!

von Monk (Gast)


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René W. schrieb:
> Im Jahr 2023 kann man den Titel einfach Copy und Pasten und bekommt bei
> Google ausreichend Treffer.

Gefunden: https://ieeexplore.ieee.org/document/10144786

Und jetzt? Soll ich auch noch ein Account beantragen und 15 Euro 
ausgeben, um dir helfen zu können? Und auf welche Seite beziehst du 
dich?

Zitiere doch einfach den Absatz, das wird der Verlag wohl wie üblich 
tolerieren.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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René W. schrieb:
> -3.3V ...
> Wie kann das funktionieren?
Fast jeder Stepdown kann auch als "Inverter" benutzt werden, wenn man 
seinen  Ausgang und seinen GND vertauscht. So, wie dort beschrieben:
- Beitrag "Re: IC für -5V Generierung gesucht (min. 120mA)"

Oder auch dort:
- 
https://www.analog.com/en/design-notes/making-a-voltage-inverter-from-a-buck-stepdown-dcdc-converter.html

Allgemein sieht das also so aus:
1
 GND  ---------------------o--- GND
2
             ___________   |
3
 +Vin ------|in Buck out|--'
4
            |____gnd____|
5
                  |
6
                  '------------ -Vout

von Harald K. (kirnbichler)


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Es ist aber von einem ominösen "LDO-Modul" die Rede. Ob das ein 
Stepdown-Schaltregler ist?

von Kibo (kibox)


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Steve van de Grens schrieb:
> René W. schrieb:
>> Im Jahr 2023 kann man den Titel einfach Copy und Pasten und bekommt bei
>> Google ausreichend Treffer.
>
> Gefunden: https://ieeexplore.ieee.org/document/10144786
>
> Und jetzt? Soll ich auch noch ein Account beantragen und 15 Euro
> ausgeben, um dir helfen zu können? Und auf welche Seite beziehst du
> dich?
>
> Zitiere doch einfach den Absatz, das wird der Verlag wohl wie üblich
> tolerieren.

Ich habe im Eingangspost alle relevanten Informationen genannt. Später 
kam dann die Frage, was genau das für ein Paper war, das ich gelesen 
habe. Diese Information ist rein optional.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Harald K. schrieb:
> Es ist aber von einem ominösen "LDO-Modul" die Rede. Ob das ein
> Stepdown-Schaltregler ist?
Muss es, denn ein "normaler" ungetakteter Low Drop Spannungsregler 
kann prinzipiell keine negative Spannung erzeugen.

Und je nach Wissensstand eines Autors ist jeder Spannungsregler 
ungeachtet der Technik ein LDO.

Und ich schätze diesen Wissensstand nicht allzu hoch ein, wenn der Autor 
meint, für seine OP-Schaltung eine negative Spannung zu brauchen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Michael B. (laberkopp)


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René W. schrieb:
> Ich habe im Eingangspost alle relevanten Informationen genannt. Später
> kam dann die Frage, was genau das für ein Paper war, das ich gelesen
> habe. Diese Information ist rein optional.

Du meinst, du hast alle Informationen die zur Lösung deiner Frage 
notwendig sind, denn du hast uns ja alle Informationen mitgeteilt.

Dann müsstest du doch selbst auf die Antwort kommen, kommst du aber 
nicht und fragst.

Offensichtlich besitzt du nicht alle Informationen die zur Beantwortung 
nötig sind. Bloss teilst du mehr auch nicht mit. Es wird schon irgendwo 
in der Quelle stehen, wie das aufzufassen ist. Du hast es übersehen und 
wir können es nicht sehen weil es dir zu viel Mühe macht hinzuschreiben.

Du musst noch sehr viel lernen im Leben. Weniger Selbstüberheblichkeit, 
weniger Faulheit.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ohne genauere Anforderungen zu kennen wird das nichts.

Es geht um empfindliche Messungen an Muskeln, da könnte z.B: geringes 
Rauschen wesentlich sein. Oder geringer Durchschlag der verwendeten 
Schaltfrequenz.

Die nötige Präzision der beiden Betriebsspannungen sollte man auch 
kennen. Der genannte ICL7660 hat üblicherweise eine negative 
Ausgangsspannung, die im Betrag bis zu 0,5V kleiner ist als die positive 
Eingangsspannung. Das kann bei 3,3V schon zu ungenau sein.
https://www.renesas.com/eu/en/products/power-power-management/dc-dc-converters/charge-pumps-inductorless/icl7660a-cmos-voltage-converters#overview

Die Traco-Teile sind oft intern geregelt, das wäre auf jeden Fall ein 
erster Ansatz ohne groß in die Technik einsteigen zu müssen. Mit etwa 20 
€ sollte man dafür rechnen.
https://www.tracopower.com/de/deu/dc-dc-converters
es gibt noch weitere Hersteller:
https://www.mouser.de/c/power/dc-dc-converters/isolated-dc-dc-converters/


Für medizinische Anwendungen sind vielleicht besondere 
Schutzvorschriften zu beachten.

von Stefan F. (Gast)


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René W. schrieb:
> Ich habe im Eingangspost alle relevanten Informationen genannt.

"The power supply source is a 300mA lipo battery regulated by a
low-dropout voltage regulator (LDO) module to generate +3.3V and -3.3V."

Wenn du sicher bist, dass das "alle relevanten Informationen" sind, 
dann solltest du vielleicht besser Gärtner werden. Du willst uns dazu 
verleiten, dem Autor zu widersprechen (oder ihn gar zu verunglimpfen), 
ohne dass wir den Kontext dieses Satzes kennen. Nein danke, das kannst 
du alleine tun.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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>von einer Li-Ion-Batterie...power supply source is a 300mA lipo battery

Lithium-Ionen ist nicht dasselbe wie LiPo, sondern der Oberbegriff:

https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator
"ist der Sammelbegriff für Akkumulatoren auf der Basis von 
Lithium-Verbindungen"

https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Polymer-Akkumulator
"eine spezielle Bauform des Lithium-Ionen-Akkumulators"

Und die "300 mA" sollen vermutlich Milliamperestunden sein, also "300 
mAh"
Conrad hat genau einen Typ mit dieser simplen Spezifikation:
https://www.conrad.de/de/p/pichler-modellbau-akkupack-lipo-3-7-v-300-mah-zellen-zahl-1-25-c-softcase-mcpx-1436818.html
Bestell-Nr.: 1436818

Also muss der DC/DC-Wandler, hier als LDO bezeichnet, aus ca. 3,7V auf 
2*3,3V wandeln.
Man könnte aber auch zwei dieser Akkus unabhängig voneinander nehmen, 
und tatsächlich zwei LDO-Regler anschließen, ohne DC/DC-Wandler. 
Vermutlich haben die Autoren das so gemeint. Bei 300mAh können die Akkus 
z.B. eine Stunde lang 300 mA abgeben, wahrscheinlich wird aber weniger 
entnommen.

Hier eine große Liste von 3,3V-LDO-Reglern
https://www.mouser.de/c/semiconductors/power-management-ics/voltage-regulators-voltage-controllers/ldo-voltage-regulators/?output%20voltage=3.3%20V
noch den passenden "Output Current" wählen.

von Michael B. (laberkopp)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Vermutlich haben die Autoren das so gemein

Vermuten kann man viel. Ohne die Quelle bleibt das alles genau so 
zweifelhaft wie René: man weiss es nicht.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Und die Quelle gibt es nur gegen Bezahlung. Das Artikel ist erst in 
diesem Jahr erschienen.
Trotzdem, es erscheint mir sinnvoll, so eine empfindliche Messung nicht 
mit einem Schaltregler zu versauen. Entweder zwei galvanisch getrennte 
Akkus und zwei LDO-Regler für +3,3V oder einer davon als -3,3V-Regler.
Aber die Differenz von 3,7 auf 3,3 V nominell ist auch für LDO schon 
knapp.

von Stefan F. (Gast)


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Vielleicht ist es ja eine Kombination aus Schaltwandler mit 
nachfolgendem LDO.

von Kibo (kibox)


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Lothar M. schrieb:
> Und ich schätze diesen Wissensstand nicht allzu hoch ein, wenn der Autor
> meint, für seine OP-Schaltung eine negative Spannung zu brauchen.

Würdest du das bitte genauer erläutern?

von Philipp K. (philipp_k59)


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In Präzision kann man für +-3,3v bestimmt eine Platine einrechnen die 
weit grösser als gedacht ausfällt.

Es gibt noch recom und cui, cui steckt alles in einem kleinen SMD 
package, recom z.b. isolierte (rb958412) 3v in, +-3.3V 150ma out 
RB-xx3.3D bei 70% Wirkungsgrad.

In präzision wird entweder teuer oder groß.

Zu Testzwecken bestimmt ausreichend.

: Bearbeitet durch User
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