ich benötige für meine OP-Schaltung eine negative Hilfsspannung, um die Dynamik der verwendeten Schaltung nahe Null Volt zu verbessern. Es werden nur wenige mA benötigt (~10mA, gemessen).
Die Idee ist nun mit Hilfe einer Ladungspumpe (LM2664) aus einer positiven Spannung die hierzu inverse Spannung zu erzeugen.
Im Datenblatt vom LM2664 wird zudem eine Anwendung gezeigt, dass diese auch mit einem LP2980 geregelt werden kann. Allerdings bekomme ich bei der Analyse der Schaltung einen Knoten im Hirn; und frage mich, ob die Schaltung überhaupt funktioneren kann.
Datenblätter anbei. Außerdem ein Bild (aus dem Dateblatt des LM2664), welche die gewünschten und verwendeten Spannungslevel zeigt.
Eingangsspannung: +5V
(1) ist die gewünschte Ausgangsspannung von -3V3
(2) am Eingang vom LM2664 muss dann eine Spannung von 3V3 anliegen (der LM2664 invertiert die Eingangsspannung)
Am LP2980 liegt damit eine Spannung bzgl. seines GND-Pins 8.3V an; der Spannungsteiler aus R1 und R2 kann gemäß Datenblatt des LP2980 dimensioniert werden (R1 = 51k1, §8.1.1, ergibt R2 = 86k).
Doch kann der LP2980 überhaupt die Ausgangsspanung regeln? Der LM2664 ist ein schaltendes Element und nach meinem Verständnis ist der Eingang des LM2664 (Pin 5) nie(!) mit seinem Ausgang (Pin 2) verbunden (siehe Figure 10 des LM2664-Datenblattes). Was soll/kann der LP2980 dann überhaupt regeln?
Ich hoffe auf klärende Worte von euch - vielen Dank!
Schaut ein wenig wie Münchhausen aus, der sich am eigenen Kragen aus dem Schlamm zieht.
Der LM2664 invertiert ungefähr seine Eingangsspannung.
Der LP2980 erhöht die Ausgangsspannung, bis an seinem GND-ADJ =R2 1,2V erreicht sind. Der LP2980 sieht die Schaltungsmasse selber nicht, er hält die negative Ausgangsspannung für seine Bezugsmasse.
Beim einschalten hat R2 0V, dadurch steigt die LP2980 Ausgangsspannung und somit wird der negative Ausgang vom LM2664 immer negativer, bis -3,3 V erreicht sind. Dann hat R2 1,2V und R1 2,1V.
Im Datenblatt vom LM2664 wird zudem eine Anwendung gezeigt,
Ja, ist halt blöd, wenn man als Hersteller kein für das Problem geeignete Bauteil hat, und sich irgendwas zusammenpfuschen muss, mit den Teilen, die man los werden will.
Als Kunde solltest du nicht so blöd sein, und lieber geeignete inverting voltage regulators verwenden. 1 IC, ohne Klimmzüge.
Ja, der LM2980 regelt die Eingangsspannung des LM2664 so, dass die Ausgangsspannung hier -3.3V entspricht, Verluste des LM2664 kompensiert.
Die Ausgangsspannung ist trotzdem verrippelt und schwach.
ich benötige für meine OP-Schaltung eine negative Hilfsspannung, um die
Dynamik der verwendeten Schaltung nahe Null Volt zu verbessern. Es
werden nur wenige mA benötigt (~10mA, gemessen).
Ja, ist halt blöd, wenn man als Hersteller kein für das Problem
geeignete Bauteil hat, und sich irgendwas zusammenpfuschen muss, mit den
Teilen, die man los werden will.
Und deswegen woanders geschaut; und fündig geworden.
Schaltung beigefügt (zeigt ein paar mehr Details, aber oben rechts der alternative Negativ-Spannungsregler XC6902).
naja, immerhin wird deutlicher, welches Bauteil hier was macht. Außerdem kenne ich keine 1-Bauteil-Lösung.
Und ob es auch ohne den XC6902 geht (was aus meiner Sicht durchaus sein kann, und -5V wären auch ok), kommt auf einen Versuch drauf an. Aber die Testschaltung sollte zumindest theoretisch funktionieren können und verstanden sein.
Inzwischen noch den LM2776 entdeckt, der aber auch einen Ripple von
knapp 100mV erzeugt.
Wenn man notorisch bei den untauglichen switched capacitor Wandlern hängen bleibt, wird das auch nicht besser, die brauchen eine Spannungsdifferenz um Energie transportieren zu können.
Wenn man notorisch bei den untauglichen switched capacitor Wandlern
hängen bleibt, wird das auch nicht besser, die brauchen eine
Spannungsdifferenz um Energie transportieren zu können.
Ich gebe gerne zu, dass das ich bzgl des Designs von Induktivitäten-basierten Spannungswandlern schlicht keine Erfahrung habe, nada, zero, Null. Und daher bisher darum einen Bogen gemacht habe. Zumal es nicht primäres Ziel meines Projektes ist, derartige Spannungswandler zu entwerfen. Dennoch, ich schaue mal ...
Wenn man notorisch bei den untauglichen switched capacitor Wandlern
hängen bleibt, wird das auch nicht besser, die brauchen eine
Spannungsdifferenz um Energie transportieren zu können.
Notorisch. Vielleicht nicht.
Ich habe mir das Datenblatt von dem LM2664 nochmal angeschaut und ein wenig bei Mouser nach passenden Kondensatoren gestöbert; was nun eine Frage aufwirft.
Das Datenblatt selbst nennt keine Obergrenze für die Kapazität der zu verwendenden Kondensatoren. Allerdings habe ich einen 47uF-Tantal gefunden, mit dessen ESR sich ein Ripple von gerade mal 9mV bei 20mA einstellt und ein Wirkungsgrad von größer 95% erreicht wird. Das ist locker im Bereich einer klassischen StepUp/Down-Was-auch-immer-Wandlers bei gerade mal 3 Bauteilen.
Selbst mit 22uF liegt der Ripple immer noch unter 15mV.
Im Datenblatt werden Kapazitätswerte bis 10uF verwendet, aber ich vermag neben Baugröße und Kosten der Kondensatoren technisch keinen Grund zu erkennen, warum nicht auch 22uF oder 47uF gehen sollten.
Übersehe ich was?
Was spricht gegen einen Spannungsteiler mit 2 gleich grossen Widerständen am invertierenden (-) Eingang? Dann wäre der Bezugspunkt der Schaltung - der Batterie...
Ich hoffe auf klärende Worte von euch - vielen Dank!
Warum willst du ueberhaubt regeln? Deine OPs sollten leichte
Schwankungen auf der Versorgung mit 80-90dB unterdruecken.
Nimm einen R2R-OPV begrenze die negative Spannung mit einer
Diode auf -0.7V und dann sollte es auch mit der Spannung
am Nullpunkt klappen.
Und wenn die moderne OPVs nimmst die auf LowPower optimiert
sind dann schaffst du es vielleicht von deinen 10mA auf 1mA
runterzukommen und ersetzt die Ladungspumpe durch den
wackelnden pin deines Mikrocontrollers.
Ein SC Konverter überträgt pro Impuls Energie. Die hängt direkt von der Spannungsdifferenz der beiden Kondensatoren ab. Wird der Ausgangskondensator auf eine Spannung x geladen und sinkt diese Spannung bis zum nächsten Impuls um 9mV ab, hat er nur diese 9mV. Bei 0mV wäre die übertragene Leistung 0.
Man hat also prinzipimmanenten Ripple bei SC Wandler.
Ein Schaltregler transportiert hingegen einen Strom. Der lädt zwar einen Kondensator der sich in der Pause entlädt, aber den kann man so gross machen bis der Ripple nicht stört. Denn der Spannungsripple hat keinen Bezug zur transportierten Energie. Nichtmal der Stromripple.
Nimm einen R2R-OPV begrenze die negative Spannung mit einer
Diode auf -0.7V und dann sollte es auch mit der Spannung
am Nullpunkt klappen
Naja, da ich keine negative Spannung habe hilft auch die Diode nicht. Die negative Spannung brauche ich, obwohl R2R-OPV (auch bzgl. Input, -Rail), dem OPV auf die Sprünge zu helfen wenn er eben von Null Volt wieder weg soll.
Deine OPs sollten leichte
Schwankungen auf der Versorgung mit 80-90dB unterdruecken.
Vielleicht bin ich ja zu doof, aber bzgl. der Versorgungsspannung ist immer von Common(!) Mode Rejection die Rede. Das schliesst doch unterschiedliche Schwankungen auf V+ und V- aus, oder?
Im Datenblatt werden Kapazitätswerte bis 10uF verwendet, aber ich vermag
neben Baugröße und Kosten der Kondensatoren technisch keinen Grund zu
erkennen, warum nicht auch 22uF oder 47uF gehen sollten.
Übersehe ich was?
Ein größerer Kondensator am Eingang oder Ausgang verringert dort den Ripple. Am Ausgang wird dadurch auch die Zeit, bis der Ausgangskondensator aufgeladen ist, erhöht. Ein größerer Pump-Kondensator verringert die Ausgangsimpedanz, aber erhöht den Ripple.
Für mehr Details und Formeln, siehe https://www.ti.com/lit/pdf/slva128.
Oftmals muss die negative Spannung gar nicht geregelt werden. Da kann auch mit einem NE555 in CMOS (ICM7555) eine negative Spannung erzeugt werden. Der Wirkungsgrad ist aber schlechter als bei den Ladungspumpen-Chips.
Den Chip hat man zumindest meistens irgendwo in der Bastelkiste rumliegen. Der Vorschlag ist jetzt nicht dazu gedacht, mit den anderen hier zu konkurieren, sondern um das mit der negativen Spannung schnell zu testen, insbesondere im Hinblick auf Ripple-Störungen mit hörbaren oder nicht hörbaren Taktfrequenzen und der realen Belastung der negativen Quelle.
Ein größerer
Pump-Kondensator verringert die Ausgangsimpedanz, aber erhöht den
Ripple.
Nö, das Datenblatt vom LM2664 (siehe oben), ebenfalls von TI, lässt sich da zu einer anderen Aussage hinreissen: mit steigendem C sinkt sowohl der Ausgangswiderstand als auch der Ripple.
Naja, da ich keine negative Spannung habe hilft auch die Diode nicht.
Die negative Spannung brauche ich, obwohl R2R-OPV (auch bzgl. Input,
-Rail), dem OPV auf die Sprünge zu helfen wenn er eben von Null Volt
wieder weg soll.
ICh hatte dir eigentlich empfohlen eine Ladungspumpe mit einem
Pin deines sicherlich vorhanden Microcontrollers zu bauen.
Aber klar, wenn du wirklich 10mA brauchst dann ist das vermutlich
nicht mehr die Loesung.
Vielleicht bin ich ja zu doof, aber bzgl. der Versorgungsspannung ist
immer von Common(!) Mode Rejection die Rede.
Naja, du liesst vermutlich in der falschen Zeile des Datenblatts
deines streng geheimen OPVs. ICh meinte eher das hier:
Nö, OPA2182.
Aber ich fürchte das die Beantwortung dieser Frage immer weiter von meiner gestellten führt (warum den OPV, was ist die Anwendung, warum hast du das so gelöst und nicht anders, usw usw).
Dennoch danke für den Hinweis auf PSRR. Siehe Datenblatt, Figure 7-14. Macht bei der 80kHz (Schaltfrequenz des LM2664) noch gut 35dB.
Zu meiner eigentlichen Frage: gibt es Obergrenzen für die Kapazitäten für den LM2664? Technisch (etwa Überlastung des internen Schalters, aber hier vermute ich eher nein)? Funktional?
Ein größerer Pump-Kondensator verringert die Ausgangsimpedanz, aber
erhöht den Ripple.
Nö, das Datenblatt vom LM2664 (siehe oben), ebenfalls von TI, lässt sich
da zu einer anderen Aussage hinreissen: mit steigendem C sinkt sowohl
der Ausgangswiderstand als auch der Ripple.
Nö, C2 ist der Kondensator am Ausgang.
C1 hat in der Tat überhaupt keine Einfluss, weil der LM2664 ungeregelt ist und mit einer festen Frequenz läuft. Bei einer geregelten Ladungspumpe würde ein größerer C1 die Frequenz verringern.
C1 hat in der Tat überhaupt keine Einfluss, weil der LM2664 ungeregelt
ist und mit einer festen Frequenz läuft. Bei einer geregelten
Ladungspumpe würde ein größerer C1 die Frequenz verringern.
Jo.
Allerdings geht C1 in den Ausgangswiderstand ein, wobei auch hier große Kapazitäten vorteilhaft sind, da sie den Ausgangswiderstand verringern. Ich hatte daher generell nicht zwischen den beiden Kondensatoren unterschieden.
NegativeVoltage_LM2664.jpg
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