-28V Bias Spannung für Photomultiplier

[Nicolas F. (Firma: Universität Augsburg) (nicolas96)]

Liebes Forum,

ich entwickle aktuell ein PCB, das einen Silizium Photomultiplier (SiPM) 
(C-Series, 6mm, 35µm) zur Messung fluoreszenten Lichts beherbergen soll. 
Ich suche dafür nach einer möglichst unaufwändigen Lösung eine negative 
Bias-Spannung in Höhe von -27V für den SiPM zu erzeugen. Auf dem Board 
stehen bislang +12V und +5V und +3.3V zur Verfügung. Die Spannungsquelle 
muss einen Strom von 0-20mA zur Verfügung stellen können. Ein extra 
Netzteil möchte ich nicht verwenden.

Meine bisherige Recherche ergab, dass ein Step-Down converter ähnlich 
der angehängten Schaltung eine einfache Lösung sein könnte. Für die 
jedoch sehr kleinen zu erwartenden Ströme komme ich bei der Berechnung 
der Induktivitäten anhand des Datenblatts des LMR14020 auf sehr große 
Werte. Daher frage ich mich, ob eine Solche Schaltung für meine 
Anwendung das richtige ist.

Über ein paar Tipps würde ich mich sehr freuen! Vielen dank im Voraus!

Hintergrundinfo zum SiPM:
-Breakdownspannung:24.2 - 24.7V
-Overvoltage: 1-5 V
-Maximaler Strom: 20mA

Viele Grüße,
Nicolas

[H. H. (Gast)]

Nimm mehrere billige DC/DC-Wandler, eingangsseitig parallel, 
ausgangsseitig in Reihe. Dabei Inversdioden parallel zu jedem Ausgang 
nicht vergessen.

[Joachim B. (jar)]

H. H. schrieb:
> Nimm mehrere billige DC/DC-Wandler

trennende DC/DC Wandler obwohl / das sagt, aber nicht jedem geläufig 
sein mag.
z.B. oder Gleichwertige
https://www.schukat.com

HN-POWER DC/DC-Wandler-Module Serie SIM1-DIL8
Leistung: 1W    DIP/DIL8 Plastic Case    Single & Dual Output 
Eingangsspannungsverhältnis: 1:1


Sim1 0524 + Sim1 0505 =29V
https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-am1s-1-w-24-v-42-ma-sil-4-sim1-0524-sil4-p35027.htmlhttps://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-am1s-1-w-5-v-200-ma-sil-4-sim1-0505-sil4-p35024.html

[Paul A. (hefezuechter)]

Für mein Gammaspektrometer habe ich mich an Figure 5B auf Seite 3 
orientiert. Vbias wird von einem MAX5026 aus den 5V "Boardspannung" 
erzeugt.

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9782-D.PDF

https://physicsopenlab.org/2017/11/28/programmable-power-suppy-for-sipm-bias/

Die Schaltung mit dem LT6015 funktioniert perfekt und habe die sogar als 
Laie/Bastler hinbekommen (siehe Bild).

[Michael B. (laberkopp)]

Nicolas F. schrieb:
> Meine bisherige Recherche ergab, dass ein Step-Down converter ähnlich
> der angehängten Schaltung eine einfache Lösung sein könnte

Step doen als Inverteriende Schaltregler zu verwenden ist immer durch 
die Brust ins Auge.

Nimm einen invertierenden Schaltregler, und für deine Anwendung tut es 
git ein MC34063.

Gutmutig beherrschbar, billig und spannungsfest genug, leicht 
beschaffbar.

[Nicolas F. (Firma: Universität Augsburg) (nicolas96)]

Herzlichen Dank euch allen für die hilfreichen und raschen Antworten! 
Das war mein erster Forumsbeitrag und ich bin begeistert, wie schnell 
einem hier geholfen wird:)

Joachim B. schrieb:
> Sim1 0524 + Sim1 0505 =29V
> 
https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-am1s-1-w-24-v-42-ma-sil-4-sim1-0524-sil4-p35027.htmlhttps://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-am1s-1-w-5-v-200-ma-sil-4-sim1-0505-sil4-p35024.html

Diese Lösung scheint mir die unkomplizierteste für mein Problem zu sein. 
Ich habe jetzt mal eine Schaltung (siehe Anhang) mit zwei 1215er in 
Serie skizziert. Die resultierenden -30V würde ich dann mit einem Poti 
und dem LM337 auf einen Bereich zwischen -23.6V und -28.9V einstellbar 
regeln.

H. H. schrieb:
> Nimm mehrere billige DC/DC-Wandler, eingangsseitig parallel,
ausgangsseitig in Reihe. Dabei Inversdioden parallel zu jedem Ausgang
nicht vergessen.

Da habe ich mal zwei 1N4007 dazu gepackt. Habe ich das richtig 
recherchiert, dass diese Dioden beim nicht ganz gleichzeitigen 
Einschalten verhindern, dass der eine Konverter den anderen killt?

Paul A. schrieb:
> Für mein Gammaspektrometer habe ich mich an Figure 5B auf Seite 3
> orientiert. Vbias wird von einem MAX5026 aus den 5V "Boardspannung"
> erzeugt.

Sieht auch interessant aus. Ich nehme aber mal an, dass man mit dem 
MAX5026 nur positive Spannungen hinbekommt oder?

Michael B. schrieb:
> Nimm einen invertierenden Schaltregler, und für deine Anwendung tut es
> git ein MC34063.

Braucht der eine Mindestlast am Ausgang?

[Nicolas F. (Firma: Universität Augsburg) (nicolas96)]

Jetzt waren erst die Dioden falschrum, aber ich bekomme das Bild nicht 
mehr geändert...

[Michael B. (laberkopp)]

Nicolas F. schrieb:
> Braucht der eine Mindestlast am Ausgang?

Nein, er hat schon eine Last durch den Spannungsteiler mit dem er die 
Ausgangsspannung misst, eine höhere Last kann aber den Ripple 
verringern.

[Lothar (Firma: HZB) (analog_art)]

Hallo Nicolas,
da ich beruflich schon mehr als einige Male mit solchen Dingen zu tun 
hatte:
- Meide die achsoguten RECOM-Module (Und auch ähnliche Minischaltregler 
aller anderen Firmen) und ähnliche in Messschaltungen, wie der Teufel 
das Weihwasser!!! Die tragen alle nicht wegzubekommende Schaltflanken 
und EMV-Störungen in das Messsystem ein.

- Wenn Du einen 50 Hz Eisentrafo drin hast - baue eine negative 
Spannungsvervielfacherschaltung auf - das ist am störarmsten, dann einen 
Vorregler mit NPN-Transistor und Z-Diode an der Basis (in der positiven 
Leitung! - Das erfordert aber eine separate massefreie Wicklung des 
Trafos) oder PNP-Transistor mit Z-Diode an der Basis in der negativen 
Leitung, wenn Du keine (masse)freie Wicklung hast.

- Nach dem Transitor als Vorregler folgt ein LT3045-1 (positiv Regler, 
rauschärmer, Der Ausgang des Positivreglers LT-3045-1 geht dann an die 
Masse des Systemes, Seine bisherige Masse z.B. in den App-Notes geht an 
-28V) bzw. LT3094 als stabiler ultra low Noise Feinregler. Seine 
Eingangsspannung legt man, wenn man -28 V am Ausgang braucht, auf (+/-) 
29...30 V über die Z-Diode fest.

Wenn Du keinen 50 Hz-Trafo drin hast, dann hilft ein kleiner Generator, 
ein billigstes 0815 Verstärkerchen, an dessen Ausgang dann ein 
Koppelkondensator und die oben erwähnte Spannungsvervielfacherschaltung, 
mit der auch oben beschriebenen Regelung. Im Generator und Verstärker 
sollte man keine zu steilen Flanken erzeugen, also lieber alles etwas 
langsamer machen, so hat man dann kein EMV-Problem oder 
Massestörstrom-Probleme.

[H. H. (Gast)]

Lothar schrieb:
> - Meide die achsoguten RECOM-Module (Und auch ähnliche Minischaltregler
> aller anderen Firmen) und ähnliche in Messschaltungen, wie der Teufel
> das Weihwasser!!! Die tragen alle nicht wegzubekommende Schaltflanken
> und EMV-Störungen in das Messsystem ein.

Bei deinen Fähigkeiten solltest du nur galvanische Elemente verwenden.

[Lothar (Firma: HZB) (analog_art)]

Ist ja sonst nicht mein Stil - aber auf einen groben Klotz gehört eben 
ein grober Keil, also:

Wenn man keine Ahnung hat und sonst nichts beitragen kann - einfach mal 
die F.....
halten.

[H. H. (Gast)]

Lothar schrieb:
> Wenn man keine Ahnung hat und sonst nichts beitragen kann - einfach mal
> die F.....
> halten.

Dann halte dich doch daran.

[Joachim B. (jar)]

Lothar schrieb:
> - Meide die achsoguten RECOM-Module (Und auch ähnliche Minischaltregler
> aller anderen Firmen) und ähnliche in Messschaltungen, wie der Teufel
> das Weihwasser!!! Die tragen alle nicht wegzubekommende Schaltflanken
> und EMV-Störungen in das Messsystem ein.

so ein Unfug, ich hatte diese Lösung auch schon beruflich genutzt, 
besonders für Photomultiplier, aber auch nach den DC/DC Modulen einen 
LDO nachgeschaltet wie der TO.

Hätte nie gedacht H.H. zu 1000% zuzustimmen, egal ich erfreue mich an 
die + Bewertungen die ich vergeben kann weil man immer einige in Reserve 
brauchen kann.

[Flip B. (frickelfreak)]

Die Schaltung mit Stepdown als Spannungsinvertierer habe ich auch schon 
eingesetzt. Man kann die Induktivität ja ruhig für 200mA rechnen, 
lediglich der duty cycle im betrieb wird kleiner.

Damit die Sache anläuft, braucht es natürlich einen DC/DC mit begrenztem 
D/C oder Strombegrenzung.