V-Ref und verstärker IC gesucht/ Komplementär-TL431

[Flip B. (frickelfreak)]

Ich denke auf dieser Schaltung herum. Ich hätte gerne genau die 
entgegengesetzte Polarität, also entlang  +24V und GND gespiegelt, so 
dass das Ausgangssignal auf GND bezogen ist.  Dafür bräuchte ich jedoch 
ein Komplementäres gegenstück zum TL431 oder eine einfache 
ersatzschaltung.

Es sollen variable Differenzspannungen in der nähe der positiven 
Versorgungsspannung gemessen werden. Die zu messenden spannungen 
entstehen aus einer art energy-Harvesting und sollen nur zu messung 
kurzzeitig belastet werden, es soll ein ruhestrom <50uA fließen. Die 
Spannung soll in einen proportionalen Konstantstrom gewandelt werden, 
somit fällt dann über dem Widerstand RN25A eine spannung mit bezug zu 
GND (/24V) an.

Zu komplex oder teuer sollte die schaltung nicht werden, da viele 
dutzend kanäle benötigt werden. In der angehängten Ausführung sollen die 
kanäle nacheinander angesteuert und mittels eines gemeinsamen ADC-pin 
ausgewertet werden.

Ich meine mich zu erinnern, dass es einen gängigen billig-OPV mit 
integrierter Bandgap ref gibt. Oder ein negativer Spannngsregler kann 
entsprechend zweckentfremdet werden.

Ein einfacher PMOS-FET hat leider eine starke temperaturabhängigkeit in 
VGS, das könnte man natürlich kompensieren, aber schöner wäre eine 
lösung mit +-5% ohne kalibrieren und kompensation.

Vielleicht habt ihr Ideen. Viele Grüße

[Michael B. (laberkopp)]

LM4041/LM4051/TL4051-adj: ähnlich TL431 aber umgekehrte Polarität. 
Negative voltage regulator von 1.225-10V mit 60uA bis 12mA.

[H. H. (hhinz)]

LM385 wird gängiger sein.

[Florian L. (muut)]

Die Schaltung ist komisch.
C46 kurz geschlossen.
Mindestensstrom des TLE unterschritten.
ADC Eingang highside?
Bss hat einen Leck Strom, der bei 200k Last deutlich stören wird.

[Flip B. (frickelfreak)]

H. H. schrieb:
> LM385 wird

in die Auswahl aufgenommen, danke.
Da bin ich im Datenblatt auf 15V maximale A-K-Spannung gestoßen. Das ist 
ohnehin ein problem, dass es mit 24/30V schon knapp war. Warscheinlich 
wird es also doch die PMOS-Variante

Florian L. schrieb:
> C46 kurz geschlossen.
Sorry, Zeichenfehler, sollte Selbsterklärend sein.
> Mindestensstrom des TLE unterschritten.
Varianten bis 10µA sind verfügbar, die dimensionierung ist auch so nicht 
final. Ein kompromiss zwischen störfestigkeit und belastung.
> ADC Eingang highside?
Genau das gilt es zu ändern.
> Bss hat einen Leck Strom, der bei 200k Last deutlich stören wird.
Das habe ich im DaBla gesehen, insbesondere bei höheren Temperaturen. 
Kannst du einen Leckstromarmen typen empfehlen? 5% toleranz sind kein 
problem, und die temperatur wird ohnehin gemessen.


Ich bin auch offen für komplett andere High-side-messprinzipien. 
Wandlung in rechtecksignal und dann über einen Koppelkondensator z.b.. 
Leider bräuchte dann jeder Kanal einen eigenen ADC-Pin

[Florian L. (muut)]

Was spricht gegen Current Shunt Amplifier? Irgendwas aus der TI 
INA-Reihe?

[Lothar (Firma: HZB) (analog_art)]

Florian L. schrieb:
> Die Schaltung ist komisch.
> C46 kurz geschlossen.
> Mindestensstrom des TLE unterschritten.
> ADC Eingang highside?
> Bss hat einen Leck Strom, der bei 200k Last deutlich stören wird.

Auch ich finde die Schaltung sehr merkwürdig!

Was soll gemacht werden:

Es sollen variable Differenzspannungen in der nähe der positiven
Versorgungsspannung gemessen werden.
...
Die Spannung soll in einen proportionalen Konstantstrom gewandelt 
werden,
somit fällt dann über dem Widerstand RN25A eine spannung mit bezug zu
GND an.

Wozu braucht man dann einen Komplementär TL431? Ich versteh das einfach 
nicht.
Und dann der Umweg über einen Strom um wiederum eine Spannung zu 
bekommen. Also Strom--> Spannung--> Strom --Spannung?
Oder habe ich das falsch verstanden?

Schaue Dir mal die Applikationnotes SBOA336A und 310B von TI an oder 
einfach INA190.

Löst das nicht dein Problem ohne von hinten durch die Brust zu schießen?
Oder habe ich deine Anforderungen falsch verstanden?

[Arno R. (arnor)]

Flip B. schrieb:
> Es sollen variable Differenzspannungen in der nähe der positiven
> Versorgungsspannung gemessen werden. Die zu messenden spannungen
> entstehen aus einer art energy-Harvesting und sollen nur zu messung
> kurzzeitig belastet werden, es soll ein ruhestrom <50uA fließen. Die
> Spannung soll in einen proportionalen Konstantstrom gewandelt werden

Das ist doch eine einfache Übung, siehe Anhang. Die Schaltung ist sogar 
weitgehend temperaturkompensiert.

[Flip B. (frickelfreak)]

Lothar schrieb:
> Wozu braucht man dann einen Komplementär TL431? Ich versteh das einfach
> nicht.
> Und dann der Umweg über einen Strom um wiederum eine Spannung zu
> bekommen. Also Strom--> Spannung--> Strom --Spannung?
> Oder habe ich das falsch verstanden?
>
> Schaue Dir mal die Applikationnotes SBOA336A und 310B von TI an oder
> einfach INA190.

Es wird nur Spannung - Strom - Spannung gewandelt, und zwar lediglich um 
die potentialdifferenz zu überbrücken.

Die INA sind mir bekannt, auch Florian hat sie schon in die Runde 
geworfen. Mir schadet da die extreme Spannungsverstärkung, ein 
Spannungsteiler auf eingangsseite würde wiederrum recht viel strom 
verschwenden.

Arno R. schrieb:
> Das ist doch eine einfache Übung, siehe Anhang. Die Schaltung ist sogar
> weitgehend temperaturkompensiert.

ja, so etwas wird es werden. Ich würde gerne in den messpausen den strom 
abschalten, würde dann den Basisstrom über die 470k abschalten und noch 
einen Pullup an die Basis packen.

Ich hatte zur Ruhestromverminderung bisher mit FETs gearbeitet. Siehe 
Anhang, und Q1 würde zur kompensation der UGS von Q3 dienen. leider 
fällt dann die ausgangsspannung weit ausserhalb der ADC grenzen und muss 
noch geteilt werden.

[Arno R. (arnor)]

Flip B. schrieb:
> Ich würde gerne in den messpausen den strom abschalten

Welchen Strom meinst du eigentlich, den Basisstrom des npn oder den nach 
Masse fließenden Ausgangsstrom?

[Flip B. (frickelfreak)]

Am liebsten beides stromlos, und transistoren mit schön geringem 
leckstrom.

Deine Bipolartransistor-variante überzeugt durch die 
temperaturkompensation, benötigt lediglich einen transistor mehr. Weiter 
kann ich den Bürdewiderstand R5 verkleinern und bekomme direkt einen 
ADC-tauglichen spannungsbereich.

Jetzt suche ich noch nach transistoren mit möglichst geringem leckstrom. 
Ich stelle mir vor, 8 oder 16 kanäle an einem gemeinsamen ADC-Eingang zu 
betreiben, also sollte der leckstrom der 7/15 ausgeschalteten kanäle 
nicht zu sehr ins gewicht fallen. Wobei ich den durch abschalten aller 
kanäle messen und rausrechnen kann.

[Arno R. (arnor)]

Flip B. schrieb:
> Am liebsten beides stromlos

Wenn man dem pnp einen Basis-Emitter-Kurzschluß verpasst (z.B. mit einem 
Optokoppler) dann gehen die beiden Ströme laut Simulator in den 
pA-Bereich zurück, also auf den Leckstrom der Transistoren.

Die gezeigten Ströme gelten für Messspannung =0, für höhere Spannungen 
wird der Basisstrom des npn noch kleiner.

[Flip B. (frickelfreak)]

Das ausschalten über Q2/R1/R2 klappt schon gut, das ist mir  lieber als 
ein Optokoppler. Was mir noch aufgefallen ist, ist die starke 
abhängigkeit von R1/V2 da der komplette basisstrom über R3 abfließt. Das 
könnte ich mit der angehängten Schaltung vermeiden und dennoch die 
Basisspannung kompensieren. Mit P-Fets hätte ich dann über R5 genau die 
Spannung V1, mit Bipolartransistor geht noch ein kleiner basisstrom 
hinzu.

[Michael B. (laberkopp)]

Lothar schrieb:
> Was soll gemacht werden:
> Es sollen variable Differenzspannungen in der nähe der positiven
> Versorgungsspannung gemessen werden

Wie wäre LT1787 und LTC6101, TSC1031, TP1001S3 uva. wenn man sowieso 
einen Chip kaufen muss ?

[Flip B. (frickelfreak)]

Michael B. schrieb:
> Wie wäre LT1787 und LTC6101, TSC1031, TP1001S3 uva. wenn man sowieso
> einen Chip kaufen muss ?

zum aktuellen zeitpunkt denke ich, dass ein paar temperaturkompensierter 
Transistoren meinen anforderungen ausreichen.

High-side Current sense chips können nur wenige (hundert) millivolt, ein 
Gain von 8, 50 oder 100V/V ist eingebaut. Der dann notwendige 
spannungsvorteiler beeinträchtigt den stromverbrauch und die 
genauigkeit. Ich möchte hig-side Spannung 0-8V messen, nicht Strom! 
Optimal wäre ein verhältnis unter 0,33V/V

Dann läppert sich auch schnell der Einzelpreis der ICs. LT1787 liegt bei 
5€, da mal über 30 auf eine platine und schnell bin ich arm. Da sind mir 
die +-5% die ich mit etwas Software zur Linearen approximation aus zwei 
transistoren rausholen kann lieber, als +-3% für 10USD / ch.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Flip B. schrieb:
> zum aktuellen zeitpunkt denke ich, dass ein paar temperaturkompensierter
> Transistoren meinen anforderungen ausreichen.

Der BCV62 ist wie dafür gemacht.

[Flip B. (frickelfreak)]

Enrico E. schrieb:
> Der BCV62 ist wie dafür gemacht.

Top sache, solche paare kenne ich von früher aus Hifi-geräten. Die 
Transistoren sind wohl teilweise auf dem Die nochmal verschachtelt, um 
größtmögliche kopplung und kleine abweichungen zu erzielen.
https://zeptobars.com/en/read/National-LM394CH-super-matched-bjt

Mit der Bipolartransistor-variante hatte ich noch den schönheitsfehler, 
dass der Basisstrom mit durch den Widerstand fließt, und somit trotz 
kompensation der B-E spannung der Stromverstärkungsfaktor sich im 
ergebnis auswirkt, und der ist wiederrum temperaturabhängig. Mit P-Mos 
ist die VGS auch Drain-strom-abhängig was sich nicht perfekt ausgleicht. 
Das lässt sich alles in Software lösen.

Weiterhin würde ich gerne auch über 30V gehen, da wird es dann mit 
Matched pair PNP dünn.

Ich denke es wird letztendlich die AC-kopplung über einen Kerko ähnlich 
wie im Anhang. Es wird dann lediglich der Steuertransistor und der Kerko 
die volle betriebsspannung sehen. Ich bekomme meinen spannungsteiler 
unter, es ist vollständig betriebsspannungsunabhängig und die beiden 
Dioden gleichen sich aus, da durch sie derselbe strom fließt. Die dioden 
sind nur da, um einige kanäle nacheinander auf einen ADC-pin zu 
ver-odern.

[Michael B. (laberkopp)]

Enrico E. schrieb:
> Der BCV62 ist wie dafür gemacht.

Nicht monolithisch und nicht thermisch gekoppelt, schon ab 1mA laufen 
die Ströme auseinander wenn nicht zusätzlich deutliche externe 
Emitterwiderstände spendiert werden.

[H. H. (hhinz)]

Flip B. schrieb:
> Enrico E. schrieb:
>> Der BCV62 ist wie dafür gemacht.
>
> Top sache, solche paare kenne ich von früher aus Hifi-geräten. Die
> Transistoren sind wohl teilweise auf dem Die nochmal verschachtelt, um
> größtmögliche kopplung und kleine abweichungen zu erzielen.

Der BCV62 hat zwei getrennte Dice.

[Flip B. (frickelfreak)]

H. H. schrieb:
> Der BCV62 hat zwei getrennte Dice.

Das ist ja enttäuschend. da hätte ich fast 10ct. mehr ausgegeben und 
nicht das erhalten, was ich erwartete. Bei 30, 40V über dem einen 
transistor kann der sich schon etwas erwärmen. Wenn da zwei einzelne 
dice drin sind, sind die lediglich gut thermisch gekoppelt und 
hoffentlich schön gematched vom selben wafer.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

H. H. schrieb:
> Der BCV62 hat zwei getrennte Dice.

Ist aber trotzdem so gut es eben geht, thermisch gekoppelt.

Es gibt aber auch noch andere Transistorarrays, wo alle 
Transistoranschlüsse einzeln herausgeführt sind (BCM857BS). Sogar auch 
als Komplementärvariante.

[Flip B. (frickelfreak)]

Kann ich damit rechnen, dass die Dioden auf einem /zwei IC besser 
gematched sind als  8 nah aneinander platzierte einzeldioden von einer 
rolle? Also ein ULN2803 oder die zweckentfremdeten Eingangsdioden eines 
Logik-IC entgegen 8 stück 1N4148?