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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Negative Spannung erzeugen, 250mA


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Um ein bisschen Forschung zu betreiben muss ich die Möglichkeit haben 
Akkus mit einem konstanten Strom zu entladen. Entladen werden sollen 3 
NiCd Zellen in Reihe. Diese haben eine Spannung von ungefär 4V im 
vollgeladenen Zustand. Nun sollen diese kontrolliert mit einem 
konstanten Strom von bis zu 250mA entladen werden. Dies lässt sich ja 
mit nem LM317/337 realisieren.

Allerdings brauch ich dazu ne negative Spannungsquelle. Ist ne stabile 
Spannung mit ner Ladungspumpe möglich? Wie müsste ich die denn 
Dimensionieren bzw. welche Größen sind da ausschlaggebend?

Hätte da noch eine 2. Idee: Mein Labornetzteil kann Spannungen bis zu 
30V bei 3A bereitstellen. Was wenn ich nun mit einem 2. Spannungsregler, 
den ich auf 5V stelle, einen virtuellen GND für meine Schaltung 
bereitstelle? Dann lägen die eingestellten 10V direkt vom Netzteil gegen 
meinen Vgnd auf 5V. Das echte GND vom Netzteil läge dann gegen Vgnd auf 
-5V. Ginge das nicht auch?

Ein Problem gibt es noch, das ganze soll dann mit meinem PC über RS232 
kommunizieren. Gibt es ein Problem wenn ich meinen Vgnd vom Netzteil 
dann auf das PC-GND Potential lege?

mfg PoWl

Autor: Gast123 (Gast)
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Wofür braucht man da eine negative Spannung?

Autor: Paul H. (powl)
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Hm... die Frage kam in mir unterbewusst eben auch auf aber ist nicht 
ganz durchgekommen.

Ich brauch nur einen LM337 anstatt einem LM317 da ja der Strom nun 
reinfließt anstatt raus, hm? Aber reicht die Spannungsdifferenz zwischen 
Akku und GND von 3V für den LM denn um den Strom zu regulieren?

Autor: Olaf (Gast)
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> Allerdings brauch ich dazu ne negative Spannungsquelle.

Also wenn du etwas brauchst dann nennt man das Spannungssenke. Da
kaeme z.B eine Z-Diode in betracht, eine Leistungszdiode gebastelt aus
Transistor + Bandgap, oder gar nur ein Widerstand.

> Ein Problem gibt es noch, das ganze soll dann mit meinem PC über RS232
> kommunizieren.

Das Problem ist eher das die Leute immer gleich mit Computern rummachen 
wollen ohne die Analogtechnik zu beherrschen.
Bist du auch vom 10m Brett gesprungen und hast danach schwimmen gelernt?

Olaf

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Olaf (Gast)

>Also wenn du etwas brauchst dann nennt man das Spannungssenke. Da

Kaum. Eher Stromsenke. Genauer, Konstantstromsenke (bzw. Quelle).

Konstantstromquelle

Bau die mit nem Bipolartransistor und OPV. Dan brauchst du keine 
negeative Spannung.

>Das Problem ist eher das die Leute immer gleich mit Computern rummachen
>wollen ohne die Analogtechnik zu beherrschen.

Wer "berherrscht" denn heute noch Analogtechnik? Ein verschindend 
geringer Anteil. ICH auch nicht!

>Bist du auch vom 10m Brett gesprungen und hast danach schwimmen gelernt?

;-) New Market, New Age, Blue Chips.

MFG
Falk

Autor: Pieter (Gast)
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moin moin,

da Bakterien entladen werden sollen, muss die schon genannte Stromsenke 
zum Einsatz kommen.
Eine Stromsenke ist eine Stromquelle ohne eigene Versorgung. Dazu reicht 
der schon genannte LM317 aus. Da dieser nicht schaltbar ist, ein Relais 
oder FET als Schalter benutzen. Mit einem Komperator kann die 
Entladeschlußspannung überwacht werden. Eine elektronische Uhr als 
Start-Stop Zeit und schon kann die genaue Kapazität der Akkus gemessen 
werden.

Strom, Spannung und Zeit kann über den PC z.B. seriell abgefragt werden.

mfg Pieter

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Pieter (Gast)

>Eine Stromsenke ist eine Stromquelle ohne eigene Versorgung. Dazu reicht
>der schon genannte LM317 aus.

Der braucht aber gut 3V zum arbeiten. Eine Senke mit Bipolartransistor 
500mV und weniger.
Die Versorgung des OPV kann man problemlos aus dem USB ziehen.

MFG
Falk

Autor: JensG (Gast)
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hier ein Beispiel mit OPV und Transistor:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Bild 2, linker Teil
Anstatt R3 am kollektor nach + wird dort einfach das + des Akkus 
angeschlossen, und dessen Minus an Masse.

Autor: Olaf (Gast)
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> Kaum. Eher Stromsenke. Genauer, Konstantstromsenke (bzw. Quelle).

Ist doch egal, wir koennen doch jederzeit beides ineinander umrechnen
oder? :-P

Was man eigentlich braucht ist nur ein Widerstand! Daran kann ein 
Microcontoller ja problemlos die abfallende Spannung messen. Den Strom 
kann man dann ja ausrechnen wenn man den Wert des Widerstands weiss, die 
Leistung auch. Und wenn man das ganze noch integriert so kommt man sogar 
auf die Kapazitaet.
So arbeitet jedenfalls mein Testgeraet fuer LiIonen-Akkus.

Und wenn man den Widerstand noch schaltbar macht, dann kann der 
Microcontroller sogar Leerlaufspannung und Spannung bei Belastung mit 
einem bekannten Widerstand messen und daraus den Innenwiderstand 
ausrechnen und so eine Angabe ueber den Zustand des Akkus machen.
So arbeitet jedenfalls mein Testgeraet fuer LiIonen-Akkus. Aber ich 
wiederhole mich.

Und gleichzeitig kann der Microcontroller sogar noch als Schaltregler 
arbeiten und den Akku laden. Er kann dann sogar die Differenz zwischen 
rein und rausgehender Leistung anzeigen und etwas ueber den Wirkungsgrad 
aussagen.
So arbeitet jedenfalls...ach was solls....  :-)


Es mag aber natuerlich Teststellungen geben wo die Belastung einer 
Quelle mit einer Spannungssenke, oder Stromsenke wirklich notwendig ist. 
Vor allem wenn man Fragestellungen nachgeht die sich nicht mit dem 
einfachen Spannungsquellenersatzschaltbild erklaeren lassen das man sich 
normalerweise von einem Akku macht.
Aber natuerlich jemand der einen LM317 sucht wo Strom reinfliesst wird 
sich solche Fragen normalweise nicht stellen...

> Wer "berherrscht" denn heute noch Analogtechnik? Ein verschindend
> geringer Anteil. ICH auch nicht!

Stimmt. Ich kann nur abraten. Manchmal traeume ich davon wenigstens mal 
2Monate arbeitslos zu sein um mit dem Motorrad nach Wladiwostok zu 
fahren.

Andererseits ist das aber ein durchaus interessantes Gebiet, also 
Analogtechnik und nicht Wladiwostok. :-)

Olaf

Autor: Paul H. (powl)
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Ja, ich gebs ja zu ich habe zuerst mit Mikrocontrollern angefangen und 
dadurch etwas über Analogtechnik gelernt wo ich mich auch zunehmend 
fortbilde.

Die Kommunikation zwischen µC und PC funktioniert übrigens schon 
reibungslos, ist also nix neues ;-)

Hm, aus den normalen LM 317 fließt ja Strom rein, haben ja normalerweise 
auch das höhere Potential als der Anschluss hinterm Widerstand. Wenn der 
Akku nun allerdings ein höheres Potential als mein LM hat würde der 
Strom ja umgekehrt da durch fließen also bräuchte ich einen negativ 
Regler, einen LM 337 (hab ich).

Allerdings krig ich dann auch probleme mit meinem Netzeil. Da dieses 
intern ja auch positive Linearregler drin hat. D.h. das wird sich 
weigern ströme in die falsche Richtung fließen zu lassen. Was tun?

Ich könnte versuchen mit 2 FETs, nem Kondensator und meinem µC n zweiten 
Kondensator aufzupumpen der dann den LM337 speißt, oder?

mfg PoWl

Autor: JensG (Gast)
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also gehen sollte es schon mit dem Positivregler:
- Akku+ an Eingang des Reglers
- Akku- an Adjust-Eingang des Reglers
- Strommeß-R zw. Adjust und Ausgang des Reglers

Mit dem Negativregler gehts genau so, man muß nur "verkehrtherum denken" 
;-)

Problem: die Regler brauchen wohl schon so an die 3V zw. Ein-und 
Ausgang, und am Strommeß-R braucht der ja auch noch 1,25V (habe nicht 
ins Datenblatt geschaut, aber ich glaube, die interne Referenz war wohl 
1,25V).
Also im ganze über 4V, womit sich dieser Regler kaum so gebrauchen läßt 
bei einem 4V Akku. Aber es gibt doch sicher LowDrop Regler, die wie der 
LM3x7 beschaltet werden können, und mit weit weniger Spannung auskommen.
Da braucht man nicht erst mit negativen Spannungen loszulegen

Autor: JensG (Gast)
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Oder Du machst es eben so wie im von mir geposteten Link oben. Da haste 
praktisch nur die minimale Spannung über den Strommeß-R, bis zu der 
runter Du entladen kannst, und den R bzw. die Meßspannung darüber 
kannste ganz frei selbst auswählen (Uce bzw. Uds (bei Mosfet) des 
Transistors können wir ja fast vernachläßigen im durchgesteuerten 
Zustand)

Autor: Olaf (Gast)
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Mach dir bitte dringend klar das es zwischen positiver und negativer
Spannung und der Stromrichtung einen Unterschied gibt!

Sollte in einem LM317, oder auch in einem LM337 Strom hineinfliessen, 
also die anliegende absolute Spannung groesser sein, dann kannst du den 
beerdigen.

Olaf

Autor: JensG (Gast)
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und vor allem, du kannst dann mit dem µC ganz easy steuern, wie hoch der 
Strom sein soll, indem Du keine Z-Diode nimmst, sondern statt dessen die 
Spannung dort vom µC steuerst (die Spannung am Strommeß-R dort 
entspricht ja exakt dieser Steuerspannung, weil das der OPV so regelt)
Mit Strommeß-R meine ich übrigens den R2 im angegeben Link (Bild 2)

Autor: Paul H. (powl)
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werde die von Jens angesprochene methode mal probieren.

@ Olaf, hab ich doch :-) Strom fließt von Minus nach Plus, also vom 
tiefen zum höheren Potential. Normalerweise hat der LM317 das höhere 
Potential, der Strom fließt über die Schaltung gegen GND. In meinem Fall 
hat der Akku das höhere Potential als der LM. Also fließt der Strom aus 
dem LM raus zum Akku. Demnach brauch ich einen negativ-Rregler also den 
LM337.

Autor: Pieter (Gast)
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moin moin,

@Paul

als Kind wollte ich immer Baggerfahrer Paul werden....;-)

es gibt eine technische und eine physikalische Stromrichtung.

Da Du Akkus entladen willst, muss der Strom aus dem Akku rausfliessen.
Also Akku+ an Uin vom LM317, Uout(LM317) an 4R9 , Uadj zusammen mit dem 
4R9 an GND, Akku- an GND und der Akku wird entladen.
An dem 4R9 fallen 1,23V ab, Entladeschlußspannung der Akkus ist ca. 
3,75V, bleiben für den LM317 ca. 2,52V. Das reicht dem bei 250mA.

Der LM337 braucht allerdings mehr als 2,5V.

mfg Pieter

Autor: Paul H. (powl)
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Hm.. Aber aber..

Wenn ich die Akkus aufladen möchte, schalte ich das Minus der Akkus an 
GND und das Plus an eine Spannungsquelle deren Spannung über der der 
Akkus liegt. Der Akku hat in diesem Fall ein niedrigeres Potential als 
die Spannungsquelle. Das würde bedeuten, dass (da der Strom in der 
technischen Richtung ja von Minus nach Plus fließt) der Strom vom Akku 
in die Spannungsquelle fließt.

Lieg ich da falsch? Demnach muss, um den Akku zu entladen, Strom aus der 
Spannungsquelle heraus in den Akku fließen.

seufz, aber ich bemerke grad dass sowohl ich als auch du das ja schon 
einstimmig gesagt haben -.-

@Pieter, saugt der LM dann nicht noch zusätzlich zum eingestrellten 
Strom seine eigenen Verluste aus dem Akku mit raus?

mfg PoWl

Autor: JensG (Gast)
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übrigens - falls Du die von mir angesprochene methode probierst, dann 
auf alle darauf achten, daß der OPV den Transistor weit genug 
runterregeln kann, und der auch eine entsprechend niedrige 
Eingangsspannung verarbeiten kann (im extremfall bis nahe 
Massepotential, wenn Du das so weit auskosten willst.
Das kann meines Wissen nicht jeder OPV, so daß Du den entprechend 
auswählen solltest (Rail-to-Rail wären ideal, die sich praktisch von +Ub 
bis Masse durchsteuern lassen).
Auch sollte der OPV stabil gegen Schwingen für Verstärkungen um die 1 
sein, bzw. sich dafür kompensieren lassen - viele OPV arbeiten erst ab 
G=10 oder so stabil, was wir hier aber nicht haben.

Autor: Pieter (Gast)
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moin moin,

@Paul
...wie du merken kannst, ich bin kein Baggerfahrer geworden...;-)

http://de.wikipedia.org/wiki/Technische_und_physik...

Der Strom aus ADJ ist <0,1mA, sollte als Fehler vernachlässigbar sein.
Schau Dir mal den LM2941 an, der hat einen Schalteingang und braucht nur 
0,5V. Bei dem wird Uout+Adj über einen 5R1 an GND gelegt, also der 
Summenstrom.

@Jens
wenn die Basis über einen Spannungsteiler angesteuert wird, braucht man 
keine RtoR-Typ. Wichtiger ist Single Power supply, LM358 mit 3V to 32V.

mfg Pieter

Autor: JensG (Gast)
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@ Pieter (Gast)
ja, ist richtig, aber auch  bei den Eingängen gilt dies erstmal, und mit 
Spannungsteilern und notfalls Einsatz von eingeimpften Offsetspannungen 
die Eingänge in den validen Bereich ziehen, falls der OPV nicht bis an 
die Masse bzw. Plus mehr sauber arbeitet.
Spannungsteiler vor die Basis ist da noch das einfachste.
Aber so komplziert wollte ich es jetzt nicht unbedingt machen ;-) , 
deswegen der Hinweis zu RtoR als einfachste Variante.

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