Hallo.
Ich benötige Hilfe bei der Verständnis von Formeln und möchte mir daraus mit eurer Hilfe neue entwickeln.
Ich möchte gerne einen einstellbaren Linearregler mit einem DAC einstellen können. Dazu habe ich schöne Formeln im Netz gefunden, die Wunderbar funktionieren, zumindest für "gewöhnliche" LDO's.
Anhand der Formeln habe ich mir die erforderlichen Widerstände errechnet und zusammen mit einem MIC5207 LDO bestellt.
Die Simulation mit einem LT1761 in LTSpice hat die Berechnungen bestätigt.
Ich habe ziemlich doof geguckt, das sich der MIC5207 komplett anders verhält als erwartet... Normalerweise sinkt die Ausgangsspannung des LDO, wenn nach angehängtem Schaltplan die Spannung am DAC steigt und umgekehrt.
Beim MIC5207 steigt die Ausgangsspannung, wenn die DAC-Spannung steigt.
Formeln sind also für den MIC5207 nicht anwendbar...
Nach langem Überlegen kam ich auf die Idee, die Widerstände mal anders zu betrachten, nämlich Spannungsteiler und Parallele Widerstände.
Daraus entstand obige Formel für MIC5207 (mit Word mal Verständlich aufgeschrieben). Ich war total begeistert, als ich feststellte, das die Formel korrekt war und ich nun Widerstände durch probieren und einsetzen in die Formel herausfinden konnte. Messungen auf dem Steckbrett hatten die gleichen Ergebnisse wie zuvor berechnet.
Weitere Messungen ließen bei mir auch den Groschen fallen, dabei stand es die ganze Zeit im Datenblatt des MIC5207: die Referenzspannung zur Spannungsregelung am Ausgang ist bezogen auf VOUT, das heißt, die Spannung am Adjust-Pin ist = VOUT-VREF.
An "gewöhnlichen" LDO's ist anders: am Adjust-Pin liegt immer die VREF an, weil bezogen zu GND.
Hab dazu mal paar Bilder erstellt. Das wisst ihr bestimmt alle, als Profis.
Ich bin momentan dabei, die Formeln 2 und 3 zu verstehen aus obigem Anhang des Bildes "Formel Für LDO mit DAC". Seit Tagen sitze ich daran, mir zu erklären, wie das funktioniert. Ich möchte ebenso die Spannungen vorgeben wollen, um daraus R1 oder R2 zu berechnen. Mir ist bislang auch noch nicht klar, welchen ich Sinnvollerweise zuerst berechne. R1 oder R2 müsste ich ja vorgeben.
Ich habe mir versucht vorzustellen, das alle Spannungen im Verhältnis zu den Widerständen und zu sich selbst stehen, komme aber auf keine Lösung.
Wildes Formelumstellen und probieren führt ja nun auch zu nichts...
Könnte mir jemand evtl. einen Wink geben und mich auf die richtige Denk- und Herangehensweise bringen? Evtl. hat ja sogar schonmal einen Vergleichbaren LDO gehabt.
Klar könnte ich auch einen anderen LDO nehmen, nur ist die Auswahl und Bestellmöglichkeit in SOT23-5 in Deutschland sehr begrenzt, weder Reichelt noch Conrad haben welche, die meine Vorgaben entsprechen...
Ich würde mich freuen, wenn sich jemand bereit erklären könnte, Vielen Dank.
Hallo,
die Formeln so in der Form sind recht komplex und ich habe ehrlich keine Lust das jetzt aufzudröseln.
Deshalb gebe ich mal einen einfacheren Ansatz mit Formel, die das Problem schrittweise angehen.
Über R1 fällt bei der Art Regler wie dem MIC5207 die Referenzspannung ab.
Es gilt also U2 = Uref
Strom über R1 : I1 = Uref / R1
R1 soll hinreichend klein sein, so dass gilt: I1 >> I_adj
Damit kann der Eingangsstrom I_adj vernachlässigt werden.
Wenn du Uout als gesteuerte Größe haben willst, ergibt
sich: Uout = Uref + U2
der Spannungsafall an R2: U2 = Uout - Uref
Ohne den DAC muß der ganze Strom durch R2 abfließen.
Das ist der einfache Fall, der im Datasheet auch dokumentiert ist.
Strom über I2 = U2 / R2
Wenn du nun die Ausgangsspannung verändern willst, mußt du vom
Knotenpunkt R1,R2,R3 über R3 Strom abziehen oder zuführen.
Da gilt also: I1 = I2 + I3
Der Strom über R3 laßt sich auch bestimmen:
I3 = U3 / R3 und weiter Uout = Udac + U3 + Uref
und dann ist: Udac = Uout - U3 - Uref
Sofern ich mich nicht irgendwo verhaspelt habe, solltest du dich durch die kleinen Formeln durchhangeln können, weil da immer nur eine Unbekannte drin ist.
Gruß oeletronika
Dein Regler verhält sich wie die üblichen 3-Pin Regler, z.B. die bekannten LM317, LM1117. Es wird die Spannung zwischen OUT und ADJ konstant gehalten, d.h. über R1. Daher lassen sich die üblichen Regler nicht bis auf 0V herab einstellen.
Du hast wohl erwartet, daß er von ADJ nach GND regelt.
Danke für eure Antworten. Nur komme ich irgendwie dann doch noch nicht so recht weiter oder ich habe immer noch einen Denkfehler.
Also gegeben sind z.b.:
VOUT_Max : 3,4V
VOUT_Min : 2,0V
VDAC_Max : 2,048V
VDAC_Min : 0,0V
R1 : 170000 Ohm
VREF_LDO : 1,242V
Anhand dieser Werte möchte ich R2 und R3 berechnen.
Strom über R1 ist ja VREF_LDO/R1 = 1,242V/170000 Ohm = 7,3058µA
Spannung an R2 beträgt VOUT-VREF. Diese ist ja variabel, also kann die Spannung: 3,4V - 1,242V = 2,058V und 2,0V - 1,242V = 0,758V betragen.
Spannung an R3 wäre VOUT-VREF-VDAC. Also ebenfalls variabel:
3,4V - 1,242V - 2,048V = 0,11V und 2,0V - 1,242V - 0,0V = 0,758V.
Wie kommt man jetzt weiter?
Zu Peter: ja, hatte erwartet, das der MIC5207 nach GND regelt.
Und ich kann keinen LDO nennen, der sich so verhält. Ich habe mich da vielleicht falsch ausgedrückt, wollte auf die Unterschiedliche Regelungsart hinaus.
Würde mich über weitere Antworten freuen. Danke schonmal.
Ich habe ziemlich doof geguckt, das sich der MIC5207 komplett anders
verhält als erwartet... Normalerweise sinkt die Ausgangsspannung des
LDO, wenn nach angehängtem Schaltplan die Spannung am DAC steigt und
umgekehrt.
Ich habe kein Spice Modell für den MIC5207, im DB ist jedoch ein vereinfachtes Prinzipschaltbild angegeben (s. Anhang) welches zum Verständnis der Funktionsweise des Spannungsreglers sehr hilfreich ist.
Anhand des Schaltbildes komme ich auf folgende Formel für die Ausgangsspannung Ua:
Ua = Uref + {[(Vref x (Rr + Rd) - (Vdac x Rr)) x Rf] / (Rr x Rd)}
Im angehängten Bsp. wird mit Vdac = 0V eine max. Ua = 10V und mit
Vdac = 5V eine min. Ausgangsspannung Ua = 1.25V (Vref) ausgegeben.
Einen sinvollen Wert für Rr wählen.
Anhand der max. DAC-Spannung Vdac nun Rd berechnen, sodass an Rr eine Spannung in Höhe der Vref abfällt.
Vdac = 0 setzen. Vref fällt nun an Rr||Rd ab, woraus mit Hilfe der max. auszugebenden Spannung Ua nun Rf ermittelt werden kann.
Weitere Messungen ließen bei mir auch den Groschen fallen, dabei stand
es die ganze Zeit im Datenblatt des MIC5207: die Referenzspannung zur
Spannungsregelung am Ausgang ist bezogen auf VOUT, das heißt, die
Spannung am Adjust-Pin ist = VOUT-VREF.
Das Prinzipschaltbild zeigt, dass der MIC5207 die Ausgangsspannung solange verstellt bis am ADJ-Pin Vref anliegt.
Na damit kann man doch endlich auch was anfangen.
Du willst 1,4V Hub, der DAC schafft 2V, also geht das ohne aktive Parts.
3,4V - 1,242V = 2,158V
Du brauchst also noch einen Widerstand vom DAC zum ADJ, an dem
2,158V - 2,048V = 118mV abfallen.
Die 2V werden dann erreicht bei
DAC = 2V - 1,242V - 118mV = 0,64V.
Also 2 Widerstände und fertig.
Daß der DAC unter Last wirklich bis 0,0V runter geht, glaube ich Dir nicht. Ich würde da 100mV ansetzen, aber besser ins DB des DAC schauen.
Ich habe kein Spice Modell für den MIC5207, im DB ist jedoch ein
vereinfachtes Prinzipschaltbild angegeben (s. Anhang)
Keine Ahnung wo du das Prinzipschaltbild her haben willst.
Aber es ist falsch. Genau deswegen gibt es diesen Thread.
Der MIC5207 bezieht (genauso wie seine bekannteren Brüder LM317 & Co) sowohl seine Referenzspannung als auch den Spannungsteiler auf die Ausgangsspannung. Das sieht man sehr schön in dem (jetzt aber wirklich) Prinzipschaltbild im Anhang. Das stammt aus dem Datenblatt von Micrel, das man bei z.B. alldatasheet.com findet.
Also gegeben sind z.b.:
VOUT_Max : 3,4V
VOUT_Min : 2,0V
VDAC_Max : 2,048V
VDAC_Min : 0,0V
Im Prinzip kann man einen Linearregler wie den MIC5207 als Spannungfolger betrachten, der einen extra Offset in der Größe seiner Referenzspannung (1.24V beim MIC5207BM) hat.
Da der Hub am DAC größer ist als der geforderte Hub am Regler, kann man (wie Peda schon anmerkte) den Spannungsregler einfach als "Treiber" an den DAC Ausgang schalten. Den gewünschten Offset (mindestens Vref) vergrößert man mit einem Widerstand.
1
MIC5207BM
2
.------------.
3
Uin-----|In Out |--*--- Uaus
4
| Adj | |
5
'------------' |
6
| |
7
DAC ---[R1]---*---[R2]--'
R1 und R2 dimensioniert man nach dem Datenblatt des MIC5207 z.B. auf 2.0V Ausgangsspannung (das ist dann der o.g. Offset). Dann ist bei DAC=0V die Ausgangsspannung genau diese 2.0V und für 3.4V muß man den DAC auf 1.4V einstellen. Es kann allerdings sinnvoller sein, den MIC auf nur 1.4V Offset zu stellen. Dann muß man den DAC zwischen 0.6V und 2.0V einstellen. Das kommt dem DAC entgegen, der an seinen Ausgang ganz sicher nicht 0.0V schafft.
Der MIC5207 bezieht (genauso wie seine bekannteren Brüder LM317 & Co)
sowohl seine Referenzspannung als auch den Spannungsteiler auf die
Ausgangsspannung.
Nein, der MIC5207 funktioniert nicht wie ein LM317. Beim LM317 lässt sich am ADJ-Pin eine Spannung anlegen und die Ausgangsspannung ist dann einfach um Vref = 1,25V höher (s. Anhang). Das klappt verständlicherweise beim Micrel LDO-Regler so nicht.
Keine Ahnung wo du das Prinzipschaltbild her haben willst.
Aber es ist falsch. Genau deswegen gibt es diesen Thread.
Bitte lass den Unsinn. Ist das so schwer meinen Anhang anzusehen und mit
der identischen "Prinzipschaltung" aus dem DB des MIC5207 zu
vergleichen?
Du redest wirr. Das Datenblatt des MIC5207 enthält keine derartige Schaltung. Sondern die von mir oben gezeigte. Und zwar sowohl sowohl das Datenblatt von Micrel als auch das von Microchip:
Das zeigt genau so wie der Screenshot von mir, daß der Bezugspunkt für Vref und für den Spannungteiler zur Einstellung der Spannung die Ausgangsspannung ist. Und nicht GND wie Robert behauptet (und in seiner Simulation so verwendet).
Und dieser obige interne Schaltplan gilt für die Festspannungsvarianten,
bei denen der ADJ nicht herausgeführt ist.
Bei der einstellbaren Variante ist der Spannungsteiler extern und wie
üblich sitzt die Vref zwischen Out und Adj.
Ich bin mir sehr sicher, daß Micrel die einstellbare Variante genauso wie die Festspannungsvarianten gebaut hat. Der Unterschied ist lediglich, daß letztere den Spannungsteiler intern haben.
Allerdings ist das für diesen Thread ohne Belang, weil der TO sicherlich die einstellbare Variante des MIC5207 verwendet.
Das Datenblatt des MIC5207 enthält keine derartige
Schaltung. Sondern die von mir oben gezeigte.
Das Problem ist nur, die Regelung, in der von dir angehängten Prinzipschaltung, funktioniert nicht wenn Vref auf die Ausgangsspannung bezogen ist, d.h. zwischen ADJ und Ausgang anliegt.
Mit Vref bezogen auf der Ausgangsspannung, fehlt am Ausgang des internen Fehlerverstärkers (OPV) eine zusätzliche, invertierende Stufe (s. Anhang). Das Prinzipschaltbild aus dem DB ist unvollständig bzw. gilt nur, so wie dargestellt, wenn die interne Spannungsreferenz Vref auf Masse bezogen ist.
D.h. die Ansteuerung des MIC5207 mit einem DAC würde sich, genau wie beim LM317, sehr einfach darstellen. Es spricht nichts dagegen die digital erzeugte Steuerspannung, ohne zusätzliche Widerstände, direkt an ADJ anzulegen (s. Anhang). Die Ausgangsspannung Ua wäre damit Ua = Vdac + Vref.
Es handelt sich um eine Standardschaltung für LDO-Spannungsregler. Der hier im Thread erwähnte LT1761 müsste z.B. so aufgebaut sein. Das DB liefert leider keine Angaben dazu. Dessen Referenzspannung liegt an ADJ an und ist bezogen auf Masse.
Das Datenblatt des MIC5207 enthält keine derartige
Schaltung. Sondern die von mir oben gezeigte.
Das Problem ist nur, die Regelung, in der von dir angehängten
Prinzipschaltung, funktioniert nicht wenn Vref auf die Ausgangsspannung
bezogen ist, d.h. zwischen ADJ und Ausgang anliegt.
Mit Vref bezogen auf der Ausgangsspannung, fehlt am Ausgang des internen
Fehlerverstärkers (OPV) eine zusätzliche, invertierende Stufe
Das mag sein. Beschwer dich bei Microchip. Bzw. bei Micrel.
Aber das Datenblatt ist andererseits ganz klar. Aus der im Abschnitt "4.9 Adjustable Regulator Applications" (Seite 13 des Microchip Datenblattes) angegebenen Formel geht ganz klar hervor, daß Vref über dem oberen Widerstand (von Vout nach Adj, da mit R1 bezeichnet) abfällt. Ergo ist die Referenzspannung auf Vout bezogen.
Und das Prinzipschaltbild dem MIC5207 zeigt das auch ganz klar. Das einzige, was da einen Bezug zu GND hat, ist der Fußpunkt des Spannungsteilers.
D.h. die Ansteuerung des MIC5207 mit einem DAC würde sich, genau wie
beim LM317, sehr einfach darstellen. Es spricht nichts dagegen die
digital erzeugte Steuerspannung, ohne zusätzliche Widerstände, direkt an
ADJ anzulegen (s. Anhang).
Welche Kehrtwende? Ich verlasse mich primär auf Schaltbilder und das im DB bedingt eine auf Masse bezogene Spannungsreferenz. Die DB-Prosa behauptet das Gegenteil. Es kann nunmal nicht beides stimmen. Sollte der MIC5207 in der Funktion tatsächlich einem LM317 oder dessen Konsorten ähneln, nehme ich das gerne zur Kenntnis.
Ich verlasse mich primär auf Schaltbilder und das im
DB bedingt eine auf Masse bezogene Spannungsreferenz.
Nö, die Referenz liegt eindeutig von OUT zu IN- des Regelverstärkers (Seite 2). Kein Draht von BANDGAP REF nach GND. Ansonsten würde C_BYP auch nicht stabilisieren, sondern die Gegenkopplung aufheben.
Und auch die Gleichung 4-8 zeigt es eindeutig. Setzt man R2 zu 0Ω, kommen 1,242V raus (Seite 13). An R1 fällt immer V_REF ab.
Alternativ kann man ja auch einen multiplizierenden DAC wie den MCP4922 nehmen und eine Ausgangsspannung auf die Referenzspannung erniedrigen. So wuerde man Ausgangsspannungen hoeher wie die Referenspannung erreichen.
Nö, die Referenz liegt eindeutig von OUT zu IN- des Regelverstärkers
(Seite 2).
Die Regelung funktioniert nicht mit der Spannungsreferenz in dieser Anordnung.
Bezieht sich Vref tatsächlich auf die Ausgangsspannung, was anhand verschiedener Anzeichen durchaus wahrscheinlich ist, wäre die logische Schlussfolgerung, dass der Rest des Schaltbildes falsch ist.
Nö, die Referenz liegt eindeutig von OUT zu IN- des Regelverstärkers
(Seite 2).
Die Regelung funktioniert nicht mit der Spannungsreferenz in dieser
Anordnung.
Breaking News! Das mußt du unbedingt Microchip erzählen. Wenn die doch Spannungsregler verkaufen, die nicht funktionieren ...
Bezieht sich Vref tatsächlich auf die Ausgangsspannung, was anhand
verschiedener Anzeichen durchaus wahrscheinlich ist, wäre die logische
Schlussfolgerung, dass der Rest des Schaltbildes falsch ist.
Natürlich nicht. Die beiden Eingänge vom OPV wären nur vertauscht. Das ist wohl kaum "der Rest des Schaltbildes".
Ich meinte natürlich einstellbare Regler, wo der ADJ nach außen geführt ist. Bei Festspannungsreglern ist es doch völlig wurscht, was intern abgeht.
Aber der TO hat schon einen genannt (mitten im Text versteckt).
Vielen lieben Dank für eure Antworten und die rege Diskussion.
Ich hätte mich vielleicht anders ausdrücken sollen: am MIC5207 fällt die Referenzspannung an R1 ab, am LT1761 z.B. dann über R2.
Der LDO dort ist zwar einer, der seine VREF über R2 hat nach obigen Schaltplan, aber die Vorgehensweise fand ich interessant und hab damit weiter experimentiert.
Ich habe eine Tabelle in Excel erstellt, um evtl. zusammenhänge zu finden.
Wurde auch fündig. Mir fiel auf, das wenn ich R3 verändere, mein Spannungsunterschied am Ausgang VOUT sich proportional im Verhältnis R2/R3 ändert, und ich mit R1 diesen Unterschied verschieben kann.
Also muss ich R2 vorgeben und kann nun R3 wie folgt berechnen:
R3= R2*(((VDACH-VDACL)/(VOUTH-VOUTL))-1).
Aus R2 und R3 kann ich nun R1 berechnen.
Formeln funktionieren super. Auch wenn ich die erstmal nur einmal brauchen werde, so hat mir die Suche danach viel über die Zusammenhänge von Widerstandsnetzwerken gelehrt und weiß jetzt ungefähr, was die Kirchhoffsche Regel besagt, die Steckt in der Berechnung von R1 drin.
Nagelt mich bitte nicht auf obige Aussage fest, ich konnte zu Kirchhoff und meinem Problem irgendwie parallelen erkennen...
Ich für meinen Teil bin stolz obige Erkenntnis nun zu haben.
Auch wenn ich die erstmal nur einmal
brauchen werde, so hat mir die Suche danach viel über die Zusammenhänge
von Widerstandsnetzwerken gelehrt und weiß jetzt ungefähr, was die
Kirchhoffsche Regel besagt, die Steckt in der Berechnung von R1 drin.
Ich für meinen Teil bin stolz obige Erkenntnis nun zu haben.
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MIC5207_Schaltplan_bearbeitet.PNG
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Formel_fuer_LDO_mit_DAC.PNG
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