Strombegrenzte, einstellbare Präzisionsspannun gsquelle

[Rolf Mennekes]

Hallo,

eine Frage an die Analogixe.
Für eine Präzisionsspannungsquelle nutze ich einen Shuntregler in der
klassischen Schaltung
http://www.diodes.com/datasheets/ZTL431_432.pdf
Seite 5. R1 und R2 sind mit einem Digitalpoti realisiert.
Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V. Soweit funktioniert das auch problemlos.
Allerdings hat die Schaltung einen Haken. Um die Spannung auf 10V
einzustellen darf der Vorwiderstand höchstens 250R werden (unter
Berücksichtigung des worst case Falls sogar nur 215R). Das bedeutet aber
logischer weise, dass bei 5V 47mA aus der 15V Quelle fließen und bei
lastseitigem Kurzschluss 71mA. Das macht Probleme.
Da der Betriebstemperaturbereich sehr weit gespannt ist, ist eine
temperaturkompensierte Lösung sinnvoll. Meine Überlegung auch hierzu
eine klassische Schaltung mit einem LM337 (das ganze soll für negative
Spannungen funktionieren) an Stelle des Vorwiderstands.
http://www.national.com/ds/LM/LM137.pdf
Seite 6
oder mit LM317
http://www.audioxpress.com/magsdirx/ax/addenda/media/jung2779.pdf
Seite 1; Figure 10A

Da ich vom Prototyp (ohne LM317/337) direkt in die Fertigung gehen muss,
möchte ich hier die Spezialisten fragen.

- Kann das so funktionieren
- Weiß Jemand eine bessere Lösung

Nochmals die Spec zusammengefasst:
- Uin: max 15,13V
- Iin: max. 25mA
- Uout: 5V bis 10V einstellbar, hohe Konstants
- Iout: max. 20mA
- Rlast: 500R bis 1k
- Kurzschluss- und Leerlauffest


Gruß und schon mal vielen Dank
Rolf

 

[Rolf Mennekes]

Am 10.04.2011 22:07, schrieb Rolf Mennekes:

Hallo,

eine Frage an die Analogixe.
Für eine Präzisionsspannungsquelle nutze ich einen Shuntregler in der
klassischen Schaltung
http://www.diodes.com/datasheets/ZTL431_432.pdf
Seite 5. R1 und R2 sind mit einem Digitalpoti realisiert.
Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V. Soweit funktioniert das auch problemlos.
Allerdings hat die Schaltung einen Haken. Um die Spannung auf 10V
einzustellen darf der Vorwiderstand höchstens 250R werden (unter
Berücksichtigung des worst case Falls sogar nur 215R). Das bedeutet aber
logischer weise, dass bei 5V 47mA aus der 15V Quelle fließen und bei
lastseitigem Kurzschluss 71mA. Das macht Probleme.
Da der Betriebstemperaturbereich sehr weit gespannt ist, ist eine
temperaturkompensierte Lösung sinnvoll. Meine Überlegung auch hierzu
eine klassische Schaltung mit einem LM337 (das ganze soll für negative
Spannungen funktionieren) an Stelle des Vorwiderstands.
http://www.national.com/ds/LM/LM137.pdf
Seite 6
oder mit LM317
http://www.audioxpress.com/magsdirx/ax/addenda/media/jung2779.pdf
Seite 1; Figure 10A

Da ich vom Prototyp (ohne LM317/337) direkt in die Fertigung gehen muss,
möchte ich hier die Spezialisten fragen.

- Kann das so funktionieren
- Weiß Jemand eine bessere Lösung

Nochmals die Spec zusammengefasst:
- Uin: max 15,13V
- Iin: max. 25mA
- Uout: 5V bis 10V einstellbar, hohe Konstants
- Iout: max. 20mA
- Rlast: 500R bis 1k
- Kurzschluss- und Leerlauffest


Gruß und schon mal vielen Dank
Rolf
Hallo,

ist alles Quatsch was ich hier verzapft habe.
Man sollte einfach nicht am Sonntagabend noch solche Umbauten planen.
Werde jetzt nach Hause gehen und das Ganze überschlafen (und den
Fertigungstart verschieben).

Bin aber für Hinweise trotzdem dankbar.

Gruß
Rolf

 

[Joerg]

Rolf Mennekes wrote:

Hallo,

eine Frage an die Analogixe.
Für eine Präzisionsspannungsquelle nutze ich einen Shuntregler in der
klassischen Schaltung
http://www.diodes.com/datasheets/ZTL431_432.pdf
Seite 5. R1 und R2 sind mit einem Digitalpoti realisiert.
Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V. Soweit funktioniert das auch problemlos.
Allerdings hat die Schaltung einen Haken. Um die Spannung auf 10V
einzustellen darf der Vorwiderstand höchstens 250R werden (unter
Berücksichtigung des worst case Falls sogar nur 215R). Das bedeutet aber
logischer weise, dass bei 5V 47mA aus der 15V Quelle fließen und bei
lastseitigem Kurzschluss 71mA. Das macht Probleme.
Da der Betriebstemperaturbereich sehr weit gespannt ist, ist eine
temperaturkompensierte Lösung sinnvoll. Meine Überlegung auch hierzu
eine klassische Schaltung mit einem LM337 (das ganze soll für negative
Spannungen funktionieren) an Stelle des Vorwiderstands.
http://www.national.com/ds/LM/LM137.pdf
Seite 6
oder mit LM317
http://www.audioxpress.com/magsdirx/ax/addenda/media/jung2779.pdf
Seite 1; Figure 10A

Da ich vom Prototyp (ohne LM317/337) direkt in die Fertigung gehen muss,
möchte ich hier die Spezialisten fragen.

- Kann das so funktionieren
- Weiß Jemand eine bessere Lösung

Nochmals die Spec zusammengefasst:
- Uin: max 15,13V
- Iin: max. 25mA
- Uout: 5V bis 10V einstellbar, hohe Konstants
- Iout: max. 20mA
- Rlast: 500R bis 1k
- Kurzschluss- und Leerlauffest

Wie waere es mit einer ganz profanen Opamp-Loesung?

Also einen Opamp als Folger oder auch als Verstaerker schalten, nach
Belieben Offset drauf geben damit die digitale Einstellung moeglichst
bequem wird. Am Eingang speist Du Dein Sollsignal ein und dann haelt er
das am Ausgang beinhart. Er muss natuerlich 20mA bis 1-2V oder so an die
Versorgungen ran schaffen. Damit waere die Konstantspannungsquelle
schonmal erledigt.

Bleibt noch die Strombegrenzung zu erledigen. Hier koennte man den LM317
plus einen Widerstand nehmen wie im Audioxpress Link. Nur dass das
einfach in die positive Spannungsversorgung des Opamp kommt. Musst dann
eine Schueppe (paar mA) fuer den Opamp selbst drauflegen.

Fuer die negatives Seite dann LM337, gleiche Schaltungsart. Habe ich
noch nicht als Stromregler eingesetzt, andere wohl schon, Seite 5:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/lm237.pdf

Dort aber entsprechend Kondensatoren einsetzen, da das vom Prinizip her
ein LDO ist und daher zickig. An den Reglern fallen je 1.25V plus
Drop-out Spannung ab. Letztere ist bei 20mA nicht zu hoch, aber nimm zur
Sicherheit Worst Case an. Dieser gesamte Abfall sagt Dir wie nah es der
Opamp bei 20mA Last an die jeweilige Schiene schaffen muss. Notfalls
einen R-R Typen nehmen, aber vielleicht reicht hier noch ein normaler
fuer 10 Cents weniger.

Viel billiger geht es kaum

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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[MaWin]

"Rolf Mennekes" <rm@estec.de> schrieb im Newsbeitrag
news:int2ls$vqi$1@online.de...

- Weiß Jemand eine bessere Lösung


Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V.

Schafft doch locker jeder OpAmp, und viele Typen regeln zuverlässig
zwischen 20mA und 40mA ab, haben also eine eingebaute passende
Strombegrenzung.

Also einfach dein Digitalpoti (A/D-Wandler-Ausgang) 5-10V erzeugen lassen,
und einen (z.B. mit 12V versorgten) OpAmp als Spannungsfolger nachschalten.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://freenet-homepage.de/mawin/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Rolf Mennekes]

Am 10.04.2011 23:26, schrieb MaWin:

"Rolf Mennekes"<rm@estec.de> schrieb im Newsbeitrag
news:int2ls$vqi$1@online.de...

- Weiß Jemand eine bessere Lösung


Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V.

Schafft doch locker jeder OpAmp, und viele Typen regeln zuverlässig
zwischen 20mA und 40mA ab, haben also eine eingebaute passende
Strombegrenzung.

Also einfach dein Digitalpoti (A/D-Wandler-Ausgang) 5-10V erzeugen lassen,
und einen (z.B. mit 12V versorgten) OpAmp als Spannungsfolger nachschalten.
Das mit dem OP hatte ich auch schon überlegt. Aber keinen passenden

gefunden.
Nach dem Shuntregler kommt viel C um Störungen von außen abzufangen (Burst).
Die OP für "unlimited cap load" haben einen zu hohen Kurzschlussstrom.
OPs mit einem definierten Kurzschlussstrom zwischen 20mA und 25mA habe
ich nicht gefunden. Auch ist der Ausgangsspannungshub bei Kurzschluss
(oder in der Nähe) nicht definiert. Alles in allem keine Lösung, mit der
ich ungetestet in die Serie gehen möchte.

Ich habe mir eine Schaltung mit 2 Shuntreglern und einem Transistor
überlegt (einen strombegrenzten Serienregler). Ich möchte so wenig wie
möglich an der Schaltung ändern, da die ganzen Test und Abnahmen durch
sind. Ideal wäre, nur den Vorwiderstand durch eine Strombegrenzung zu
ersetzen. Mal sehen, ob mir da noch was einfällt.

Im Momenmt kämpfe ich noch, das Modell eines TL431 in LTSpice zu
implementieren (das vorhandene Modell des LT1009 scheint eine Macke zu
haben). Ich bekomme immer die Fehler Meldung "Missing schematic(s) of
the hierarchy: tl431". Habe das Modell und zugehörige Zeichnung hier
gefunden.
http://www.g-pb.de/LTspice/
Muss allerdings gestehen, dass dies mein erster ernsthafter Einsatz von
LTSpice ist.
Aber vielleicht liest eine LTSpice Spezialist mit und kann mir einen
Tipp geben.
(Den Pfad für das Modell habe ich angepasst: SYMATTR SpiceModel
C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\lib\sub\TL431.sub)

Gruß
Rolf

 

[Joerg]

Rolf Mennekes wrote:

Am 10.04.2011 23:26, schrieb MaWin:
"Rolf Mennekes"<rm@estec.de> schrieb im Newsbeitrag
news:int2ls$vqi$1@online.de...

- Weiß Jemand eine bessere Lösung


Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V.

Schafft doch locker jeder OpAmp, und viele Typen regeln zuverlässig
zwischen 20mA und 40mA ab, haben also eine eingebaute passende
Strombegrenzung.

Also einfach dein Digitalpoti (A/D-Wandler-Ausgang) 5-10V erzeugen
lassen,
und einen (z.B. mit 12V versorgten) OpAmp als Spannungsfolger
nachschalten.
Das mit dem OP hatte ich auch schon überlegt. Aber keinen passenden
gefunden.
Nach dem Shuntregler kommt viel C um Störungen von außen abzufangen
(Burst).

Dafuer gibt es Trick 17, in Figure 5 gezeigt:

http://www.national.com/ds/LM/LMV321.pdf

Die OP für "unlimited cap load" haben einen zu hohen Kurzschlussstrom.
OPs mit einem definierten Kurzschlussstrom zwischen 20mA und 25mA habe
ich nicht gefunden. Auch ist der Ausgangsspannungshub bei Kurzschluss
(oder in der Nähe) nicht definiert. Alles in allem keine Lösung, mit der
ich ungetestet in die Serie gehen möchte.

Ich habe mir eine Schaltung mit 2 Shuntreglern und einem Transistor
überlegt (einen strombegrenzten Serienregler). Ich möchte so wenig wie
möglich an der Schaltung ändern, da die ganzen Test und Abnahmen durch
sind. Ideal wäre, nur den Vorwiderstand durch eine Strombegrenzung zu
ersetzen. Mal sehen, ob mir da noch was einfällt.

Tun es denn LM317/337 mit Widerstand nicht? Das geht auch beim Opamp und
dann ist der Ausgangspegel dadurch begrenzt dass der Ausgang soweit
abfaellt bis er aus dem Ueberstrombereich heraus ist.

Im Momenmt kämpfe ich noch, das Modell eines TL431 in LTSpice zu
implementieren (das vorhandene Modell des LT1009 scheint eine Macke zu
haben). Ich bekomme immer die Fehler Meldung "Missing schematic(s) of
the hierarchy: tl431". Habe das Modell und zugehörige Zeichnung hier
gefunden.
http://www.g-pb.de/LTspice/
Muss allerdings gestehen, dass dies mein erster ernsthafter Einsatz von
LTSpice ist.
Aber vielleicht liest eine LTSpice Spezialist mit und kann mir einen
Tipp geben.
(Den Pfad für das Modell habe ich angepasst: SYMATTR SpiceModel
C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\lib\sub\TL431.sub)

Das ueberlasse ich lieber Helmut Sennewald. Oder frage mal in der
LTSpice Yahoo Gruppe.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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[Rolf Mennekes]

Am 12.04.2011 02:19, schrieb Joerg:

Also die Lösung sieht jetzt wie folgt aus:
- Die Referenzspannungsquelle bleibt unberührt
- Der Vorwiderstand wird durch eine Stromquelle ersetzt. Wie
http://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431A.pdf Figure 13

Jörg, keine Aufregung wegen dieser Luxusschaltung , aber wenn die
max. 25mA nicht eingehalten werden ist der dann notwendige Aufwand ein
Vielfaches.

Laut Simulation (LTSpice läuft jetzt) werden so über den gesamten
Spannungs, Last und Temperaturbereich die Forderungen eingehalten.

PS: Die Fehlermeldung von LTSpice lag an einer falschen Dateikennung des
Modells, .sub statt .lib

Vielen Dank für eure Anregungen.

Gruss
Rolf

Rolf Mennekes wrote:
Am 10.04.2011 23:26, schrieb MaWin:
"Rolf Mennekes"<rm@estec.de> schrieb im Newsbeitrag
news:int2ls$vqi$1@online.de...

- Weiß Jemand eine bessere Lösung


Ziel ist eine einstellbare, kurzschlussfeste Konstantspannung von 5V bis
10V/20mA aus 15V.

Schafft doch locker jeder OpAmp, und viele Typen regeln zuverlässig
zwischen 20mA und 40mA ab, haben also eine eingebaute passende
Strombegrenzung.

Also einfach dein Digitalpoti (A/D-Wandler-Ausgang) 5-10V erzeugen
lassen,
und einen (z.B. mit 12V versorgten) OpAmp als Spannungsfolger
nachschalten.
Das mit dem OP hatte ich auch schon überlegt. Aber keinen passenden
gefunden.
Nach dem Shuntregler kommt viel C um Störungen von außen abzufangen
(Burst).


Dafuer gibt es Trick 17, in Figure 5 gezeigt:

http://www.national.com/ds/LM/LMV321.pdf


Die OP für "unlimited cap load" haben einen zu hohen Kurzschlussstrom.
OPs mit einem definierten Kurzschlussstrom zwischen 20mA und 25mA habe
ich nicht gefunden. Auch ist der Ausgangsspannungshub bei Kurzschluss
(oder in der Nähe) nicht definiert. Alles in allem keine Lösung, mit der
ich ungetestet in die Serie gehen möchte.

Ich habe mir eine Schaltung mit 2 Shuntreglern und einem Transistor
überlegt (einen strombegrenzten Serienregler). Ich möchte so wenig wie
möglich an der Schaltung ändern, da die ganzen Test und Abnahmen durch
sind. Ideal wäre, nur den Vorwiderstand durch eine Strombegrenzung zu
ersetzen. Mal sehen, ob mir da noch was einfällt.


Tun es denn LM317/337 mit Widerstand nicht? Das geht auch beim Opamp und
dann ist der Ausgangspegel dadurch begrenzt dass der Ausgang soweit
abfaellt bis er aus dem Ueberstrombereich heraus ist.


Im Momenmt kämpfe ich noch, das Modell eines TL431 in LTSpice zu
implementieren (das vorhandene Modell des LT1009 scheint eine Macke zu
haben). Ich bekomme immer die Fehler Meldung "Missing schematic(s) of
the hierarchy: tl431". Habe das Modell und zugehörige Zeichnung hier
gefunden.
http://www.g-pb.de/LTspice/
Muss allerdings gestehen, dass dies mein erster ernsthafter Einsatz von
LTSpice ist.
Aber vielleicht liest eine LTSpice Spezialist mit und kann mir einen
Tipp geben.
(Den Pfad für das Modell habe ich angepasst: SYMATTR SpiceModel
C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\lib\sub\TL431.sub)


Das ueberlasse ich lieber Helmut Sennewald. Oder frage mal in der
LTSpice Yahoo Gruppe.

 

[Joerg]

Rolf Mennekes wrote:

Am 12.04.2011 02:19, schrieb Joerg:

Also die Lösung sieht jetzt wie folgt aus:
- Die Referenzspannungsquelle bleibt unberührt
- Der Vorwiderstand wird durch eine Stromquelle ersetzt. Wie
http://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431A.pdf Figure 13

Jörg, keine Aufregung wegen dieser Luxusschaltung , aber wenn die
max. 25mA nicht eingehalten werden ist der dann notwendige Aufwand ein
Vielfaches.

Vier Bauteile statt zwei? Bei Euren Bestueckungskosten? Also nee ...

Laut Simulation (LTSpice läuft jetzt) werden so über den gesamten
Spannungs, Last und Temperaturbereich die Forderungen eingehalten.

Ich weiss nicht welche Schaltung Du hast, auf Seite 5 im Zetex Blatt
sind mehrere. Falls reiner Shunt-Regler, bitte beachten dass auch ein
TL431 bei manchen kapazitiven Lasten instabil wird. Siehe Figure 15:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

PS: Die Fehlermeldung von LTSpice lag an einer falschen Dateikennung des
Modells, .sub statt .lib

Passiert uns allen. Habe letztens sauer vor einem Schaltregler gesessen
der sich in PSpice immer weit ueber 100A reinsog. Ein winziges
Puenktchen an einer Wicklung sass am falschen Ende. Nur ein Puenktchen ...

[...]

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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