Gleichspannungswandler
Der Trick mit dem Referenzspannungseingang
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Der Trick mit dem Referenzspannungseingang
Bild 3 zeigt die prinzipielle Beschaltung und die Ausgangskennlinie des Strom-Messverstärkers MAX4080. Einen kleinen Haken hat die Sache allerdings: Für die externe Referenzspannung, den Komparator und den D/A-Umsetzer wird zusätzlich eine unabhängige Versorgungsspannung benötigt. Da die Stromaufnahme der Schaltkreise nicht allzu groß ist, eignet sich hierfür ein Linearregler wie z.B. der LDO-Spannungsregler (Low Drop Out) MAX15007 [5], der ebenfalls eine hohe Eingangsspannung verkraftet. Wird bei den DAUs die Versorgungsspannung als Referenzspannung verwendet – wie z.B. beim MAX518 –, dann ist darauf zu achten, dass die Referenzspannung nicht größer als 3,6 V ausgesteuert wird.
Der Strom- Messverstärker MAX4080 liefert bei Verwendung eines Messwiderstandes von 0,1 Ω und einer gemessenen Stromstärke von 2,5 A eine Ausgangsspannung von 5 V. Daraus folgt ein Ausgangssignal von 4 V bei 2 A. Bezogen auf die Referenzspannung von 3 V ist dieses Ausgangssignal noch mit dem Faktor 0,75 zu reduzieren, damit die gewünschte maximale Stromstärke von 2 A durch einen Spannungshub von 3 V abgebildet werden kann.
Für die Genauigkeit der Regelung sind neben der internen Genauigkeit des Schaltreglers MAX15020 folgende Schaltungsteile von Bedeutung:
- die Referenzspannung,
- die Auflösung des DAU,
- die Spannungsteiler für den Rückkopplungs- Eingang und Bezugsspannungen.
Bei Verwendung eines 8-bit-DAU mit einer Referenzspannung von 3 V ergibt sich für das LSB eine Spannung von 11,72 mV. Das entspricht 0,39 % vom Endwert. Widerstände der Genauigkeitsklasse 1 % würden folglich einen nicht unerheblichen Fehler im Gesamtsystem verursachen. Wer keine Spannungsteiler mit Standard-Widerständen mit 1 % Toleranz einsetzen möchte, kann beispielsweise Präzisionsspannungsteiler von Maxim einsetzen. Bei diesen Bausteinen – MAX5490-2 [6, 7, 8] – handelt es sich um Spannungsteiler mit Toleranzen im Bereich von 0,1 % bis 0,035 %.
Ab einer Stückzahl von 10 000 Stück können die Spannungsteiler individuell ausgeführt werden. Für kleinere Stückzahlen stehen Bausteine mit festen Gesamtwiderständen von 10 kΩ, 30 kΩ und 100 kΩ in elf verschiedenen Teilerverhältnissen von 1:1 bis 30:1 zur Verfügung. Die komplette Schaltreglerschaltung mit einstellbarer Ausgangsspannung und einstellbarer Strombegrenzung benötigt, inklusive aller passiven Bauelemente, nicht mehr Platz als ca. 12 cm2 auf der Leiterplatte und kommt ohne externen Kühlkörper aus.
Das Regler-IC MAX15020 selbst ist gerade mal 5 mm × 5 mm groß. Der Strom- Messverstärker MAX4080 benötigt für die Strommessung keine großen Leistungswiderstände. Die Stromstärke wird über einen Widerstand von 0,1 Ω ermittelt, woraus sich bei einer Stromstärke von maximal 2 A eine maximale Verlustleistung von 0,4 W ergibt.
Links
[1] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/5455
[2] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1119
[3] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3597
[4] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1706
[5] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/5256
[6] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/4371
[7] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3967
[8] www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/4742
Dipl.-Ing. (FH) Holger Schindler
studierte Elektrotechnik in Hannover. Er hat fundierte Kenntnisse in der Entwicklung von professionellen Audio-Geräten. Nach mehrjähriger Tätigkeit in der Bauteile-Distribution wechselte er im April 2008 zur Maxim GmbH. Dort ist er als Applikations-Ingenieur für technische Beratung und Kundenbetreuung zuständig.
holger.schindler@maxim-ic.com
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