Hallo zusammen, zur Spannungsvervielfachung gibt es verschiedene Schaltungen. Die Ladungspumpe http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe scheint mir sehr interessant, weil es nur Dioden und Kondensatoren braucht, sowie eine pulsierende Eingangsspannung. Etwas konkreter in Zahlen: vorhandene Eingangsspannung: ca. 3.0 V, z.B. Rechteckpuls gewünschte Ausgangsspannung ca. 6.0 V oder 9.0 V gewünschter Ausgangsstrom: <100 uA, ggf. auch <20 uA. Kann mir jemand bei der Dimensionierung helfen? Gibt es Links zu ausführlichen Rechenbeispielen? Welche Frequenz wird benötigt? Wie verhalten sich z.B. unperfekte Dioden (Leckströme, parasitäre Widerstände oder Kapazitäten)? Ein konkreter Aufbau ist nicht so einfach möglich, deshalb möchte ich erst mal theoretisch wissen, ob das überhaupt funktionieren kann. Danke für Hinweise, Theo.
Theo B. schrieb: > Ein konkreter Aufbau ist nicht so einfach möglich, deshalb möchte ich > erst mal theoretisch wissen, ob das überhaupt funktionieren kann. Es kann. Jeder Max232 erzeugt seine Spannung für die RS232-Seite mit geschalteten Kapazitäten. Das einfachste wird sein, wenn du die Schaltung in LTSpice ansiehst. In "Ladungspumpe in Kaskadenschaltung" bestimmt die Größe der "inneren" Kapazitäten (C1..3), wie groß die pro Zyklus transportierte Ladung ist. Die Ausgangskapazität C4 definiert zusammen mit der Stromabnahme die Stabilität der Ausgangsspannung.
dass es mit nahezu idealen Bauelementen funktioniert, habe ich keine Zweifel, doch was ist bei "nicht-idealen"? Vielen Dank für den Tipp mit LTSpice! Ich kann zwar die Schaltung zeichnen, aber wie ich nun Eingangs- bzw. Ausgangssignal hinein bzw. herausbekomme ist mir noch nicht klar. Für mich nicht ganz selbsterklärend, kenne SPICE nur vom Namen her. Dann werde ich mich mal auf die Suche nach einem Tutorial machen... oder vielleicht ist das ja mal ein Programm, bei dem die Hilfe hilfreich ist?
> ob das überhaupt funktionieren kann Das Problem an deinen Dioden ist nicht "Leckströme, parasitäre Widerstände oder Kapazitäten", sondern ganz simpel die Flussspannung von 0.7V, die aus 3V schon mal 2.3V an C1 macht, 4.6V an C2, 3.9V an C3, 6.2V an C4, 5.5V an C5, 4.8V an C6, 7.1V an C7, 6.4V an C8, 8.7V an C9, 8V an C10, 10.3V an C11. Die Verluste sind also hoch, die Ausbeute gering, der Bauteilaufwand immens. Der MAX232 / ICL7660 macht es daher auch nicht mit Dioden, sondern mit geschalteten MOSFETs.
Angehängte Dateien:
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kaskade.png
10 KB
Theo B. schrieb: > Vielen Dank für den Tipp mit LTSpice! Ich kann zwar die Schaltung > zeichnen, aber wie ich nun Eingangs- bzw. Ausgangssignal hinein bzw. > herausbekomme ist mir noch nicht klar. Hier ist ein Beispiel, mit dem du herumexperimentieren kannst. Die Dioden sind sind Schottky-Typen und absichtlich überdimensioniert (sie sind für 1 A gut), damit ihre FLusspannung entsprechend niedrig wird (max. etwa 100 mV). So erreicht man von den theoretisch möglichen 9 V immerhin etwa 8,7 V. Mit der Hälfte der Schaltung erhältst du beim gleichen Ausgangsstrom etwa 5,8 V.
@Theo B. (theozh) >dass es mit nahezu idealen Bauelementen funktioniert, habe ich keine >Zweifel, doch was ist bei "nicht-idealen"? Es funktioniert. Bei läppischen 100uA erst recht. Nimm Schotkky-Dioden ala BAT54, und 10nF Kondensatoren. Mit 3 Stufen erreichst du knapp 9V, ggf. brauchst du 4 Stufen.
MaWin schrieb: > sondern ganz simpel die Flussspannung von 0.7V Es gibt Schottky-Dioden, bei denen Uf deutlich darunter liegt > Die Verluste sind also hoch Bei einem Verbraucher von unter 0,2 .. 1 mW kann man damit vielleicht gerade noch leben.
Theo B. schrieb: > Ein konkreter Aufbau ist nicht so einfach möglich Und warum nicht. Das kann schon der Pin eines µC treiben.
offenbar ein recht aktives Forum ;-) So viele Rückmeldungen. Danke! Ein konkreter Aufbau ist nicht so einfach möglich, weil ich nicht fixfertige Bauteile aus der Schublade verwenden kann, sondern die Dioden und Kondensatoren selbst aus dünnen Schichten aufbauen will/muss. Deshalb auch keine 0.7 V Si- oder 0.3 V Ge-Dioden, MOSFETs oder fixfertigen Bausteine usw...
Theo B. schrieb: > ... sondern die Dioden und Kondensatoren selbst aus dünnen Schichten > aufbauen will/muss. Frag: Wenn eine deiner Dioden und Kondensatoren nicht funktionieren - ist das denn Schichtkäse?
..nicht gerade Schichtkäse, aber Dioden macht man entweder aus einem Halbleiter/Metallübergang (Schottkydiode) oder einem pn-Übergang. Und ein Kondensator ist im wesentlichen ein Dielektrikum zwischen zwei Metallelektroden.
Theo B. schrieb: > ..nicht gerade Schichtkäse, aber Dioden macht man entweder aus einem > Halbleiter/Metallübergang (Schottkydiode) oder einem pn-Übergang. Und > ein Kondensator ist im wesentlichen ein Dielektrikum zwischen zwei > Metallelektroden. Potzblitz - das überrascht mich jetzt aber denn doch. Auf der anderen Seite: Köhler schichten ihre Meiler auch. Es geht also, so Mann denn will.
dann musst Du aber im Schichtprozeß die Sperrspannung berücksichtigen, denen die einzelnen Elemente, die Du erstellen willst/sollst (darfst) ausgesetzt sind.
Axel R. schrieb: > dann musst Du aber im Schichtprozeß die Sperrspannung berücksichtigen, > denen die einzelnen Elemente, die Du erstellen willst/sollst (darfst) > ausgesetzt sind. Es reicht, wenn die Dioden und Kondensatoren etwas mehr als den Spitze-Spitze-Wert der Eingangsrechteckspannung aushalten, im vorliegenden Fall also 3 V. Das ist mit ein Grund, warum in Röhrenfernsehern dem Hochspannungtrafo eine Kaskade (bspw. mit Faktor 4) nachgeschaltet wird. Würde man stattdessen einen Trafo mit vierfachem Übersetzungsverhältnis und eine einfache Diode mit Glättungskondensator für die Gleichrichtung nehmen, müssten diese Diode und der Kondensator um den Faktor 4 spannungsfester sein.
Yalu, vielen Dank für die .asc Datei. Das wäre genau das Richtige, um mit den Dimensionierungen herumzuspielen. Ich bin aber leider offenbar nicht in der Lage, mir mit LTSpice ebenfalls solche Kurven anzeigen zu lassen. Bei "Run" passiert nichts. Also doch "Handbuch" lesen?! Wenn ich allerdings bei Deinem Beispiel sehe, dass ich für 100 uA, schon 1 uF Kondensatoren benötige, dann wird die ganze Sache vermutlich aus Platzgründen sehr schwierig zu realisieren.
-> Bei "Run" passiert nichts. Da wird doch bestimmt zumindest ein leeres Plotfenster angezeigt. Du musst dann in deinem Schaltplan mit dem Kursor auf den Ausgang gehen und dann die linke Maustaste drücken.
Man kann die Frequenz beträchtlich erhöhen und die Kondesnatoren kleiner machen... Ich habs mal etwas umgezeichnet. Geht "irgentwie" besser ;)) Hier müssen die Caps jetzt die "End"Spannung aushalten. Weiss nicht, was einfacher zu fertigen geht: a) grosse Kapazität bei kleiner Spannung oder b) kleine Kapazität bei hoher Spannungsfestigkeit.
@Helmut: Danke, funktioniert. Gewusst wo ;-) @Axel: gemäß C=e_0*e_r*A/d benötigt eine große Kapazität eine große Fläche oder großes Epsilon_r oder kleines d; bei hoher Spannungsfestigkeit (d groß) wird die Kapazität schnell kleiner. Vermutlich ist b) einfacher herzustellen, aber eine gewisse Mindestgröße der Kapazität wird erforderlich sein (das soll mir die Simulation sagen). Da ich keinen Platz habe, werde ich vermutlich auch nur eine Stufe, d.h. 2 Dioden und 2 Kondensatoren einsetzen können. Jetzt muss ich "nur" noch die eigenen Diodenkennlinien in die Simulation bringen. Dann sollte ich abschätzen können, wie groß die Erfolgschancen in der Praxis sein könnten.
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