Aus Minus wird Plus Strommessverstärker im DC/DC-Feedback-Zweig

Um eine negative Spannung in eine positive Ausgangsspannung umzusetzen, kann man einen Instrumentenverstärker, der die Feedback-Spannung invertiert, verwenden. Günstiger ist es jedoch, einen Strommessverstärker zu nutzen. Wie das funktioniert, zeigt der nachfolgende Schaltungstipp.

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Das Design für einen DC/DC Umsetzer, der aus einer Spannung eine andere Spannung gleicher Polarität erzeugt, ist relativ einfach. Bei diesen Umsetzern haben die Referenzspannung, die Ausgangsspannung und die Spannung der Gegenkopplungsschleife die gleiche Polarität bezogen auf Masse.

Schwieriger wird es, wenn eine negative Spannung in eine positive Ausgangsspannung umgewandelt werden muss. Hier könnte ein Instrumentenverstärker mit hohem CMRR eingesetzt werden, der die Feedback-Spannung invertiert. Besser ist es jedoch, einen Strommessverstärker zu verwenden, wie nachfolgend gezeigt wird.

Strommessverstärker für Wandlung von Minus nach Plus

Ein Strommessverstärker misst das Spannungspotenzial über einem Präzisionswiderstand mit seinem differenziellen Eingang. Die Ausgangsspannung des Schaltkreises bildet das gemessene differenzielle Eingangssignal proportional ab und ist auf die Systemmasse bezogen.

Der Strommessverstärker ist mit einem Instrumentenverstärker vergleichbar, da beide Präzisions-Differenzverstärker enthalten. Er hat aber den Vorteil, dass er leicht und kostengünstig erhältlich und die Spannungsaussteuerung von Haus aus höher ist.

Anwendungsbeispiel DC/DC-Wandler

Als Anwendungsbeispiel wurde ein DC/DC-Wandler genommen, der bei Telefonsystemen eingesetzt werden kann, die aus –48 V eine positive Versorgungsspannung erzeugen müssen. Bild 1 zeigt die Kombination von DC/DC-Wandler und Strommessverstärker (Masse bezogener –48 V auf 5 V Leistungsumsetzer).

Die Masse und die 0-V-Versorgung des Step-Up Reglers MAX668 sind an die –48-V-Klemme angeschlossen und die positive Versorgung des Schaltkreises erfolgt von der Masseklemme aus und ist mit einer 12-V-Zenerdiode begrenzt. Der Wandler regelt seine Ausgangsspannung bezogen auf die –48-V-Klemme und die interne Referenz von 1,25 V.

Die Masse des Strommessverstärkers MAX4080F ist ebenfalls mit der –48-V-Klemme verbunden. Der Baustein hat eine Verstärkung von 5 für Spannungen, die zwischen den Eingängen RS– und RS+ auftreten. An diese Differenzeingänge wird die über die Feedback-Widerstände herunter geteilte Ausgangsspannung angelegt.

Um eine Rückkoppelspannung von 1,25 V zu erzeugen, muss die Spannung an den Differenzeingängen 1,25 V / 5 = 0,25 V betragen. Das Spannungsteilerverhältnis und die Differenzeingangsspannung von 0,25 V bestimmen die Ausgangsspannung.

Regelung bei konstanter Last von 1 A

Die nebenstehende Grafik - Bild 2 - veranschaulicht die Regelung des Strommessverstärker-Bausteins bei einer konstanten Last von 1 A für die beiden Ausgangsspannungen 5 und 3,3 V.

Bild 3 zeigt die Effektivität in Bezug auf den Laststrom für beide Spannungen. Die maximale Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen des MAX4080F und Masse beträgt 75 V bei einem CMRR von 120 dB.

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