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Minus-5V-Modul

Dieses Modul entspricht dem Spannungswandler mit dem ICL7660, der in Spannungswandler vorgestellt wurde.

ICL7660-5V-Modul.png
Bild 1: Schaltung des Minus-5V-Moduls

Die Schaltung wurde nur um einen Verpolungsschutz und einen Kondensator in der 5V-Stromversorgung ergänzt.

Das Modul ist bei 5V für Ströme unter 10mA geeignet.

Es kann an Spannungen von 2V bis 10V betreiben werden. Die Ausgangsspannung ist der jeweils negative Wert der Eingangsspannung.

Für die -5V ist keine elektronische Sicherung nötig, da das Modul nur maximal 37mA abgibt.

Aufbau mit durchkontaktierter Leiterplatte

Der Aufbau erfolgt, wie bei Modulen üblich, mit den vier Stiften zur Lötseite.

Durchkontaktierte Lochrasterplatinen sind im Internet günstig verfügbar.

Sie haben den Vorteil

  • robuster zu sein
  • Lötpunkte lösen sich nicht leicht
  • Bauteile können beidseitig eingelötet werden
  • insbesondere drei oder vierbeinige SMD-Bauelemente
  • Steckstifte mit den Pins nach unten können einfach eingelötet werden.

Der Aufbau des Minus-5V-Moduls auf einer durchkontaktierten Lochrasterplatine wird als Beispiel vorgestellt.

ICL7660-5V-Modul-brd.png
Bild 2: Layout des Minus-5V-Moduls
ICL7660-5V-Modul-brd-top-3D.png
Bild 3: Minus-5V-Modul von oben in 3D
ICL7660-5V-Modul-brd-bottom-3D.png
Bild 4: Minus-5V-Modul von unten in 3D

Im Layout Bild 2 wird der P-MOSFET auf der Oberseite aufgebaut. Die Durchkontaktierungen (Vias) sind auf der Lochrasterplatine bereits vorhanden. Wie das SMD-Gehäuse des P-MOSFET gesetzt wird, wird in Bild 3 gut dargestellt.

Die Verbindungen zu den vier Stiften werden auf der Oberseite hergestellt. Sie sind im Layout rot dargestellt.

Vorgehensweise

Für Anfänger sei hier noch einmal die Vorgehensweise beim Aufbau beschrieben.

ICL7660-5V-Modul-Bauelemente.png
Bild 4: Bauelemente des Minus-5V-Moduls

Das Modul besteht nur aus wenigen Bauelementen. Es werden zwei Kondensatoren mit 10µF benötigt. Im Bild sind oben zwei Tantalkondensatoren abgebildet. Es können aber auch Elektrolytkondensatoren wie der rechts im Bild verwendet werden. Unten links liegt der MOSFET im SMD-Gehäuse. Die vier Stifte sind aus 1-reihigen geraden Stiftleisten. Lötstifte sind ungeeignet, weil zu dick sind und Steckboards beschädigen.

  • Die Lochrasterplatine ist durchkontaktiert.

Bauelemente einsetzen

  • Der ICL7660 wird als erstes eingebaut.
  • Ist die Orientierung und die Position korrekt?
  • Alle Anschlüsse werden verlötet.
  • Dann folgen die Kondensatoren.
  • Ist die Polung und die Position korrekt?
  • Die Unterseite ist gedreht!
  • Alle Anschlüsse werden verlötet.

Unterseite

Die Verbindungen auf der Unterseite werden mit 0,3mm Silberdraht (versilberter Kupferdraht) hergestellt.

  • Darauf achten, dass die Darstellung in Bild 3 gedreht wurde.
  • Ein Ende des Drahtes mit einem Anschluss verlöten.
  • Den Draht mit der Pinzette biegen und an/hinter dem Kick an eine Lötinsel anlöten.
  • Den Draht bis zum Ende verlegen abkneifen und anlöten.
  • An die Lötpunkte für die Steckstifte wird kein Draht geführt, sondern nur daneben.
  • Verbindungen zwischen zwei benachbarten Anschlüssen können zwar auch mit Draht durchgeführt werden, aber es ist viel einfacher diese Verbindung mit Lot zu erstellen.
  • Immer wieder prüfen, ob die Verbindung korrekt ist - Drehung beachten.
  • Alle Verbindungen auf der Unterseite erstellen.

Oberseite

Auf der Oberseite wird der MOSFET eingelötet.

  • Die vier Lötpunkte werden nur sehr wenig verzinnt.
  • Der MOSFET darauf gelegt und an einem der unteren Anschlüsse angeheftet.
  • Seine Lage kann jetzt noch korrigiert werden.
  • Die beiden unteren Anschlüsse werden schnell unter Zugabe von wenig Lot verlötet.
  • Die Verbindung zu dem oberen Anschluss, der zwischen zwei Lötpunkten liegt, wird mit Silberdraht erstellt.
  • Zunächst wird der Draht an dem Lötpunkt rechts neben dem Anschluss angelötet,
  • dann bis zu Lötpunkt für den Stift gezogen und an den Lötpunkt links daneben verlötet.
  • Der Draht wird so abgeschnitten, dass er etwas auf den Lötpunkt für den Stift ragt.
  • Die Lötpunkte am MOSFET und dessen Anschluss werden mit dem Draht verlötet.

Abschließend werden die Stifte auf der Unterseite eingesetzt.

  • Am einfachsten ist es, die Stifte in ein Steckboard einzusetzen. Allerdings muss, damit das Steckboard nicht beschädigt oder verschmutzt wird, auf das Board ein Blatt kräftiges Papier gelegt werden.
ICL7660-5V-Modul-Bottom.png
Bild 5: Unterseite des Minus-5V-Moduls

Die Unterseite zeigt wie die Verbindungen mit 0,3mm Silberdraht ausgeführt wurden. Unmittelbar nebeneinander liegende Lötpunkte werden einfach mit Lot verbunden. Die Steckstifte werden allerdings erst später als letztes eingebaut. Oben sind die Verbindungen zu dem auf der Oberseite eingebauten MOSFET zu sehen.

ICL7660-5V-Modul-Top.png
Bild 6: Oberseite des Minus-5V-Moduls

Wie der MOSFET auf der Oberseite eingelötet wurde, ist gut zu erkennen. Die Steckstifte lassen sich gut verlöten. Die Verbindungen zu den benachbarten Lötinseln geben einen zusätzlichen Halt.

Inbetriebnahme

  • Vor der Inbetriebnahme überprüfen ob
  • alle Verbindungen erstellt wurden
  • die Verbindungen korrekt sind
  • alle Lötstellen gut verlötet wurden
  • keine Lötbrücken vorhanden sind (eine Lupe hilft)
  • LED an den Ausgang über einen 1kΩ Widerstand anschließen.
  • am Ausgang liegen -5V, also die LED mit der Kathode zum Ausgang.
  • 5V über eine elektronische Sicherung mit 20mA anschließen.
  • Die elektronische Sicherung löst aus:
  • Den Kurzschluss suchen (Lötbrücken, fehlerhafte Verdrahtung).
  • Die LED leuchtet nicht
  • ist die LED richtig gepolt?
  • die Spannung am Ausgang messen. Sie sollte etwa -5V sein.
  • Am Anschluss 2 des ICL7660 liegen um 2,5V.
  • Am Anschluss 4 liegen um -2,5V.
  • Sind die Kondensatoren C1 und C2 richtig gepolt?
  • Sind alle Verbindungen korrekt erstellt?
  • Gibt es keine Kurzschlüsse durch Lötflöhe (kleine Perlen aus Lötzinn)?

Ergebnisse

Bild 6 zeigt das Minus-5V-Modul auf einem Steckboard.

Am Ausgang des Minus-5V-Moduls wird eine LED über einen 1kΩ Widerstand betrieben.

Die Eingangsspannung beträgt 5V.

  • Bei einem Strom von -2,9mA durch die LED ist die Ausgangsspannung -4,7V.
  • Bei -5mA sind es -4,5V.
  • Bei -10mA ist die Ausgangsspannung nur noch -4,1V.
  • Der Kurzschlussstrom des Ausgangs ist etwa -37mA.
  • Durch eine Diode sind es -35mA,
  • durch ein rote LED -26mA.