spannungsgesteuerte Stromquelle

Hallo zusammen,

anbei poste ich einen Schaltplan, wie ich mir eine spannungsgesteuerte Stromquelle vorstelle.
Ich möchte durch die multiple Verwendung des p-Kanal Mosfets dadurch erst einmal Ströme bis zu 20 Ampere, später dann auch einmal noch größere bereitstellen können.

Wichtig dabei ist mir die Führung der Last gegen reelle Masse.

Ich bitte um intensive Beäugung des Plans. Findet jemand einen (Denk-) Fehler? Über Anregungen und Verbesserungsvorschläge würde ich mich sehr freuen.


Beste Grüße -

Technikus

Der Op227-Eingang in der Schaltung hat den Innenwiderstand null. An diese Stelle sollte man nicht einen Kondensator setzen.

Ein Linearregeler soll es schon sein, bei 20A?
Manfred

So wie ich das seheh:

- der MOSFET sollte wohl besser ein n-KAnal sein, oder +/- Eingang von OPA tauschen, sonst macht der OP das Gegenteil.
- Mit deinem Filter (-3db) liegst du falsch. Bau den ein, wenn du einen Oszillator bauen willst. Die Schaltung muss schnell sein !! Dazu muss der OP auch Strom liegern können. DER MOSFET (ich hab jetzt nicht geschaut) hat sowas von 5nF Eingangskapazität ! Die wollen erst mal bearbeitet werden.



Gerhard

Hallo beisammen,

wieso sollte der MOSFET ein n-Kanal sein? Wenn das ganze TOP-side sein soll, dann muß das doch ein p-Kanal sein. Schließt man die INA richtig herum an (also genau verkehrt herum), dann sollte der Opamp doch richtig arbeiten. Oder sieht das jemand anders?

Lg-

Franz

Ach ja, wenn man nen n-Kanal nehmen würde, würde man ja den Aufbau spiegeln müßen - dann könnte die Last nicht auf Masse liegen. Das ist ja wohl der Witz an der Sache, oder?

lg-

Franz

Drain vom n-Kanal liegt an plus, Source vom p-Kanal auch an plus. Aber zum Einschalten des p-kanal gehts von plus nach minus. Angenommen der Strom steigt, obwohl er nicht soll, dann steigt sie Spannung am Ausgang des INA, worauf die Spannung am Ausgang des OPA richtig GND geht. Damit steuerst du den p-Kanal MOSFET weiter auf, statt zu.

Gerhard

Aber wenn du die Eingänge der INA vertauschtst (ist die bipolar versorgt?) dann ist das Ganze doch invertiert, oder nicht?

Franz

@Manfred

Zitat:

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Zitat von Manf

Der Op227-Eingang in der Schaltung hat den Innenwiderstand null.

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Das verstehe ich nicht ganz. Klar ist der invertierende Eingang nicht so toll hochohmig, aber wieso soll der Widerstand da 0 sein? Ich sehe jetzt da auch keine entsprechende virtuelle Masse, gegen die das gehen soll.

Zitat:

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An diese Stelle sollte man nicht einen Kondensator setzen.

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Meine Idee war es, den Opamp etwas in der Bandbreite zu beschneiden, damit er nicht zum Schwingen neigt. Gibt es eine bessere Möglichkeit, die Schwingneigung zu unterdrücken?

Zitat:

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Ein Linearregeler soll es schon sein, bei 20A?

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Prinzipiell peile ich schon in Richtung PWM. Aber für ein erstes Design will ich der leichteren Testbarkeit mal einen linearen Aufbau machen.

@Gerhard
Wie Franz schon schreibt, ist p-Kanal schon gewollt. Die INA ist natürlich entsprechend "verkehrt" geschaltet, damit das auch klappt und Uein muß natürlich auch invertiert sein.

Bezüglich des Tiefpasses: Du meinst also, ich soll die Bandbreite so hoch lassen, wie es die Opamps schaffen? Also nur auf den Tiefpaß aus Gatekapazität und das R/L davor bauen?

Besten Dank für die ersten Antworten.

Servus
Technikus

@wizzy: Der INA ist soch ein Instrumentenverstärker, also ein Differenzverstärker. Dreht man die Eingänge um, so wird der Stromgröße in eine negative Spannungsgröße gewndelt.

Bei der Gelegenheit fällt mir noch ein, dass Instrumentenverstärker keine echten Differenzverstärker sind. Instrúmentenverstärker arbeiten in 2 Stufen: Stufe 1 Die Spnnungen beider Eingänge verstärken, Stufe 2: die beiden Spannunge voneinander abziehen. Problem dabei: Die Ausgangsspannung der Stufe 1 kann nicht größer werden als die versorgungsspannung. Hier ist aber u.u ein grosser DC-Anteil dabei, der auch verstärkt wird. Evtl wäre es besser statt des Instrumentenverstärkers einen einfachen OP in Differenzschaltung zu verwenden.

Gerhard

Dass nix schwingt: RC-weglassen und evtl statt der 560pF einen größeren Kondensator einbauen. Den Widerstand zwischen OP und MOSFET würd ich auch weglassen.

Gerhard

@gerhard:

"Problem dabei: Die Ausgangsspannung der Stufe 1 kann nicht größer werden als die versorgungsspannung. Hier ist aber u.u ein grosser DC-Anteil dabei, der auch verstärkt wird."


Stellt das bei 0.05 Ohm und 20 Ampere ein Problem dar, wenn die INA mit +-15 Volt versorgt wird?

Also jetzt interessierts mich auch!

Geht das Ding jetzt so - oder nicht?

Lg-

Franz

Das kommt dabei auf die Verstärkung des INA an. Wenn k = 1 ist, gibts kein Problem. 50mOhm sind bei 20 A aber schon ne tolle Heizung: 20*20*0.05 = 20 Watt !, und ein Spannungsverlust von 1 Volt. Ein noch kleinerer Widerstand wäre besser. Sagen wir 10mOhm. Ansteuerung des OPA mit 0..5 Volt. Der INA muss also 5 Volt bei 20 A liefern : K = 25. Das Problem: sei INA+ = 4Volt * 12,5 = too much.
Wenn die 50mOhm bleiben, wäre k = 5 zu wählen. 4* 2,5 = 10 Volt. Das geht zwar, dafür glüht der Widerstand.

Gerhard

Ich bin ja kein Kenner der analogen Materie, aber:

wäre statt der INA ein AD626 current sense amplifier geeignet, den hab ich irgendwo mal verbaut (graue Zellen rauchen).

Lg -

Franz

Sieht ja nicht schlecht aus, aber der hat, wenn ich das Datenblatt richtig sehe, eine fixe Verstärkung von 10 oder 100.

Technikus's Ansatz ist ja nicht falsch. Aber einige Bauteile, die auf den ersten blick interessant erscheinen, haben leider ihre Schattenseiten.

Ich würde statt des INA einen einfachen OP in Differenzschaltung verwenden.


Gerhard

Damit ich hier nicht als oller Meckerer dastehe, hier meine Vorschlag für die Korrektur:

Gerhard

@gunzelg:

"Ich würde statt des INA einen einfachen OP in Differenzschaltung verwenden. "

Wie jetzt, ein normaler DIfferenzierer? Mit nachgeschaltetem Verstärker?
Sonst kann man ja am Steuereingang keine vernünftigen Spannungen mehr einstellen.

Lg-

Franz

Hallo Franz

unsere Antworten haben sich wohl überschnitten. Schau mal das zip-File an

Gerhard

Ich kenn mich ja net sonderlich aus, aber der n-Kanal-Mosfet, darf der in der TOP-Seite sein?

Passt das?

(Bitte nicht schlagen)

Hallo wizzy

hier wird keiner geschlagen. Aber was hast du gegen den n-Kanal MOSFET ? Zumeist sind die bei gleicher Leistung auch billiger.
Aber so müsste es auch gehen:

Gerhard

Das ist ja mal sehr interessant. Da erkennt man die Ingenieure wieder, das sind Sachen, auf die würde ich nie selbst kommen.

Nur noch eine Frage: Thema hochohmige Verstärker: Der invertierende Verstärker ist ja niocht besonders hochohmig.... Verfälscht man damit nicht das Messergenis der Strommessung, oder fällt das nicht ins Gewicht?

Danke -

Franz

In dem fall spielt das keine Rolle, da der OP als Komparator mit hoher Verstärkung arbeitet. Würde der OP als linearer Verstärker arbeiten, müsste man einen OP als Spannungsfolger vorschalten.
Ich mag aber keine OP-Schaltungen die man über den negativen Anschluss ansteuert (dein Argumnt ist qualitativ ja vollkommen richtig) drum schalt ich in dem fall immer einen OP als Spannungsfolger davor.

Gerhard

@Gerhard und Franz
Ihr habt da ja in CS2.zip eine schöne Lösung erarbeitet. Sieht besser aus als mein Ansatz.
Nochmal eine Frage zu den beiden Schaltungstypen mit N-Kanal und P-Kanal-MOSFET: Ich dachte, man soll keine N-Kanal nehmen, weil man da eventuell von der Last eine entsprechende Spannungsgegenkopplung bekommt und dann am Gate nicht mehr genug dagegen ankommt?

Servus
Technikus

Hallo Technikus
da der MOSFET nur mit 5 Volt betrieben wird und der OP mit 15 Volt, ist das kein Problem. Der MOSFET braucht ja eine gate-Spannung relativ zu seinem Source-Anschluss. Wird der MOSFEt angesteuert, "hebt" sich die Source und die gate-Spannung muss auch steigen, sonst wird der MOSFET wieder abgeschnürt. Der OP gleicht das aber aus.
Würde der MOSFET mit 15Volt betrieben, genau wie der OP, wäre das ein problem. Das kann man nur mit dem p-Kanal-MOSFET oder mit einem High-side treiber umgehen.

gerhard

Wozu den OP im Rückkopplungszweig? Es reicht doch, die Spannung über dem Widerstand zu messen und Auf den Invertierenden Eingang zu geben, oder? Beim n-Kanal FET sollte die Last dann in den oberen (Drain) Zweig.

Ohne die Spannung, die über dem Messwiderstand abfällt zu verstärken, vergleicht der OP 0..5Volt (Steuerspannung) mit der Spannung, die am Messwidesrtand abfällt. Das wären dann auch 5 Volt bei 20 A. Da bleibt für die Last nix mehr übrig. Oder hab ich dich da falsch verstanden ?

Gerhard

Es reicht doch, wenn Du die Eingangsspannung auf 0...0.5V runter teilst. Dann müssen am Messwiderstand nur 0.5 V abfallen, macht bei 20A 25mOhm. Du kannst natürlich mit der Eingangsspannung noch niedriger gehen.

Den zweiten OP würde ich erst dann nehmen, wenn Dich der Spannungsabfall am Messwiderstand _wirklich_ stört.

Hallo Ogni

mach mal ne Skizze von der Schaltung und stell sie hier rein. So ganz kann ich mir das noch nicht vorstellen.

Gerhard

Wenn ich mich recht erinnere, sollte die Last doch massenbezogen angesteuert werden. Das ginge doch dann nicht mehr, würde man den Vorschlag von ogni in Erwägung ziehen.

Franz

Mit dem Massebezug hatte ich übersehen. Das könnte aber trotzdem klappen, wenn man die Last selbst zur Strommessung heran zieht - sofern es sich um eine ohmsche Last handelt. Ich habe das so verstanden, dass die bei vollen 5V 20A zieht. (De facto wird hier die Spannung über der Last gesteuert)

Das Prinzip habe ich mal aufgezeichnet. Hier wird ein p-Kanal FET verwendet, bei n-Kanal muss man invertierenden und nicht-invertierenden Eingang des Komparators vertauschen und mit einer entsprechend höheren Spannung das Gate treiben (High-Side).

Der Gatewiderstand muss so ausgelegt sein, dass der OpAmp-Ausgang nicht überlastet wird.

Um was für eine Last handelt es sich denn?

Hallo Ogni,

Den Satz kapier ich nicht: "Der Gatewiderstand muss so ausgelegt sein, dass der OpAmp-Ausgang nicht überlastet wird."

Sinn eines FET's ist doch der hochohmige Eingang am Gate. Dass man mit einem Widerstand das Schaltverhalten in Abstimmung mit der Gate-Kapazität beeinflußen kann ist mir auch noch klar, aber wie soll der Opamp Schaden nehmen, wenn der Widerstand nicht passt?

Zum Thema obiger Schaltplan:

Ich würde diese Schaltung gerne verwenden, um undefinierte Lastwiderstände (ohmsch und kapazititv) zu verarzten. Der Spannungsteiler aus Mosfet und R2 scheint mir jedoch unterdefiniert, um mit definierter Uin arbeiten zu können. Was spricht gegen die Schaltung von gunzelg?

Lg -

Franz

apropos... noch eine Frage:

Die Last sollte ja freigelaufen werden.

Die Diode MUR3020 ist ein ultrafast Diode (ns-Bereich), zumindest laut Datenblatt. Wäre es nicht sinnvoller eine Schottky-Diode (im Reichelt-Katalog weiter oben) z.B. die MBR4045 oder so was zu nehmen?

Falls induktive Anteile dabei sind (was nicht zu vermeiden ist) wäre das doch sinnvoll, wobei der Mosfet IRF4905 doch voll avalanche-spezifiziert ist.


Lg -

Franz

ReHallo,

in der vorliegenden Schaltung (bei analoger Ansteuerung) ist der Gatewiderstand nicht kritisch. Ein Sprung in der Eingangsfunktion sorgt aber dafür, dass die Gatekapazität sehr schnell umgeladen werden muss. Die dafür nötige Leistung muss der OpAmp zur Verfügung stellen.

Wenn der Lastwiderstand nicht definiert ist (dass er definiert ist, ist die Annahme, damit die von mir gepostete Schaltung funktioniert) kommst Du um einen Stromsensor nicht herum. Sofern Du die Last immer massebezogen haben musst, musst Du eine Schaltung in der Art von gunzelg nehmen.

Wenn die Last aber schwimmend sein darf, kannst Du eine Reihenschaltung aus Messwiderstand (gegen Masse) und Last nehmen und mit der von mir geposteten Schaltung arbeiten (bzw die Last in den Vcc-Zweig hängen, dann könntest Du auch einen n-Kanal FET nehmen). Das spart einen Komparator und die Regelung wird insgesamt stabiler (da weniger Phasendrehung im Regelkreis).

So liebe Leute,

ich habe mir mal erlaubt meine Tina anzuwerfen und die Schaltung von Gunzelg anzutesten.

Das ist was dabei rauskam... Seltsam oder? Ich dachte ich hätte es verstanden, aber ich kapiers net...

Vorschläge?

Lg -

Franz

Als .gif isses vielleicht besser.

Grüße -

Franz

Hallo Franz

der T1 ist da falsch eingebaut. Drain und Source sind vertauscht, da das ein p-MOSFET ist, liegt die Versorgug an Source - der Ausgang, zur Last - ist Drain. Oder ist das beim Simulieren wurscht ?

Gerhard

stimmt ja!

reduziert man die Generatorspannung und baut das Mosfet-Ungetüm richtig ein, dann klappts auch ganz gut!

Achtung: Die Schaltung in der cs2.zip enthält einen Fehler!

Schade dass man beim Simulieren nicht den Dingen beim Rauchen zusehen kann! *G*

Danke -

Franz

Jo, beim Zeichnen ist mir das gar nicht aufgefallen, dass das Symbol des p-MOS-Transistors in der Eagle-Bibliothek falsch gezeichnet ist...

Gerhard

Ich habe für den Lastwiderstand nun 1 Ohm genommen,

um Vollausschlag zu erreichen, habe ich jedoch die Spannung am Eingang auf 1 Volt reduzieren müßen!

Ist auch klar. 5 Volt/ 1 Ohm = 5 A. 5A * 0.01Ohm= 0.05V*25 = 1.25 Volt. Mehr kommt da nicht. Und das ist schon ideal gerechnet, da bei 5 Volt versorgung, natürlcih am MOSFET ein paar mV hängebleiben. Aber mit einer Last von 0.2 Ohm sollte das mit 0..5 Volt Ansteuern funktionieren.

Gerhard