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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsregler mit Strombegrenzung - geht das so?


Autor: 0815 (Gast)
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Hallo!

Ich möchte mit eine einstellbare Spannungsquelle mit Strombegrenzung 
aufbauen.
Eingangsspannung 30V. Ausgangsspannug ab 1,25V, Ausgangsstrom 
einstellbar bis max. 1,5A.
Dazu habe ich mir schon ein paar Gedanken gemacht. (siehe Anhang)
Würde das so funktionieren oder hab ich einen Denkfehler drin?

Gruß

Autor: MaWin (Gast)
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Einige Denkfehler.

Der Komparator sollte ein OpAmp sein, und der regelt den Strom langsam 
runter, die LED geht also erst an, wenn er die Ausgangsspannung schon 
deutlich runterregeln muss.

Der OpAmp braucht einen zusätzliche Kompensation (einen Kondensator) um 
die zusätzliche Verstärung durch Transistor und LM317 kompensieren zu 
können.

Der Stützpunkt der Spannungsmessung (E vom Poti) muss natürlich auf der 
anderen Seite von R2 liegen, du willst die Spannung am Shunt nicht 
mitmessen.

Die Stromeinstellung von den ungeregelten 30V abzuleiten ist zumindest 
ungeschickt.

Hier wäre das Bild mit fester Strombegrenzung:

     +-----+
 ----|LM317|--+---+
     +-----+  |   |
        |    240R |
        |     |   |
        +-----+  Last
        |     |   |
        |    R1   |
        |     |   |
    NPN >|-1k-+---+
       E|     |
        |   Shunt (für 0.6V Spannungsabfall bei Nennstrom)
        |     |
 -------+-----+

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Nimm einen L200. Paßt direkt zu deinen gewünschten Daten.


Gruß -
Abdul

Autor: 0815 (Gast)
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>Der Stützpunkt der Spannungsmessung (E vom Poti) muss natürlich auf der
>anderen Seite von R2 liegen, du willst die Spannung am Shunt nicht
>mitmessen.

>Die Stromeinstellung von den ungeregelten 30V abzuleiten ist zumindest
>ungeschickt.

Ist mir soweit klar.

>Komparator sollte ein OpAmp sein...

Mir war nicht klar, dass da hier ein großer Unterschied besteht. Ist der 
Komparator nicht ein OP, der für die Komparatorschaltung besser ist? 
Kann mir jemand sagen wo der Unterschied liegt.

Eigentlich wollte ich die Strombegrenzung einstellbar haben und einen 
möglichst kleinen Spannungsabfall am Shunt haben (<<0,6V).

>Der OpAmp braucht einen zusätzliche Kompensation (einen Kondensator) um
>die zusätzliche Verstärung durch Transistor und LM317 kompensieren zu
>können.

Zu hoch für mich als "Anfänger". Vielleicht kannst du mir das etwas 
laienhafter erklären.

Gruß

Autor: 0815 (Gast)
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>Ausgangsspannung ab 1,25V

Das erfüllt der L200 aber leider nicht.

Gruß

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Woher kommt deine Vorgabe? Aus dem Datenblatt des 317 ?
Ich sehe keine reale Verwendung dafür. Aber das mußt du selbst wissen, 
was du wirklich brauchst.

Ich würde mich auf 3,3V aufwärts fixieren. Alles drunter wird 
normalerweise mit Spezialschaltungen gemacht.


Gruß -
Abdul

(Ich ahne schon was jetzt gleich als Antwort kommt...)

Autor: 0815 (Gast)
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Hi

Es stimmt wohl, dass ich eher Spannungen >3,3V nutzen werde :) . 
Allerdings möchte man manchmal auch kurz normalerweise 
batteriebetriebene Geräte anschließen, die eben 1,2V oder 2,4V brauchen.

Ist es so schwer dies mit einem 317 aufzubauen? Den habe ich nämlich da, 
den L200 nicht!
Sowas kann ja mit dem 317 auch nicht unmöglich sein....


Gruß

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Bestimmt möglich, aber dafür müßte ich mich selbst durchdenken.

Viel Erfolg!

Fauler Sack Abdul

Autor: MaWin (Gast)
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> Mir war nicht klar, dass da hier ein großer Unterschied besteht.

Sicher gibt es einen.

> Ist der Komparator nicht ein OP, der für die Komparatorschaltung
> besser ist?

Du hast keine Komparatorschaltung.

> Kann mir jemand sagen wo der Unterschied liegt.

Der normale Operationsverstärker ist für Verstärkungen von 1 
kompensiert, also künstlich langsamer gemacht, der Komparator ist nicht 
kompensiert damit er möglichst schnell ist, daher kann man mit 
Komparatoren keine stabilen linearen Verstärkerschaltungen aufbauen.

> Eigentlich wollte ich die Strombegrenzung einstellbar haben und einen
> möglichst kleinen Spannungsabfall am Shunt haben (<<0,6V).

Ja, haben wir verstanden, wobei du bei "wesentlich kleiner" bedenken 
solltest, dass die Genauigkeit der Einstellung nicht mehr so doll ist, 
wenn du nur noch 0.1V für den vollen Bereich hast.

> Zu hoch für mich als "Anfänger". Vielleicht kannst du mir das etwas
> laienhafter erklären.

Nicht wirklich. Gehört zu Grundlagen der Elektronik. Wenn der Verstärker 
schneller als die Regelstrecke ist, schwingt die Schaltung. Du weisst, 
Oszillatoren schwingen nie, Verstärker immer.

Gute Labornetzteilschaltungen erkennst du an EINEM kleinen Kondensator 
im Spannungs- und EINEM im Stromregelkreis, direkt am OpAmp bzw. den zur 
Verstärkung genutzten Transistoren.

Gute Labornetzteile reagieren auf Belastungsänderungen schnell aber ohne 
so stark überzureagieren, dass sie gleich 'klingeln' überschwingen.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ja, und dann schaltest du das Labornetzteil aus. Läßt dabei aber schön 
die Schaltung am Netzteil, weil du ja mal gelernt hast, das man Geräte 
erst dann trennt wenn die Stromversorgung aus ist. Und dann schaltest du 
am nächsten Tag dein Netzteil wieder ein und wartest darauf, das deine 
Schaltung was tut, macht sie aber nicht, später riechts komisch...

Mist, hat das Mistteil doch tatsächlich beim Abschalten per 
Regeltransient deine Schaltung gehimmelt...


Gute Nacht -
Abdul

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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MaWin schrieb:

>> Kann mir jemand sagen wo der Unterschied liegt.
>
> Der normale Operationsverstärker ist für Verstärkungen von 1
> kompensiert, also künstlich langsamer gemacht, der Komparator ist nicht
> kompensiert damit er möglichst schnell ist, daher kann man mit
> Komparatoren keine stabilen linearen Verstärkerschaltungen aufbauen.

Das kann ich so leider nicht stehen lassen!
Der gravierende Unterschied zwischen einem normalen OpAmp und einem 
Komparator ist eigentlich in deren Ausgangsstufe begründet. Während die 
Ausgangsstufe eines normalen OpAmps voll in die Übersteuerung, und damit 
in die Sättigung der Endstufentransistoren, gefahren werden kann (z.B. 
in einer Beschaltung wo er als Komparator arbeitet - also ohne 
Gegenkopplungswiderstand), wird bei einem Komparator die Sättigung der 
Ausgangstransistoren (durch eine spezielle Schaltung) vermieden. Darum 
gibt's auch in den Datenblättern zu OpAmps (manchmal, da es sich nicht 
um eine der üblichen 'Operating Conditions' handelt) die Angabe der 
Recovery-Time nach einer Übersteuerung. Bei Komparatoren fehlt diese 
Angabe grundsätzlich, es gibt hier lediglich die (wichtige) Angabe der 
'Response Time', also der 'Durchlaufverzögerung' bis die am Eingang 
detektierte Schwellenspannungsüber- bzw. -unterschreitung als 
Umschaltflanke am Ausgang erscheint.
Wenn man jetzt nur noch bedenkt, daß häufig die Ausgangsstufe eines 
Komparators als Open-Kollektor ausgeführt ist - und er somit einen 
externen Arbeitswiderstand benötigt (so auch der LM339) - sollte man 
erkennen können, daß man eigentlich jeden Komparator als OpAmp 
misbrauchen kann, aber aus oben genannten Gründen, nicht jeden OpAmp als 
(schnellen) Komparator!

Autor: yalu (Gast)
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Raimund Rabe schrieb:

> MaWin schrieb:
>
>> Der normale Operationsverstärker ist für Verstärkungen von 1
>> kompensiert, ...
>
> Das kann ich so leider nicht stehen lassen!

Warum nicht? Zumindest alle mir bekannten OpAmps sind frequenzkompen-
siert, entwder voll (für Verstärkung 1) oder teilkompensiert (für
Verstärkung>1). Komparatoren mit Frequenzkompensation habe ich noch nie
gesehen.

> Der gravierende Unterschied zwischen einem normalen OpAmp und einem
> Komparator ist eigentlich in deren Ausgangsstufe begründet. Während
> die Ausgangsstufe eines normalen OpAmps voll in die Übersteuerung, und
> damit in die Sättigung der Endstufentransistoren, gefahren werden kann
> (z.B. in einer Beschaltung wo er als Komparator arbeitet - also ohne
> Gegenkopplungswiderstand), wird bei einem Komparator die Sättigung der
> Ausgangstransistoren (durch eine spezielle Schaltung) vermieden.

Das ist nur teilweise richtig. Gegenbeispiele:

Bei einem normalen OpAmp, der weder Rail-to-Rail noch Single-Supply ist,
sind die Ausgangstransistoren meist in Kollektorschaltung und gehen
deswegen nicht in Sättigung.

Umgekehrt geht gerade der Einfachst-Open-Collector-Ausgang des von dir
erwähnten LM339 sehr wohl in Sättingung, was man auch an den angegebenen
Schaltzeiten für den High- und Low-Übergang ablesen kann.

Die vorhandene oder nicht vorhandene Frequenzkompensation ist also ein
eindeutigeres Unterscheidungskriterium als die Sättigung der Ausgangs-
stufe.

Ein anderes ist vielleicht die Art der Ausgangsschaltung: OpaAmps haben
immer einen Gegentaktausgang, Komparatoren praktisch immer einen
Open-Collector. Ich kenne zumindest keine Gegenbeispiele, auch wenn ich
mir durchaus einen Komparator mit einem Gegentaktausgang für bestimmte
Logik-Level (z.B. TTL) vorstellen könnte.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Bei Microchip sind etliche Push-Pull dabei:
http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.as...

Arno

Autor: MaWin (Gast)
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Nun, für TI ist die Ausgangsstufe das Unterscheidungsmerkmal
http://www.et.fh-trier.de/diplom/Team/berres/downl...
und beim Komparator sehr wohl in Sättigung (was aber blöd wäre vom 
Chipentwickler).

NS verkauft den LM392 explizit als Komparator/OpAmp, so was neues ist er 
nicht, auch der TAA765 & Co. hatte open collector/open drain Ausgang 
obwohl es ein OpAmp war. Die Ausgangsstufe ist also nicht das 
Unterscheidungsmerkmal, der LMV762 möge mal als Beispiel für einen 
Komparator mit push pull Ausgang dienen.

ABER: Wenn man das Netz durchsucht, fnidet man hunderte Einträge, wie 
man einen OpAmp als Komparazor verwenden kann, aber ich hab keinen 
einzigen gefunden, wie man einen Komparator als OpAmp einsetzt.

Ich bleibe dabei, das Haupt-Unterscheidungskriterium ist die 
Kompensation. Zwar gilt der uA741 als erster kompensierter OpAmp, aber 
die davor musste mal halt extern kompensieren.

Autor: A. K. (prx)
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Raimund Rabe schrieb:

> wird bei einem Komparator die Sättigung der
> Ausgangstransistoren (durch eine spezielle Schaltung) vermieden.

Wenn ich mir die Innenschaltung von Klassiker LM339 ansehe, dann kann 
ich diese spezielle Schaltung darin nicht erblicken.

Autor: Ich (Gast)
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>ABER: Wenn man das Netz durchsucht, fnidet man hunderte Einträge, wie
>man einen OpAmp als Komparazor verwenden kann, aber ich hab keinen
>einzigen gefunden, wie man einen Komparator als OpAmp einsetzt.


Anhang Seite 7


Einen größeren Unterschied sehe ich nur bei Mehrfach-Ausführungen. Bei 
OPVs sind die Kondensatoren dann integriert, die bei EinzelOPV extern 
angeschlossen werden.

Ich sehe den Übergang OPV-Komparator eher fließend.
Benötigte extreme Eigenschaften werden eher das Kind zum reinen OPV bzw. 
Komparator machen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo 0815,

deine Schaltung mit dem Komparator ist ungeschickt, weil sie ganz 
furchtbar anfangen wird zu schwingen! Wenn der Komparator erkennt, daß 
der Maximalstrom überschritten wurde, schaltet er den Regler runter, was 
aber ein Absinken des Stromes unter den Maximalstrom bewirkt. Also 
schaltet der Komparator den Regler sogleich wieder hoch, was aber sofort 
wieder eine Überschreitung zur Folge hat. Ohne kontinuierliche Regelung 
wird das nichts!

Aber selbst mit einer kontinuierlich arbeitenden OPampschaltung kann der 
Spannungsregler instabil werden, weil du eine undefinierte Rückkopplung 
in die Regelung einfügst. Solche Schaltungen sind höchstkritisch und 
verlangen immer eine gründliche Schaltungssimulation.

Viel besser ist es doch einen L200 zu verwenden, wie schon Abdul 
empfohlen hat:

http://www.finger.de-web.cc/info/L200-Spannungs-Regler.pdf

http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/...

Diese Schaltungen sind überprüft und dürften auf Anhieb funktionieren.

>Ist es so schwer dies mit einem 317 aufzubauen? Den habe ich nämlich da,
>den L200 nicht!

Was ist denn das für eine Einstellung? Dann besorg ihn dir doch.

>aber ich hab keinen einzigen gefunden, wie man einen Komparator als
>OpAmp einsetzt.

Habe ich schon gesehen. Das macht man so ähnlich wie bei einem 
CMOS-Inverter, den man auch mit einem hochohmigen Widerstand zwischen 
Ausgang und Eingang in den linearen Bereich vorspannen kann. Ist 
natürlich ziemlich sinnlos, aber manchmal hat man eben noch einen 
Komparator übrig, den man dann für simple Zwecke als OPamp missbrauchen 
kann.

>Bei einem normalen OpAmp, der weder Rail-to-Rail noch Single-Supply ist,
>sind die Ausgangstransistoren meist in Kollektorschaltung und gehen
>deswegen nicht in Sättigung.

Raimund hat nicht ganz unrecht. Diese Komparatoren sind wirklich so 
gebaut, daß sie ganz schnell aus einer Übersteuerung herauskommen. Der 
LM393 schaltet beispielseise in wenigen 100nsec, obwohl er nur eine 
Stromaufnahme von wenigen 100µA hat. Das würde ein normaler OPamp mit 
dieser geringen Stromaufnahme wohl nicht schaffen.

Kai

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Anhang Seite 7

Ja ja, aber man beachte, daß diese Schaltungen nur für Low Frequency 
Anwendungen taugen. Offenbar muß ein 500nF Kondensator an den Ausgang 
her, um die Komparatoren davon abzuhalten, wild zu schwingen. Das ist 
keine normale OPamp-Verstärkerschaltung!

Nein, OPamps und Komparatoren haben schon kräftige Unterschiede, die sie 
besonders geeignet für ihre Zwecke machen. Man sollte nicht unbedingt 
einen Komparator für einen OPamp oder umgekehrt verwenden.

Kai

Autor: Ich (Gast)
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@ Kai Klaas

Habe ich behauptet das die Schaltung toll ist?
Sei mal nicht so bierernst^^.
Ist nur die Antwort auf das Zitat.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>@ Kai Klaas

>Habe ich behauptet das die Schaltung toll ist?
>Sei mal nicht so bierernst^^.
>Ist nur die Antwort auf das Zitat.

Entschuldige...

Autor: 0815 (Gast)
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Hi

Nun hab ich auch verstanden warum das so nicht funktionieren kann. Danke 
für die ausführliche Erklärung. :)
Ich werde lieber einen L200 nehmen, da ich mit Schaltungssimulation, 
Regelung, usw. bisher noch nicht fit bin.

Hab mir das Datenblatt vom L200 angesehen, Figure23 auf Seite8 dürfte 
meinen Anforderungen entsprechen. Durch eine negative (Hilfs-)Spannung 
soll auch bis 0V möglich sein.
Ich bin wie gesagt Anfänger. Kann ich so eine Spannung mit einer 
Ladungspumpe , Z-Diode und Wiederstand erzeugen? Kann das so 
funktionieren, hab ich was übersehen?

Gruß

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo 0815,

>Ich bin wie gesagt Anfänger. Kann ich so eine Spannung mit einer
>Ladungspumpe , Z-Diode und Wiederstand erzeugen? Kann das so
>funktionieren, hab ich was übersehen?

Ich würde das so, wie in Figure 35 von diesem Link machen:

http://www.st.com/stonline/products/literature/an/1678.pdf

Kai

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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yalu schrieb:
> Ein anderes ist vielleicht die Art der Ausgangsschaltung: OpaAmps haben
> immer einen Gegentaktausgang,


Ausnahmen bestätigen die Regel: Beispielsweise  TAA861/865, 761/765 und 
deren 4 fach/2 fach- Kollegen haben keinen Gegentaktausgang.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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@ Alle:
Bezüglich Unterschied OpAmp und Komparator hat Analog Devices (AD) was 
hübsches im Programm - genannt "Ask The Application Engineer".
In der Antwort zur 4. Frage (1. Seite, rechte Spalte), gibt's dann die 
(lang erwartete) Erklärung dazu. Zumindest aus sicht von AD.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mal was Grundlegendes:
Die Schaltung wird so mit dem LM339 eh' nicht funktionieren.
Nicht mal Schwingen wird sie  :-o

Woher sollte denn bitte der Basisstrom für den Transistor Q1 kommen?
Der maximale "Output Leakage Current" von 0,1 nA reicht niemals  ;-)
Da wäre auf jeden Fall ein Opamp mit Gegentaktausgang besser.

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