www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromquelle schwingt


Autor: Max (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Leute!

Ich bin gerade dabei, eine möglichst einfache spannungsgesteuerte 
Stromquelle zu bauen. Ich verwende den L165ST
Den Schaltplan habe ich euch angehängt.
Die Eingangsspannung und R6 bestimmen den Strom, der über den Pfad 
fließen soll.
Es sollten bis zu 3A fließen. Die Eingangsspannung (Pin 1) bewegt sich 
zwischen (+/-)1,5V, das bedeutet, es soll Strom in die eine oder auch in 
die andere Richtung fließen können.
Wenn ich nun PIN 3 und PIN 4 von Stecker "Regel" direkt verbinde, gibt 
es kein Problem. Sobald ich jedoch daran einen Verbraucher anschließe, 
z.B. in meinem Fall zum Test einen Leistungswiderstand von 2,5 Ohm, dann 
beginnt Pin 2 (Invertierender Eingang) des OPVs zu schwingen. Die 
Schwingung sieht wie ein Sinus aus ca. 300KHZ Spannung Spitze-Spitze ca. 
1 Volt.

Ist der L165 für solche Anwendungen geeignet oder wäre es besser eine 
anderen OPV zu verwenden oder gar eine andere Schaltung?
Ich kenne mich leider mit den vielen verschiedenen Arten von OPVs nicht 
so aus. Da gibt es ja frequenzgang-kompensierte Typen und nicht 
freqeunzgang-kompensierte...

Vielen Dank im Voraus.

Tschüss

Max

Autor: Max (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ach ja, hier die Schaltung.

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Ist der L165 für solche Anwendungen geeignet

Nein, aber das liegt eher an deinen masslosen Anforderungen
(3A bei 12V sind 36W Verlustleistung und 0.5 Ohm mit 30W
sind gar für 7.5A ausgelegt) als am Schwingen.

Das Schwingen tritt wohl auf, weil die Stromversorgung die
nötige Leistung nicht ohne Spannungseinbruch bringt. Wie
jeder Verstärker kann man das Schwingen verhindern, in dem
der Verstärker langsamer gemacht wird, durch einen
Kondensator C an der passenden Stelle.

    |  >--+--------o
 +--|-/   |
 |        C
 |        |
 +--------+-10k-+--o
                |
               0.5R
                |
               GND

Wie gorss C sein soll, muss man durch ein Oszilloskop ermitteln,
er soll schnell aber ohne Überschwingen regeln.

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das Boucherot-Glied am Ausgang fehlt. Kein Wunder das es schwingt.

Das Du innerhalb der zulässigen Verlustleistung bleiben mußt, wurde 
schon erwähnt. Also etwas rechnen wegen minimalem Lastwiderstand.

Autor: Max (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Mawin!


Zur Zeit habe ich die Stromquelle noch gar nicht ganz hochgefahren.
Dieser beschriebende Schwingungseffekt tritt schon bei ca. 120mA auf, 
also bei 60mV Eingangsspannung.

Das Boucherot-Glied werde ich dann gleich einbauen. Vielen Dank.
Die Geschwindigkeit ist nicht wirklich wichtig. Es reichen 200ms für 
eine entsprechende Ausregelung vollkommen aus.
Eine Frage zum Kondensator habe ich noch. Soll es eher ein 
Keramikkondensator sein? Würden Daumen mal Pie 100nF reichen?

Danke im Voraus.


Schöne Grüße
Max

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube 1 Ohm und 220 nF waren notwendig. 2*100 nF Keramik parallel 
sollte problemlos gehen. Den Widerstand als 0,5 W Ausführung aufwärts.

Autor: Max (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke, hab's im Datenblatt gefunden.

Eine Frage habe ich noch zu MaWins Zeichnung.
MaWin, deine Zeichnung ist etwas anders. Stellt deine Zeichnung eine 
Alternative dar oder ist diese eine Ergänzung, um den Regler etwas 
langsamer zu machen?

Schöne Grüße

Martin

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein klein wenig muss ich Dich noch bremsen.

Das was Du baust ist eine Spannungverstärker, keine Stromregelung. Die 
Ausgangsspannung ergibt sich aus dem Verhältnis Lastwiderstand/0,5 Ohm. 
Das ist ein klassischer nichtinvertierender Verstärker.

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mein RC-Glied ist kein Boucherot-Glied wie es zur Kompensation 
induktiver Lastanteile an einem Lautsprecherverstärker eingesetzt wird, 
sondern macht den Verstärker langsamer um Schwingneigungen zu 
unterdrücken.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was Mawin vorgeschlagen hat klingt sehr sehr vernünftig! Solche 
Stromquellen neigen zu einer unangenehmen Phasendrehung (Phase Lag), die 
durch ein von Mawin vorgeschlagenes "Phase Lead" Netzwerk leicht 
kompensiert werden kann.

Ich habe erst neulich in diesem Forum Jemandem eine Stromquelle 
vorgeschlagen und durchgerechnet, die nur mit einem solchen Netzwerk 
stabil gemacht werden konnte.

Kai Klaas

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Kai und andere,

> Solche Stromquellen neigen zu einer unangenehmen Phasendrehung (Phase
> Lag),

Solange die Last nicht induktiv ist, sollte eigentlich nichts schwingen.
Max schrieb, er habe seine Schaltung aus seinem zweiten Post mit 2,5Ω
getestet. Aus der Sicht des OpAmps ist das das Gleiche, wie wenn er in
einem unbelasteten nichtinvertierenden Verstärker mit einem
Gegenkopplungsspannungsteiler aus 2,5Ω und 0,5Ω eingesetzt wird.

Wenn das Ganze trotzdem schwingt, kann das theoretisch daran liegen,
dass die parasitäre Induktivität (lange Anschlussleitungen, viele
Windungen bei Drahtwiderständen u.ä.) zu groß ist. Das ist hier aber
eher unwahrscheinlich.

Es könnte aber auch sein, dass der OpAmp für kleine Verstärkungen nicht
frequenzkompensiert ist. Im Datenblatt steht darüber nichts Explizites.
Erst beim zweiten Durchsehen habe ich ein paar indirekte Hinweise gefun-
den:

- In Abb. 1 steht etwas von "Gain > 10", obwohl die Gegenkopplungswider-
  stände gar nicht mit Werten belegt sind.

- In Abb. 2 ist eine "Unity gain configuration" dargestellt. Es handelt
  sich dabei aber nicht um den üblichen nichtinvertierenden Spannungs-
  folger, sondern um einen invertierenden Verstärker mit Verstärkung -1,
  bei dem zusätzlich der invertierende Eingang über einen Widerstand mit
  GND verbunden ist, um den Gegenkopplungsfaktor auf 1/12 zu reduzieren.

- Die Slew-Rate ist für Gv=10 und Gv=1 angegeben, wobei bei Gv=1 auf
  eine Fußnote verwiesen wird, die ich nirgends finden kann. Gv=1 muss
  also irgendetwas Besonders sein. Wahrscheinlich sollte in der Fußnote
  stehen, dass sich der Wert auf die Schaltung in Abb. 2 bezieht.

Die genannten drei Punkte deuten darauf hin, dass der OpAmp nur für
Verstärkungen >10 kompensiert ist. Damit sollten in der Schaltung von
Max bei einem Lastwiderstand >4,5Ω die Schwingungen aufhören.

Wenn meine Vermutung richtig ist, ist das Datenblatt armselig. Ob ein
OpAmp voll- oder nur teilkompensiert ist, ist ein wichtiges Auswahlkri-
terium und sollte eigentlich gleich am Anfang im Text und am besten
zusätzlich in der Tabelle aufgeführt sein.

Eurer Meinung, dass ein geeigneter Kondensator vom OpAmp-Ausgang zum
invertierenden Eingang das Schwingen (auch für kleine Lastwiderstände)
löst, schließe ich mich natürlich an.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Yalu,

>Die genannten drei Punkte deuten darauf hin, dass der OpAmp nur für
>Verstärkungen >10 kompensiert ist. Damit sollten in der Schaltung von
>Max bei einem Lastwiderstand >4,5Ω die Schwingungen aufhören.

Max schreibt aber auch, daß der L165 für V=1 garnicht schwingt:

>Wenn ich nun PIN 3 und PIN 4 von Stecker "Regel" direkt verbinde, gibt
>es kein Problem. Sobald ich jedoch daran einen Verbraucher anschließe,
>z.B. in meinem Fall zum Test einen Leistungswiderstand von 2,5 Ohm, dann
>beginnt Pin 2 (Invertierender Eingang) des OPVs zu schwingen.

Das ist alles etwas merkwürdig, nicht wahr? Aber du hast Recht, daß der 
L165 nicht für kleine Verstärkungen gedacht ist, sieht man schon aus 
Figure 3 des Datenblatts: Keinerlei Phasenreserve bei der 
Grenzfrequenz!!!

>Solange die Last nicht induktiv ist, sollte eigentlich nichts schwingen.

R6 ist ein 0,5R/30W Widerstand. Das ist sicher ein Drahtwiderstand mit 
ein paar Windungen...

Kai Klaas

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stabil arbeitet der ab etwa V=3.

Es gibt da noch den Trick, parallel zum in dem Fall 0,5 Ohm Widerstand 
eine Reihenschaltung von 0,15 Ohm und 220 µF zu schalten. Damit ist die 
Wechselspannungsverstärkung groß genug für stabiles arbeiten. Die 
Gleichspannungseigenschaften werden davon aber nicht beeinflusst.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Kai,

> Max schreibt aber auch, daß der L165 für V=1 garnicht schwingt:

Das hat mich auch etwas gewundert. Zufall? ;-)

Autor: Flow (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Er sagt auch nicht, wieviel Strom bei diesem Null Ohm dann fließt (= 
pin4 und pin2 miteinander verbunden).

Autor: Max (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Leute!

Vielen Dank für eure vielen Antworten und Bemühungen. Ich war ein paar 
Tage nicht im Lande, was dazu führte, dass ich nicht antworten konnte.

Zu euren Fragen:
Beim 0,5Ohm Widerstand 30W handelt es sich um den 320-4930 von 
RS-Components.
Der 2,5Ohm Widerstand setzt sich aus einem 1 Ohm und einem 1,5 
Ohm-Widerstand zusammen, die seriell zusammengeschlossen sind.
Beide sind von der selben Bauart 100W
RS-Nummer des 1,5 Ohm Widerstandes: 252-2906
RS-Nummer des 1 Ohm Widerstandes: 188-087

In Bezug auf V=1 habe ich die Schaltung etwas verändert. Hierfür habe 
ich die Ausgänge Regel miteinander kurzgeschlossen und den Widerstand 
0,5 Ohm dabei entfernt. Das habe ich leider vergessen zu erwähnen :-(
Aber ich werde in einem Versuch, die Stecker "Regel" verbinden und den 
0,5 Ohm Widerstand in der Schaltung belassen.

Ich werde jetzt noch folgende Punkte versuchen:
1. V=1 - Wie oben beschrieben testen, ob der OPV auch hier schwingt.
2. Boucherot-Glied einbauen
3. Verstärker durch entsprechendes RC-Glied langsamer machen
4. Parallel zu 0,5 Ohm (0,15 Ohm in Serie zu 220µF).


Diese Tests werde ich in den nächsten Tagen durchführen. Ich gebe euch 
dann Bescheid wie es gelaufen ist und ob das Problem behoben werde 
konnte. Vielen Dank.


Tschüss und noch einen schönen Tag.

Max

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.