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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltung stabilisieren (Strommessung)


Autor: A. R. (redegle)
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Hallo,

ich habe ein Prinzipschaltung einer Stromquelle angehangen.
Ggf. ist die Veriante mit der "schwebenden" Masse etwas unkonventionell. 
Jedoch müsste die Schaltung funktionieren.

Problem: Selbst in der Simulation fängt meine Schaltung bereits an zu 
schwingen.

Könnt ihr mir erklären, wie ich diese Schaltung stabilisieren kann.

Der Operationsverstärker würde mit +/-15V betrieben.

Autor: mhh (Gast)
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Die Schaltung ist falsch. In Deiner schaltung versucht der OPV den 
Verbindungspunkt R3-Em.Q1-Shunt auf -1V zu bringen. Das gelingt ihm hier 
nicht. Du musst also den Emitter von Q1 an Masse anschließen und die 
Verbindung zwischen Shunt und Rload von Masse trennen und mit R3 
verbinden.

Wenn das nicht funktionieren sollte - ich bin zu müde :)

Autor: mhh (Gast)
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Und mach aus V1 mal 53 Volt in der Simulation.

Autor: A. R. (redegle)
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V3 sind -2,5V.

Also versucht der Op die Spannung am Shunt auf +0,1V zu bringen.

Oder liege ich jetzt falsch ist wirklich schon etwas spät.

Autor: mhh (Gast)
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Wenn Du V3 umpolst gegenüber Deiner Schaltung, sollte diese auch ohne 
Änderung funktionieren.

Und ja, nicht auf -1V, sondern -0,1V. Da habe ich mich verguckt beim 
Wert von R3.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Hab's auch mal simuliert, und bei mir schwingt nichts, außer in den
ersten 2µs nach dem Einschalten. Hast du vielleicht ein anderes Modell
des BD241C? Ich habe das von ON genommen.

Schwinggefahr besteht höchsten bei induktiver Last. Dann müsste man den
OpAmp mit einer geeigneten R/C-Kombination im Gegenkopplungszweig etwas
bremsen.

Wieso steuerst du den Transistor mit dem OpAmp über D1 und R1 an und
nicht direkt?

Wenn du den Spannungsbfall am Shunt direkt an den invertierenden Eingang
des OpAmps gibts und mit dem Spannungsteiler aus R2 und R3 die Sollwert-
vorgabe am nichtinvertierenden Eingang festlegst, sparst du zudem die
-2,5V-Quelle ein.

Heraus kommt die klassische Konstantstromquellenschaltung wie im Anhang.

> Der Operationsverstärker würde mit +/-15V betrieben.

Nimm einen Single-Supply-OpAmp (z.B. LM358), dann reichen auch 15V/0V,
was eine weitere Spannungsquelle einspart.

Autor: A. R. (redegle)
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Das war nur eine Prinzipskizze.
Muss im laufe des Tages die komplette Schaltung rekonstruieren.
Leider musste ich formatiert und mein Backup war 2 Tage alt.

>Hab's auch mal simuliert, und bei mir schwingt nichts, außer in den
>ersten 2µs nach dem Einschalten. Hast du vielleicht ein anderes Modell
>des BD241C? Ich habe das von ON genommen.

Modell ist von ON.

>Schwinggefahr besteht höchsten bei induktiver Last. Dann müsste man den
>OpAmp mit einer geeigneten R/C-Kombination im Gegenkopplungszweig etwas
>bremsen.

Also quasi eine Art integrator?

>Wieso steuerst du den Transistor mit dem OpAmp über D1 und R1 an und
>nicht direkt?

In der kompletten Schaltung befindet sich noch ein 2ter 
Operationsverstärker, welcher die maximale Spannung regeln soll.
Bei Bedarf entzieht entweder die Spannungsregelung oder die 
Stromregellung der Basis den Strom.

>Wenn du den Spannungsbfall am Shunt direkt an den invertierenden Eingang
>des OpAmps gibts und mit dem Spannungsteiler aus R2 und R3 die Sollwert-
>vorgabe am nichtinvertierenden Eingang festlegst, sparst du zudem die
>-2,5V-Quelle ein.

Ich wollte eine gut gefilterte Referenzspannungsquelle benutzen. Sonst 
regelt der Op die Verunreinigung der Versorgungsspannung mit auf den 
Ausgangsstrom.

>Nimm einen Single-Supply-OpAmp (z.B. LM358), dann reichen auch 15V/0V,
>was eine weitere Spannungsquelle einspart.

Die Regellung der Spannung benötigt eine negative Versorgungsspannung. 
Diese ist also bereits vorhanden.

War mein Fehler das ich nicht die komplette Schaltung angehangen habe. 
Dies hätte dir etwas Arbeit erspart.

Werde dies jedoch so bald als möglich nachhohlen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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A. R. schrieb:
> Also quasi eine Art integrator?

Genau so. Wobei dieser von seiner Grenzfrequenz deutlich unter der des 
Leistungsteils sein muß.


Hübsche 1A Stromquelle die Du da projektierst. Für die Details: Einen 
SOA Schutz des BD241 finde ich hier ebenfalls angebracht.

Autor: A. R. (redegle)
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Hat zwar etwas gendauert aber ich habe die Schaltung rekonstruiert.
Die Schaltung soll maximal 10A liefern können. Deswegen die vielen 
Transistoren.

LT1213
http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H...
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/linearte...
BD243C
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/4/08srx...
MJL21194
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/a/0sq7c...

>Hübsche 1A Stromquelle die Du da projektierst. Für die Details: Einen
>SOA Schutz des BD241 finde ich hier ebenfalls angebracht.

Wie würdest du dir einen SOA Schutz vorstellen?
Ich würde die Transistortemperatur überwachen und bei einer zu hohen 
Temperatur abschalten.

Autor: A. R. (redegle)
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Der Laststrom sieht bei mir wie auf dem Bild aus.

Autor: A. R. (redegle)
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Hier nochmal aus dem Näheren.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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A. R. schrieb:
> Die Schaltung soll maximal 10A liefern können.


Dann sollte R1 aber nur 10 Milliohm haben.
so wird es stets nur 1A, egal wieviel Transistoren du parallel 
schaltest.

Autor: A. R. (redegle)
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Ich kann doch R15 oder R14 variieren.
R15 müsste ein Potentiometer mit 10kohm sein.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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tja, das kann sein das Du das kannst.

Aber den Schaltplan den Du hier präsentierst, läßt Deine Überlegung 
nicht erahnen.

R15 als 10 k macht nur sinnfreie Verlustleistungserhöhung an R1, was 
einen deutlich teuren überdimensionierten 50W Präzisionswiderstand 
empfehlen läßt.
Der dann 10w verheizt und so einigermßen wenig driftet.


Kommt der feedback Kondensator noch für die vorgeschlagene 
Integrator-Variante in Deinen Plan?

So 22nF für den Anfang.

Autor: A. R. (redegle)
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0,01ohm währe natürlich von der Verlustleitung besser.
Wie verhält sich das, wenn ich z.B. eine Strombegrenzung von 20mA 
einstellen würde.
Das ergäbe eine Spannung am Shunt von 0,2mV.

Ergeben sich dann nicht zu große Verzerrungen wegen dem 
Operationsverstärker?
0,2mV ist fast nichts mehr.

>Kommt der feedback Kondensator noch für die vorgeschlagene
>Integrator-Variante in Deinen Plan?

Zwischen -Eingang und Ausgang?


EDIT:
Ich denke es würde mehr Sinn machen, die -2,5V per Potentiometer zu 
reduzieren. Sonst bekomme ich einen schwer unlinearen 
Einstellungsbereich.

Autor: A. R. (redegle)
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Habe die aktuelle Schaltung angehangen.
Sie hat aufgehöhrt zu Schwingen.
Die frage ist nur:
Wie groß muss der Integrationskondensator sein, um die Regellung nicht 
zu behindern und gleichzeitig ein Schwingen zu verhindern.

Könnte mir bitte einer erklären, wie ich dies berechne.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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A. R. schrieb:
> Habe die aktuelle Schaltung angehangen.
> Sie hat aufgehöhrt zu Schwingen.
> Die frage ist nur:
> Wie groß muss der Integrationskondensator sein, um die Regellung nicht
> zu behindern und gleichzeitig ein Schwingen zu verhindern.
>
> Könnte mir bitte einer erklären, wie ich dies berechne.


DAS worauf es ankommt hatte ich Dir bereits um 14:56 erklärt:

> Also quasi eine Art integrator?

Genau so. Wobei dieser von seiner Grenzfrequenz deutlich unter der des
Leistungsteils sein muß.

Autor: A. R. (redegle)
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>Genau so. Wobei dieser von seiner Grenzfrequenz deutlich unter der des
>Leistungsteils sein muß.

Das habe ich gelesen. Es lässt sich auch ohne große Probleme 
nachvollziehen.

Mein Problem ist, dass ich nicht weiß wie ich die Grenzfrequenz 
bestimmen kann.
Es währe also ganz nett, wenn du mir hier eine Hilfestellung geben 
könntest.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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auch das geschah bereits.

22nF.

Ist ausreichend schnell für Deine Anwendung.

Autor: A. R. (redegle)
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>Kommt der feedback Kondensator noch für die vorgeschlagene
>Integrator-Variante in Deinen Plan?

>So 22nF für den Anfang.

Das klang so als gäbe es noch Verbesserungspotential.

>22nF.

>Ist ausreichend schnell für Deine Anwendung.

Ich denke doch, dass es immer besser währe, wenn die Schaltung schneller 
ausregelt.

Ich habe den Leistungsteil als Emitterschaltung simuliert und kam auf 
eine Grenzfrequenz von 98,1kHz und einen Phasenversatz von -59° ist dies 
realistisch?

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