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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Aufbau einer Stromregelung


Autor: Robert (Gast)
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Hallo!

Ich brauche Hilfe beim Aufbau einer Stromreglung.

Folgende Eckdaten:

In einem bestehenden Stromkreis Imax=100A, Umax=4,75V DC soll eine 
Stromregelung integriert. Der Spitzenstrom von 100A liegt höchstens für 
3 Sekunden an. Die Last höchstens für 30 Sekunden. Also immer nur 
Kurzzeitbetrieb.
Der Strom soll dynamisch geregelt werden. Die Last ist rein Induktiv. Es 
handelt sich dabei um ein Spulenpaar Rges=0,067ohm.

Ich möchte jetzt eine Spannungsgesteuerte unipolaren Stromregelung 
einbauen.
Den Sollwert für den Strom möchte ich über den analogen Ausgang einer 
Messkarte in Form einer Spannung 0-10V vorgeben. (Ein PWM Signal bis 
10kHz wäre damit auch möglich.)

Der Kernpunkt ist die Frage wie man den Strom einstellt und regelt.
Ich dachte an einen Leistungs-Mosfet Z.b. IRFP3703
Bei der Ansteuerung habe ich allerdings so meine bedenken. Die oben 
gezeigte Schaltung ist an eine Schaltung aus dem Buch Schaltungstechnik 
Tietze/Schenk angelehnt.
Bei RDS_on von 0,003ohm fallen am Fet 20W ab. Da das nur sehr kurzzeitig 
der Fall ist sollte das mit der Kühlung in den Griff zu bekommen sein
Das Problem sehe ich eher bei R1. Für I2 gilt: I2=U1/R1 -->bei U1=5V und 
R1=0,05 wäre I2=100A möglich.  An R1 fallen dann aber 193W ab bei voll 
ausgesteuertem FET. Das wird nicht funktionieren.

Nun meine Frage:
Stimmt die Betrachtung bis hier her?
Wie bekomme ich das beschriebene Problem in den Griff?

Über ein paar hilfreiche Tipps wäre ich sehr dankbar!
Wenn Angaben fehlen dann bitte ich das zu entschuldigen.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Robert schrieb:
> An R1 fallen dann aber 193W ab bei voll
> ausgesteuertem FET. Das wird nicht funktionieren.

R1 = 50mΩ
100A * 50mΩ = 5V überm Widerstand
100A * 5V = 500W am Widerstand

rds_on = 30mΩ
100A * 30mΩ = 3V überm Mosfet

Stromquellengleichung: I_D = ß/2 * (U_GS - U_P)  [Lambda vernachlässigt]
Stromquellengleichung nur gültig, wenn |U_DS| > |U_DSP| mit UDSP = U_GS 
- U_P
Annahme: günstiges U_P => Stromquellenbetrieb

100A * 3V = 300W am MOS

Das sind weitaus größere Leistungen, als du geschrieben hast!

mfg mf

PS: 4,75V sind zuwenig. für 100A nur über der Stromquelle müssten es 
mindestens 8V sein, s.o.

Autor: Robert (Gast)
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Da hab ich ja gleich wieder den Vogel abgeschossen^^. Das ohmsche Gesetz 
eben ausen vorgelassen. Hatte einen Denkfehler in meiner Berechnung. Ich 
bitte das zu entschuldigen.

Das macht die Sache aber nicht gerade besser. Geht vorne und hinten 
nicht.
Was gibt es für Alternativen? Ich bin gerade ziemlich ratlos.

Autor: HildeK (Gast)
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Robert schrieb:
> Stimmt die Betrachtung bis hier her?

Nicht ganz.
- bei 4.5V schaffst du nur mit Fühlwiderstand alleine nur 95A.
- bei dem geg. Widerstand kannst du nur 0 - 5V vorgeben für 0 - 100A
- die Verlustleistung am R ist nicht 193W sondern 500W; P = I²*R

Mini Float schrieb:
> rds_on = 30mΩ
> 100A * 30mΩ = 3V überm Mosfet

RDSon lt. DB 3.9mOhm max.
Aber man muss auch die Mitte betrachten, z.B. bei 50A. Da ist die 
Leistung am FET größer, gefühlsmäßig sogar maximal.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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1. Spannung hochdrehen. Maximale Leistung des Netzgerätes überprüfen.
Alternativ: Netzteil oder Autobatterien suchen gehen.

2. Mehrere MOSFETS an einen alten CPU-Kühler schrauben. Source und Drain 
an Kupferfolie anlöten. Oder einen dicken Leistungs-MOSFET kaufen.
Auch den Vergleich mit Bipolartechnik nicht scheuen. Achtung: 
Bipolartransen kann man nicht einfach parallelschalten.

3. Achtung mit der Gatekapazität. Schnell wird deine Regelung sowieso 
nicht unbedingt werden, da der Strom durch den Induktivanteil deiner 
Last zunächst gebremst wird.

4. Mehrere 20W-Widerstände zu einem Bündel zusammenfassen. Und auch an 
Kupferfolie anlöten. Oder gleich einen fetten Rosenthal hernehmen.

5. Schrauben und Muttern suchen gehen :D

So gut bis hierher...

Deine Spule hat Rges = 67mΩ, das wären bei 100A dann 6,7V. Also 670W 
werden da verbraten.

Was für eine Indultivität haben denn die Spulen?

mfg mf

@HildeK: oha, noch ne Null hinterm Komma. Sorry.

Autor: Robert (Gast)
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Ich habe den aktuellen Schaltplan mal mit angehangen. Der Strom wird 
momentan manuell über den Stelltrafo T1 gesteuert und ist da noch ein 
Wechselstrom. Über T2 und die Gleichrichterschaltung kommt dann erst der 
Gleichstrom raus.

Zu den Angaben:

Die Spannung 4,75V habe ich mit dem Multimeter parallel zu den Spulen 
gemessen (T1 voll aufgedreht). Die Stromstärke 100A mit der Stromzange 
in der Zuleitung (wie genau der Wert ist kann ich nicht sagen, werde 
dazu morgen nochmal messen).
Den Widerstand mit einem Milliohmmeter. Rges(L1||L2)=0,0617ohm
Für die Induktivität habe ich zwei total verschiedene Werte. Das 
Messgerät hat 2 verschiedene Frequenzen und beide wären laut Handbuch 
für die Messung gültig.
Bei 120Hz Lges(L1||L2)=1,318mH
Bei 1kHz Lges(L1||L2)=549,7yH
Die Leistung von T2 ist laut Angaben vom Vorgänger 500W.

@Mini Float: Das ist ja eine reine Verlustleistungsschlacht^^. Die 
Reglung muss nicht super schnell sein aber funktionieren. Wichtig ist 
halt das der Strom in den Spulen so hoch ist wie möglich damit ich auf 
eine hohe magnetische Flussdichte komme.

Besteht denn die Möglichkeit das man in einem der davorliegenden 
Schalkreise etwas verlustfreier den Wechselstrom regelt?

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