6A / 240W - Konstantstromquelle mit TTL switch

MicroMike Gast #5148042
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Sehr geehrte Community,

ich würde Euch gerne bei meinem folgenden Projekt um Hilfe bitten.
Ein Heizdraht R_L mit einem ungefähren Widerstand von 6.4 Ohm soll mit 
konstantem Strom zwischen 0-6A mit einer Einstellung von 0.05-0.1A 
Präzision eingestellt werden.
Hierzu benutze ich eine Spannungsquelle mit 42V und maximal 6A output.

Ich habe einfach die Schaltung von der forums-internen Seite für 
Konstantstromquellen übernommen und aufgrund der höher-dimensionierung 
des Stromes einige Fragen:

A) Es ist eine Rail-to-Rail Lösung. Ich habe mich bei Farnell umgeschaut 
und die folgenden Verstärker für IC1 gefunden: MC33(-34)072, LT1013DP 
oder LM741.

B) IC1 versucht die Spannung an seinen Eingängen auszugleichen. Nun 
messe ich die Spannung an R_S, was bedeutet, dass höchstens 1.8V 
anliegen würden (im Fall von R_S=0.3 Ohm).
Brauche ich dann einen IC1, der mit bis zu 42V Versorgungsspannung 
arbeitet oder geht auch z.B. ein TLC271 mit +10V Versorgung? Kann ich 
auch die Set-Spannung am + Pol mit bis 3.3V einstellen?
(Die Idee ist evt. später mit einem µC den Strom einzustellen)

C) Welchen der drei N-Kanal MOSFETs für den Linearbetrieb würdet ihr mir 
in meiner Anwendung für Q1 empfehlen: BUZ11, BUZ72, IRLZ34N? Oder doch 
einen ganz anderen?

D) Verstehe ich richtig, dass bei einem R_DSon von um die 0.2 Ohm, ich 
bei maximal 6A mit einer Wärmeleistung von 7.2 W am MOSFET rechnen muss 
und somit mit einem normalen Kühler auskommen sollte?

E) In meiner Anwendung müsste ich den Heizstrom per TTL-Signal 
unterbrechen. Anstatt einen weiteren MOSFET in Saturation zu betreiben 
würde ich gerne mit einem DG419 auf 0V schalten um den Strom auf 0A 
steuern.
Würde dies funktionieren oder gibt es immer einen offset, sodass immer 
ein kleiner Strom fließt? (Letzteres sollte ja aufgrund des 
Gate-thresholds nicht der Fall sein.)

F) Für die Anpassung des Spannungsbereichs an den µC benutze ich den 
Instrumentenverstärker INA128P.
Wäre es denkbar (ohne auf die unnötige Präzision aus zu sein) mit der 
Spannung des INA's und der Soll-Spannung den MOSFET zu treiben? Wie 
würde solch eine Konstantstrom-Schaltung grob ausschauen?

Ich danke Euch vielmals für jeden Ratschlag!
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Christian S. #5148054
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Hallo,

dieses beliebte wie interessante Thema war schon häufig dran, 
beispielsweise hier:

Beitrag "Stromsenke / el. Last"
Beitrag "Stromsenke mit 20Stk. Darlingtons"
Beitrag "Sporadisches Sterben einzelner 2N3773 in Stromsenke bei höheren Spannungen"



Unter dem Suchbegriff "Stromsenke" wirst Du fündig.

zu B: nein, ja.
zu C: So 15 bis 20 Stück von diesen dürften das machen.
zu D: Nein. 42 x 6 = 250 W
Den Kühler sollte man für gut 200 Watt auslegen.

" bei einem R_DSon von um die 0.2 Ohm"
Du möchtest Strom regeln und dabei den FET immer voll durchgeschaltet 
lassen?

MFG
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Hp M. #5148085
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MicroMike schrieb:
> Strom zwischen 0-6A mit einer Einstellung von 0.05-0.1A
> Präzision eingestellt werden.

Ist das wirklich sinnvoll?
Sobald der Heizdraht mit Material in Berührung kommt oder auch nur ein 
Luftzug weht, wird sich seine Temperatur vermutlich stärker ändern.

Ich würde anstelle einer verlustreichen Linearregelung eine 
Phasenanschnittsteuerung mit Wechselstrom bevorzugen.
Wenn der Draht einen normal grossen Tk des Widerstands hat, kann man 
seine Temperatur stablisieren, indem man ihn mit drei anderen 
Widerständen zu einer Brückenschaltung ergänzt.
Wenn der Tk des Heizdrahtes sehr gering ist, wie etwa bei Nickelin, dann 
kann man ohne grossen Fehler anstelle des Stromes auch die Spannung 
messen.
Leider reicht es bei impulsförmigen Strömen nicht aus den Mittelwert zu 
bestimmen, aber es gibt ICs, die die erforderliche Effektivwertbildung 
vornehmen.
Alternativ eignet sich auch eine Glühlampe die optisch mit einem LDR 
gekoppelt ist, um einen bestimmten Effektivwert zu stabilisieren.
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HildeK Gast #5148345
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MicroMike schrieb:
> A) Es ist eine Rail-to-Rail Lösung. Ich habe mich bei Farnell umgeschaut
> und die folgenden Verstärker für IC1 gefunden: MC33(-34)072, LT1013DP
> oder LM741.

Der 741 kann jedenfalls nicht als Rail-2-Rail OPA bezeichnet werden. Den 
kannst du aus deiner Liste streichen.
Die beiden anderen kommen zumindest am Eingang an GND.
Auch die in der Zeichnung angedeutete Versorgung mit 42V ist 
grenzwertig, für den 741 bereits tödlich. Da aber der MOSFET soviel 
Gatespannung eh nicht braucht und auch nicht verträgt, wäre eine 
getrennte Versorgung des OPA mit z.B. 15V die Lösung.

MicroMike schrieb:
> Würde dies funktionieren oder gibt es immer einen offset, sodass immer
> ein kleiner Strom fließt? (Letzteres sollte ja aufgrund des
> Gate-thresholds nicht der Fall sein.)

Es wird vermutlich immer ein kleiner Strom fließen, denn du hast ja 
einen OPA dazwischen, der auch auf Grund von Offsetfehlern das Gate 
etwas aufsteuern kann. Alternativ: zum Abschalten mit einem Transistor 
das Gate auf GND ziehen (dafür ist der R1 mit 100Ω aber zu klein).

MicroMike schrieb:
> Kann ich
> auch die Set-Spannung am + Pol mit bis 3.3V einstellen?

Nein, sie darf für max. 6A und einem RS von 0.3Ω eh nicht größer als 
1.8V werden. Du hast ja bei der Poti-Lösung auch an 3.3V angeschlossen 
und teilst mit dem R3 und dem Poti. Wenn du den Teiler lässt, dann gehen 
natürlich die 3.3V.

MicroMike schrieb:
> F) Für die Anpassung des Spannungsbereichs an den µC benutze ich den
> Instrumentenverstärker INA128P.
> Wäre es denkbar (ohne auf die unnötige Präzision aus zu sein) mit der
> Spannung des INA's und der Soll-Spannung den MOSFET zu treiben? Wie
> würde solch eine Konstantstrom-Schaltung grob ausschauen?

Mir ist nicht klar, was du dir da vorstellst. Eine µC-Steuerung könnte 
aufwändig über einen DAC gehen oder einfach über eine PWM mit Tiefpass. 
Wo willst du den INA unterbringen?

Generell mal: könnte für die Erwärmung einens Heizdrahtes nicht einen 
PWM die Lösung sein, zumindest wenn sie von einem µC aus gesteuert wird?
Dann hast du plötzlich wieder deine maximalen 7W Verlustleistung im 
MOSFET und kein 200W.
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Harald W. #5148453
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HildeK schrieb:

> Der 741 kann jedenfalls nicht als Rail-2-Rail OPA bezeichnet werden. Den
> kannst du aus deiner Liste streichen.

Ja, das ist ein Oxymoron. :-)

> Auch die in der Zeichnung angedeutete Versorgung mit 42V ist
> grenzwertig, für den 741 bereits tödlich.

Grenzwertig ja, aber nicht tödlich, weil der LM741 44V verträgt.

> Generell mal: könnte für die Erwärmung einens Heizdrahtes nicht einen
> PWM die Lösung sein, zumindest wenn sie von einem µC aus gesteuert wird?

ACK
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