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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET in Stromregelung direkt an OP ?


Autor: ka-long (Gast)
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Hi,

Ich habe eine simple Schaltung eines MOSFETs und eines OPs:
(mal einfach alle EMC Komponenten etc. weggelassen)

OP Ausgang <-> Gate

Source ist über einen Shunt an Masse angeschlossen und die Spannung wird 
auf den neg. Eingang des OPs zurückgeführt.

Am pos. Eingang kann ich jetzt den (Konstant-) Strom einstellen, der 
durch den FET fließen soll. Der Strom wird nur einmal eingestellt und 
nicht moduliert.

Simulationstechnisch ist alles toll.

Allerdings habe ich bei ähnlichen Schaltungen oft einen Transistor als 
Treiber noch ziwschen OP Ausgang und Gate gefunden.

Ist das richtig, dass der Transistor die Regelung "nur" beschleunigt, 
indem er die Gate-Kapazität schneller auf- und endlädt, als der OP es 
könnte oder gibt es noch einen anderen Grund ?

Dann könnte ich auf den Transistor verzichten.

Grß ka-long

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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ka-long schrieb:
> OP Ausgang <-> Widerstand z.B. 220 Ohm <-> Gate


da etliche OPV schon mit wenigen nF Gatekapazität schwingen .


Transistor zur zusätzlichen Verstärkung benötigst Du i.d.R. nicht (Du 
solltest mal die übrigen Parameter der Stromquelle wie Laststrom, etc. 
angeben hier)

Autor: MaWin (Gast)
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Sicher kann ein nachf0olgender Transistor als Stromverstärker den MOSFET 
schneller umladen (zumindest aufladen, wenn's nur einer ist, 
normalerweise braucht man schon 2, je einen zum aufladen und entladen),
aber auch das verhindert nicht, daß die zusätzliche Verstärkung die der 
MOSFET in die Regelschleife bringt mit RC kompensiert werden muß, wenn 
man verhindern will, daß es schwingt.

Es bieten sich OpAmps wie MC34072/LM6364/AD848 an.

                 |
 GG --+-|+\      |
        |  >-+--|I MOSFET
      +-|-/  C   |
      +------+-R-+
               Shunt
                 |

RC wählt man so, daß es noch schnell ausregelt, ohne bei 
Belastungsänderungen Schwingkeigung zu zeigen.

Autor: Michael (Gast)
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ka-long schrieb:
> Ist das richtig, dass der Transistor die Regelung "nur" beschleunigt,
> indem er die Gate-Kapazität schneller auf- und endlädt, als der OP es
> könnte oder gibt es noch einen anderen Grund ?
>
> Dann könnte ich auf den Transistor verzichten.

Das ist richtig, viele OPs können nur 20mA (in der Gegend halt) treiben 
und je nach MOSFET macht dann ein Bipo Sinn, der dann den MOSFET treibt. 
Aufpassen musst du vor allem auf die Gate-Source-Kapazität, je nach 
MOSFET könnte die schon zu groß für den angepeilten OP sein sodass 
dieser das Schwingen beginnt.

Autor: ka-long (Gast)
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Hi,

So, hier mal ein vorläufiger Schaltplan. Das ganze soll einen NiMH Akku 
entladen mit bis zu 6A.

Bauteile sind noch nicht final, gerade OP und FET sind erst mal nur 
symbolisch zu betrachten !


IC1,R1 und Q1 : Stromregelung mit 100mR/5W Shunt
R3 : Sorgt für definierte Verhältnisse, wenn der Akku noch nicht oder 
nicht richtig angeschlossen ist

R2 : Gatewiderstand (InRush Current verkleinern und Stabilität)
C3 : Erst mal nicht bestücken, kann bestückt werden, wenn noch instabil

C2,C4,R5 : HF Störungen unterdrücken

R4/R8/C1 : Tiefpass für PWM und Clipping der 5V auf ~0.6V (=6A)

Q2/R6 : Regelung ein/aus (aus wenn Eingang offen)
R7 : Basis Vorwiderstand

Was mir noch nicht gefällt sind die knapp 5mA, die ich im "aus" 
verbrate...
VIelleicht besser den Q2 Kollektor an + vom OP ?

Gruß ka-long

Autor: Ulrich (Gast)
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C2 sollte man weglassen, der verursacht eigentlich nur Instabilität. 
Dafür lieber gleich einplanen C3 zu bestücken, ggf. auch kleiner.

Die ganze Regelung geht aber nur wenn JP2 und JP4 verbunden sind. Da 
stören schon kleine Widerstände, also am besten gleich auf der Platine. 
Auf R3 kann man dann verzichten.

Autor: MaWin (Gast)
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> Das ganze soll einen NiMH Akku entladen mit bis zu 6A

Wie wär's mit nem Widerstand ? Spannung musst du eh messen, I=U/R.

> Was mir noch nicht gefällt sind die knapp 5mA, die ich im "aus"
> verbrate...

R2, R6, R7, Q2 entfallen, ersetzen durch 1N4140

                       1N4148
TTL-Ausgang für HI=AUS --|>|--+--Pin2IC1
                              :

22p besser weglassen

Autor: ka-long (Gast)
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Hi MaWin,

Ich möchte den Akku definiert mit einem konstanten Strom entladen, d.h. 
ein einfacher Widerstand reicht nicht.
Verschiedene Akku-Entladekurven möchte ich später so vergleichen.

Das mit der Diode anstatt R6/R7/Q2 (R2 soll drin bleiben) ist ganz nett, 
aber nicht failsafe...Ich muss ansteuern, damit die Schaltung nicht 
entläd...

Gruß ka-long

Autor: MaWin (Gast)
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> aber nicht failsafe...Ich muss ansteuern, damit die Schaltung nicht
> entläd...

Deinen Transistor musst du auch ansteuern, damit sich der Akku nicht 
entlädt...

> Verschiedene Akku-Entladekurven möchte ich später so vergleichen.

Und glaube mir, ein Widerstand reicht, aber wie ihr wollt....
Kein Gerät ist ein Konstantstromverbraucher.

> R2 soll drin bleiben

Wozu? Er hat (ohne Q2) keinen Nutzen. Aber wie ihr wollt.

Autor: ka-long (Gast)
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MaWin schrieb:


> Deinen Transistor musst du auch ansteuern, damit sich der Akku nicht
> entlädt...
Stimmt...mein Fehler. R6 gehört an +5V und R7 könnte ich weglassen, wenn 
ich nen open collector nehme zur Ansteuerung.


> Und glaube mir, ein Widerstand reicht, aber wie ihr wollt....
> Kein Gerät ist ein Konstantstromverbraucher.
Ich will keinen Verbraucher simulieren, sondern unterschiedliche 
Akku-Technologieen vergleichen. Ich denke schon, dass die 
unterschiedlichen Innenwiderstände da Probleme machen.


>> R2 soll drin bleiben
> Wozu? Er hat (ohne Q2) keinen Nutzen. Aber wie ihr wollt.
So wie ich das bisher sehe, dient er zur Schwingneigungsunterdrückung 
beim Einschalten der Regelung und Verringerung des Inrush-Current. Die 
Chance, dass das System ohne R2 schwingt, ist zu mindest größer als mit 
R2 (wenn C3 nicht bestückt zumindest).


Vielen Dank für Eure Ideen und Meinungen.

Gruß ka-long

Autor: High Performer (Gast)
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>MOSFET könnte die schon zu groß für den angepeilten OP sein sodass
>dieser das Schwingen beginnt.

Was man natürlich problemlos kompensieren kann. Allein die 
Schnelligkeit, mit der die Schaltung den Schwankungen der Last, der 
Versorgungsspannung und den Sollwertänderungen folgen soll, ist hier 
maßgeblich. Mit einer geeigneten Gegenkopplung kann man immer ein 
stables Verhalten erreichen. Interessant ist in diesem Zusammenhang, 
dass zumeist (wie beim OP auch), nur einfache P-Regler zum Einsatz 
kommen. Wesentlich besser ist man normalerweise mit PID-Reglern bedient.

Autor: High Performer (Gast)
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>Die Chance, dass das System ohne R2 schwingt, ist zu mindest größer als mit
>R2 (wenn C3 nicht bestückt zumindest).

ACK. Für Deine Anwendung ist ein einfacher P-Regler doch ausreichend. 
Vor allem spielen die Regelzeiten kaum eine Rolle, so dass du kräftig 
kompensieren kannst.

Autor: Ulrich (Gast)
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Man sollte vielleicht beim OP einen nicht ganz so schnellen Typ nehmen. 
Fürs Akku entladen reicht auch ein LM358, wenn der einen Widerstand nach 
+5 V hat.

Autor: Patrick G. (pattyman)
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Hallo liebe Gemeinde,

auch ich habe so ein Problem. Schaltung ist ähnlich. Tatsächlich 
schwingt das Ausgangssignal und das nicht mal gering.

Schaut Euch mal bitte die Schaltung an und sagt mal was ich da machen 
kann.

Vielen Dank für Eure Hilfe.

Gruß'
Pattyman

Autor: save (Gast)
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MaWin schrieb:
> daß die zusätzliche Verstärkung die der
> MOSFET in die Regelschleife bringt mit RC kompensiert werden muß, wenn
> man verhindern will, daß es schwingt.

Ein MOSFET als Sourcefollower macht eine Verstärker <1, es geht um die 
Phasendrehung die durch die Gate-Source Kapazität und Drain-Source 
Kapazität (Miller-Effekt) verursacht wird.

Autor: Patrick G. (pattyman)
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> Ein MOSFET als Sourcefollower macht eine Verstärker <1, es geht um die
> Phasendrehung die durch die Gate-Source Kapazität und Drain-Source
> Kapazität (Miller-Effekt) verursacht wird.

Ja, wenn ein System schwingt, dann ist es instabil. Ich habe in meinem 
Regelkreis Latenzen/Totzeiten/Phasendrehung durch die OPs vermutet. - 
Klar, der FET macht da auch seinen Teil.
Aber was kann ich dagegen machen? - RC-Glied habe ich probiert: Das 
macht die Sache noch schlimmer!

Hilfe!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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C6 ist ein Killer, der macht jegliche Stabilitaet kaputt. Dann kann's 
auch noch eine Layoutsache sein. Ein OpAmp sollte hierfuer auch nicht zu 
schnell sein. Ich hab die daten fuer den AD8646 grad nicht, aber mehr 
als 1MHz GBW waere uebertrieben.

Autor: Patrick G. (pattyman)
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Danke für Deine Antwort.

Der AD8646 hat eine Bandbreite von 20MHz. Allerdings habe ich eine hohe 
Verstärkung im Rückkopplungszweig, wodurch die 20MHz überhaupt nicht zum 
Tragen kommen.

C6 ist nicht bestückt. Es war eigentlich zur Kompensation von 
Schwingneigungen gedacht. - Funktioniert nur leider nicht!

Autor: Patrick G. (pattyman)
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Kommt schon, wo seid ihr Spezies? [PUSH]

Autor: MaWin (Gast)
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> sagt mal was ich da machen kann.

Einfach die
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.22
lesen (suche AD848)

C6 kommt zwischen Pin6 und Pin10
und in die Zuleitung zu Pin10 muss ein Widerstand.

R3 ist hingegen überflüssig, der OpAmp kann seinen Ausgang nicht 
abschalten wie ein uC.



Die Schalrtung, erst mit U2C die 0.2V gigantisch zu vertärken,
um dann mit U2B wackelig zu regeln, ist suboptimal. Es kann
sein, daß die OpAmps dabei nie stabil werden.

Teile die Steuerspannung per Spannungsteiler in den Bereich
bis 0.2V und nimm nur einen OpAmp.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Patrick G. schrieb:
> Kommt schon, wo seid ihr Spezies? [PUSH]


Schau mal unter www.rotgradpsi.de, Stromquelle 0...4,096 A.

Dort mit kompletter theoretischer und rechnerischer  Erklärung warum es 
schwingt und wie man es vermeidet.

Autor: Patrick G. (pattyman)
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Okay, danke, hab's mit einzelnem OP umgesetzt und funktioniert! - 
Überschwinger kann ich sogar mit RC-Glied wegdämpfen. - Klasse, danke!

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