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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltungsfrage zu OpAmp und Stromsenke


Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Hallo zusammen,
auf der Suche nach einer einstellbaren Stromsenke (bis 5 A) bin ich im 
Net auf die angehängte Schaltung gestossen, die mir zunächst ganz nett 
erschien. Allerdings denke ich mal dass da ein Fehler drin ist, und das 
Ganze so nicht funktionieren kann. Relevant ist eigentlich nur der linke 
untere Teil:
Über IC1A soll die Spannung, die an der LED abfällt, verdoppelt werden 
und dadurch zu einer einstellbaren Referenzspannung werden, womit IC1B 
wiederum den FET steuert. IC1D soll dann den Spannungsabfall am 
Lastwiderstand versärken damit er für den AVR messbar wird.
Allerdings fehlt mir hier eine Spannungsversorgung an der LED. Woher 
soll denn die Spannung kommen die da abfällt ? Und der Widerstand R5 
erscheint mir mit 5k6 für eine Spannung von 5VDC etwas hoch gegriffen.
Mache ich jetzt einen Denkfehler ?

Greets
Karlheinz

: Gesperrt durch Moderator
Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Wenn Du mal nach "Elo Netzteil No.2" suchst, wirst Du exakt diese 
Referenzsspannungsquelle wiederfinden. Dort allerdigns mit Z-Diode statt 
LED.

Die Schaltung benötigt entsprechend eingestellte (Mit-)Kopplung, um gut 
zu funktionieren. Die Referenz (hier: LED) bezieht den Strom aus dem 
Ausgang des OPV .

Allerdings ist eine LED nicht wirklich doll wegen der Temperaturdrift 
und Lichtempfindlichkeit.
wenn du das mal testweise aufbaust und mit einer Bürolampe (glühlicht) 
die LED beleuchtest, dann siehst Du was ich meine.

Da es gute preiswerte 1.2 oder 2.5V Referenzen in 2polig gibt: Das wäre 
sinnvoll als Ersatz.

Autor: Andreas Bühler (abue)
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Hallo Karlheinz,

bei Betrachtung der Schaltung fällt mir zumindest auf, dass hier doch
etwas geschludert wurde, Bsp. 2 LED's an TxD-Leitung, Spannungsregler
ohne GND und die Schaltung für die Referenzspannung wird so auch nicht
funktionieren. Es wird besser sein eine andere Schaltung zu suchen.

Gruss Andreas

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


der OP braucht mehr Versorgungsspannung. Mit 5V tut der nicht. Den FET 
kannst du damit auch nicht steuern. Mit +/- 15V wird es gehen.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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karadur schrieb:
> der OP braucht mehr Versorgungsspannung. Mit 5V tut der nicht. Den FET
> kannst du damit auch nicht steuern.

Woher weißt du das? Kennst du diesen FET? Ich jedenfalls nicht und die
von IRF offensichtlich auch nicht. Ich habe allerdings auch noch keinen
Mosfet gesehen, bei dem Bulk mit Drain verbunden ist. Der FET muss also
etwas ganz Besonderes sein. Nur dadurch ist es wohl auch zu erklären,
dass die Schaltung funktioniert, obwohl der FET eigentlich die falsche
Polarität (P-Kanal statt N-Kanal) hat ;-)

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Ok, also das mit den zwei LED`s an TxD und der Masse am Spannungsregler 
ist mir beim abzeichnen passiert.
Alsow enn ich eine andere Referenzspannungsquelle nehme und einen 
anderen FET, dann sollte es prinzipiell funktionieren, oder ? An und für 
sich finde ich nämlich die Schaltung schön simpel, nur der MC als reine 
Spannungsmessung scheint mir ein wenig mit Kanonen nach Spatzen 
geschossen, zumal er ja nicht mal den FET steuert.
Aber wenn ich ein PWM-Signal des Controllers anstelle des dargestellten 
Referenzspannungssignals an den OP lege um dadurch den FET zu steuern, 
dann könnten man ja via RS232 den Strom vorgeben, oder ?

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

laut Internet wie der IRF220 und der hat UGS +/- 20V. Sollte N-Kanal 
sein und du hast recht Drain und Source sind falsch angeschlossen.

Autor: Olaf (Gast)
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> Allerdings ist eine LED nicht wirklich doll wegen der Temperaturdrift
> und Lichtempfindlichkeit.

Die ganzen LED Schaltungen gehen wohl urspruenglich auf Tietze&Schenk 
zurueck und es gab auch mal einen laengeren Artikel dazu in einer Elrad.

Die Idee war wohl das die Temperaturdrift der LED und des Transistors 
dahinter sich gegenseitig aufheben. Ob das aber auch noch gilt wenn man 
so wie hier einfach einen OP dahinter baut ist natuerlich etwas 
fraglich. Ausserdem koennte man noch die Frage aufwerfen ob heutige LEDs 
noch eine aehnliche Drift wie vor 20Jahren haben. Da wird sich ja auch 
einiges getan haben. Es war ja auch nicht egal welche Farbe die LED 
damals hatte.

Auf jedenfall war die Schaltung damals besser als die klassische Loesung 
mit einem Transistor als Diode.

Was die Lichtempfindlichkeit angeht so baut man seine Schaltungen ja 
normalerweise in ein Gehaeuse ein. Und urspruenglich lag der 
Arbeitspunkt der LED auch mal so das sie selber geleuchtet hat.

Olaf

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Anyway, dann sollte es so also funktionieren (mit Ausnahme der 
Referenzspannungserzeugung, da überleg ich mir noch was).

Autor: karadur (Gast)
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Aber nicht mit 5V.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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ok, wie kann ich denn mit einem MC einen FET stufenlos ansteuern = Es 
gibts zwar diese Treiberstufen oder Logik-FET's, aber die schalten ja 
immer ganz durch wenn ich das richtig verstehe. Odr ?

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


deine Schaltung ist eine spannungsgesteuerte Stromsenke. Wenn du das mit 
dem MC steuern willst mußt du die Referenz mit einem DA-Wandler ( z.B. 
über PWM ) erzeugen. Der FET läst sich mit einer Spannung zwischen 0 und 
10V steuern. Genauer müßte man im Datenblatt nachsehen. Da durch den 
Strom die Source angehoben wird ( max. 0,5V ) muß der OP den Bereich 
schaffen. evtl. genügt die Spannung vor dem Spannungsregler.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Karlheinz Druschel schrieb:
> Es gibts zwar diese Treiberstufen oder Logik-FET's, aber die schalten
> ja immer ganz durch wenn ich das richtig verstehe. Odr ?

Gatetreiber-ICs:    ja
Logiclevel-Mosfets: nein

Einen Gatetreiber brauchst du für den Stromregler sowieso nicht, da die
erforderliche UGS-Anstiegsgeschwindigkeit gering ist.

Da du den eingezeichneten IRF2203 wahrscheinlich nirgends kaufen kannst
(Schreibfehler?), musst du einen anderen auswählen. Nimmst du einen, für
den RDSon auch für UGS=2,7V spezifiziert ist, kannst du ihn locker mit
dem LM324 bei VCC=5V ansteuern. Natürlich musst du weitere Parameter wie
die Maximalwerte für Verlustleistung und UDS berücksichtigen, was evtl.
die Auswahl wieder etwas einschränken könnte.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Nein, im Schaltplan den ich fand steht wirkliche idese Bezeichnung (ich 
habe ja selbst kein Datenblatt gefunden).
Anyway, es geht ja ums Prinzip.
Aber wenn ich einen MOS-FET mit einem PWM-Signal ansteuere (RC-Glied 
natürlich noch dazwischen), dann brauche ich doch keine Referenzspannung 
mehr (ein Poti am AD-Eingang des Controllers als Sollwertgeber) und den 
OP zum Ansteuern des FET's auch nicht mehr. Lediglich die Verstärkung 
des Istwertes könnte relevant sein. Und wenn ich hier einen MEGA16 
(beispielsweise) nehme, der kann ja die Differenzspannung zwischen zwei 
Eingängen messen UND verstärken, dann spar ich mir doch den ganzen 
Schaltungsteil in der linken unteren Ecke. SOOO genau soll das Teil ja 
gar nicht arbeiten.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Karlheinz Druschel schrieb:
> Aber wenn ich einen MOS-FET mit einem PWM-Signal ansteuere (RC-Glied
> natürlich noch dazwischen), dann brauche ich doch keine Referenzspannung
> mehr

Nein, dann ist die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers, die ja den
High-Pegel des PWM-Signals bestimmt, die Referenz.

> Und wenn ich hier einen MEGA16 (beispielsweise) nehme, der kann ja die
> Differenzspannung zwischen zwei Eingängen messen UND verstärken, dann
> spar ich mir doch den ganzen Schaltungsteil in der linken unteren
> Ecke.

D.h. du würdest die Regelung in Software machen? Das geht natürlich, ist
aber deutlich langsamer als die OpAmp-Regelung, weil das Stellsignal des
µC (PWM) erst den RC-Tiefpass passieren muss. Dieser wiederum braucht
eine relativ große Zeitkonstante, damit sich die PWM-Frequenz nicht zu
sehr auf den Ausgangsstrom überträgt.

Die Last darf sich also nicht zu schnell ändern, damit der Regler
hinterher kommt. Was ist denn überhaupt deine Last?

> (ein Poti am AD-Eingang des Controllers als Sollwertgeber)

Heißt das, der Strom wird manuell eingestellt? Dann ist doch der
Mikrocontroller eigentlich überflüssig, wenn du die Regelung mit einem
OpAmp machst. Oder hat der Controller noch andere Aufgaben?

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Also das Ganze soll wie der Name schon sagt eine verstellbare Stromsenke 
werden. Ergo ist diese Schaltung die Last, eine andere gibt es nicht. 
Mit dieser Schaltung soll letztendlich eine Schaltnetzteil belastet 
werden.
In der Originalschaltung war der Controller nur dazu dar um den Strom zu 
messen und auf einem LCD auszugeben. Und ich denke jetzt halt wenn ich 
den ganzen analogen Schaltungsteil weglasse und alles über den 
Controller mache, dann habe ich viel mehr Möglichkeiten. Beispielsweise 
bestimme Belastungsprogramme (zeitabhängig) zu erstellen,.....

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Karlheinz Druschel schrieb:
> Mit dieser Schaltung soll letztendlich eine Schaltnetzteil belastet
> werden.

Aber Vorsicht: Du hast damit zwei Regler, nämlich den Schaltregler des
Netzteils und deinen Stromregler, im gleichen Regelkreis. So etwas kann
sehr leicht schwingen, weil jeder Regler versucht, die vom jeweils
anderen verursachten Strom-/Spannungsänderungen auszzugleichen.

Am geringsten ist diese Gefahr, wenn die Zeitkonstanten der beiden
Regler weit auseinander liegen. Du kannst also den Stromregler entweder
deutlich langsamer oder deutlich schneller als den Schaltregler machen.
Da aber das Netzteil getestet werden soll und nicht die elektronische
Last, kommt nur die zweite Alternative in Frage: Der Strom in der
elektronischen Last muss möglichst schnell geregelt werden.

Der Stromregler kann aber nicht ausreichend schnell werden, weil sich
der RC-Tiefpass für die PWM-Glättung im Regelkreis befindet. Deswegen
sollte die Regelung doch besser im Analogteil der Schaltung stattfinden,
also mit einem OpAmp realisiert werden.

Der Aufwand dafür ist nicht sehr groß: Die Referenzspannungsspannungs-
erzeugung mit IC1A kannst du dir trotzdem sparen, ebenso die Verstärkung
des Istwerts mit IC1D. Was bleibt, ist ein einzelner OpAmp (IC1B) mit
ein paar passiven Bauteilen drumherum.

> Und ich denke jetzt halt wenn ich den ganzen analogen Schaltungsteil
> weglasse und alles über den Controller mache, dann habe ich viel mehr
> Möglichkeiten. Beispielsweise bestimme Belastungsprogramme
> (zeitabhängig) zu erstellen,.....

Diese Möglichkeiten hast du trotzdem, da du den Sollwert mit dem
Mikrocontroller vorgibst und zeitlich variieren kannst. Damit du das
Schaltnetzteil aber wirklich auf Herz und Nieren prüfen kannst, wäre es
schön, wenn du mit dem Mikrocontroller auch schnelle Lastsprünge
vorgeben könntest. Leider geht das mit dem langsamen PWM-DAC nicht.
Deswegen würde ich stattdessen einen "richtigen" DAC (als IC mit SPI-
oder I²C-Anbindung) einsetzen. Damit kannst du bspw. auch den Strom in
einem weiten Frequenzbereich modulieren und den Schaltregler auf
mögliche Resonanzen prüfen.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Ne, das wird mir schon alles viel zu aufwendig und zu kompliziert.
Da nehme ich doch lieber einen Schalter mit 5 Stellungen, 5 verschiedene 
Lastwiderstände und schalte dann durch, dann brauche ich den ganzen 
Heckmeck nicht.
Ich habe zwar jetzt ein PWM-Signal geglättet, damit ich 0-5V einstellen 
kann, aber mein IRF4905 (hatte nur den da) schaltet eh immer durch. 
Kriege das Ganze also eh nicht zum Laufen

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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> Da nehme ich doch lieber einen Schalter mit 5 Stellungen, 5 verschiedene
> Lastwiderstände und schalte dann durch, dann brauche ich den ganzen
> Heckmeck nicht.

Das ist ja langweilig ;-)

> aber mein IRF4905 (hatte nur den da) schaltet eh immer durch.

Ja, das ist ein P-Kanal-Typ. Den kannst du ohne Tricks nicht verwenden.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Laut Datenblatt ist das ein N-Kanal

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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> Laut Datenblatt ist das ein N-Kanal

Dann hast du wohl ein anderes als dieses hier:

https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=catProd...

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Dann möchte ich mal wissen was das hier ist, allerdings weiss ich nicht 
mehr wo ich das runtergeladen habe

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Dann nimm einen BUZ 21, da sind sich hier im Forum (fast) alle einig das 
es N-Kanal ist ;-)

Autor: Elektroniker (Gast)
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Karlheinz Druschel schrieb im Beitrag #1751951:
> Dann möchte ich mal wissen was das hier ist

IRF540 nicht IRF4905.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Stimmt, unten seh ichs jetzt auch, habe nur auf die linke obere ecke 
geachtet. wo kommt denn sowas her ?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ok, nimm es sportlich gelassen. Und lass uns nun an der Stromquelle 
weiterwerkeln.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Anyway, ich habe mir jetzt mal die angehängte Schaltung aufgebaut. Damit 
kann ich nun über das PWM-Siagnal den Spannungsabfall am Lastwiderstand 
zwischen 0.4 und 35.5V stufenlos regeln (hatte gerade einen 42V Trafo 
da).
Damit habe die doch schon mal eine Grundlage.
Ich werde jetzt noch den Lastwiderstand verringern (aber erstmal dicke 
Drähte für mein Steckbrett löten damits nicht raucht) und irgendwie die 
Spannungs verringern (mein regelbares Netzteil ist im Eimer). Aber 
prinzipiell sollte es ja so dann auch gehen.
Relevant ist doch die Spannung zwischen G und S, oder ? Die ändert sich 
dabei zwischen 0 und 17.9V (Test ohne Z-Diode gemacht, um deren 
Spannungsbegrenzung auszuschliessen), also "ungefähr" Ub/2.
Jetzt muss ich das nur noch so ändern, dass ich bei Ub= ca. 15 V und 
R5=0.1 Ohm (oder so zumindest ungefähr) 5 A fliessen lassen kann und dnn 
hab ich es doch schon

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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So, was mich jetzt noch gestört hat war der Spannungsverlauf am 
Lastwiderstand, da der ja aufgrund der PWM-Geschichte nicht konstant, 
sondern in Form von Rechtecken verläuft.
Deshalb habe ich mal einen TP vorgeschaltet um das PWM-Signal zu 
glätten.
Seltsamerweise verläuft die Spannungs am Lastwiderstand immer noch 
rechteckig, obwohl die Glättung lt. Oszi funktioniert. DAs kann ich mir 
nun wirklich nicht erklären

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Plan vergessen

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Karlheinz Druschel schrieb:
> DAs kann ich mir
>
> nun wirklich nicht erklären


Suchfunktion "FET als Schalter"


Da Du den FET weiterhin im Schaltbetrieb nutzt (auch wenn Du das nicht 
so siehst): Es muß da eine pulsweise Belastung rauskommen.


Der OPv Deiner allerersten Schaltung sorgte dafür (bei richtigem 
Aufbau), das der FET im Linearbetrieb werkelt - das sollte auch Dein 
Ziel sein.

Du mußt also per OPV einen Regelkreis schaffen, so wie oben auch schon 
von anderen Postern erklärt.
Sosnt wird das nix werden.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Hm, vermute ich richtig dass dieses Verhalten mit dem FET zusammenhängt 
?
Bei Ugs  = 0.9V kriege ich am Lastwiderstand erste Spannungsimpules 
(eher so dreieckig), bis zu Ugs=10V habe ich Rechteckimpulse und ab 10V 
dann eine kontinuierliches Signal. Ich nehme an dass der FET da voll 
durchgesteuert ist. Ergo müßte ich einen anderen FET nehmen, oder ? Ich 
will ihn ja sanft durchsteuern, als eine Art Poti und nicht als Schalter

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Ups, das hat sich jetzt überschnitten.
Also doch wieder die Ursprungsschaltung, allerdings nicht mit 5 V und 
einer anderen Referenzspannungserzeugung. Die sollte ich aber aus einem 
PWM-Signal des Controllers und einem TP erzeugen können, oder sind da 5V 
auch schon wieder zu wenig ? Da ja ursprünglich der Spannungsabfall an 
der LED verdoppelt werden sollte, läge ich mit 5V als Sollertvorgabe 
meines Erachtens nach im gränen Bereich .....

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


wieder zur Schaltung am Anfang. Bei 0R5 und 5A hast du 0,5V. Deshalb muß 
am OP als Sollwert auch ein Wert von 0 - 0,5V anliegen. Die kannst du 
per PWM und Tiefpass erzeugen. Der OP sollte aber mit 12 oder besser 15V 
laufen. Nimm einen N-Fet und pack den Widerstand an den Sourceanschluss.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Okidok, da mir aber 0.5 V recht klein zum justieren erscheinen, habe ich 
das Ganze mal auf 5 V hochgeschraubt.
Das PWM-Signal wird über den TP geglättet und als 0-5V Sollwert dem OP 
zugeführt.
Die Spannung des zu testenden Netzteils liegt bei maximal 15 V, also 
habe ich das Ganze mal auf 3 Lastwiderstände verteilt (wegen der 
Verlustleistung bei 5 A). Der Spannungsteiler mit den 10K Widerständen 
teilt mir die 15V ebenfalls durch 3, wodurch mein Istwert ebenfalls als 
0-5V Signal vorliegt.
Mit dem Poti an ADC1 kann man im manuellen Betrieb einen Sollwert 
vorgeben, der dann vom Controller sozusagen 1:1 durchgereicht wird.
Der LM324 hat eine Spannungsversorgung von 15 V bekommen, nur für T1 
habe ich jetzt noch keinen Typen rausgesucht.
Besser so ?

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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...Schon wieder das Bildchen vergessen (ich bin halt schon alt)

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

da ist nur ein Denkfehler drin: Wenn da 5 A fließen würde müstest du am 
Gate 15V + UGS anlegen. Du mußt niederohmig bleiben. 0R5 war schon ganz 
gut. Dein FET muß nur gut gekühlt werden und die Leistung vertragen.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Ok, ich verstehe was Du meinst, durch die Widerstände würde ja Source 
auf ein Potential von 15V gezogen werden. Dadurch wäre aber die Spannung 
Ugs negativ, da das Gate ja mxaimal auf 5V liegt und der FET würde 
sperren, wie es sich gehört. Aber für die Istwertgewinnung war der 
Ansatz nicht schlecht :-) Anyway, also wieder rein mit den 0.5 Ohm und 
dem Istwert-Verstärker.
So langsam kapier ich es :-)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Um die Sache mal etwas voranzubringen: Im Anhang habe ich die Schaltung
so dimensioniert, dass sie für etwas mehr als 5A und 10kHz PWM-Frequenz
gut ist. Allerdings hält der verwendete IRLZ34N die 80W Maximalleistung
auch mit Kühlkörper nicht auf Dauer aus. Man sollte ihn deswegen durch
einen mit größerem Gehäuse ersetzen.

Die Kurven im Diagramm stellen den  Ausgangsstrom für die PWM-Tastver-
hältnisse 0%, 10%, 20%, ... 100% dar.

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Erstmal Danke für die Schaltund und sorry wenn ich nerve :-(
Das Problem das ich dabei sehe ist der Lastwiderstand mit 0.1 Ohm.
Bei 15V fliessen da ja 150A durch, und der braucht eine Leistung von 
2,25 kW.
Deshalb wollte ich jetzt einen Gesamtwiderstand von 3 Ohm verbauen, 
wovon ich 2.5 Ohm in die Zuleitung zum Drain legen wollte

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Ups, sorry, letzten Beitrag von mir bitte löschen, die Tippfinger waren 
mal wieder schneller als das Hirn

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

durch die Regelung fließt da max. 5A, es sein denn dein Sollwert wäre 
höher. Der FET arbeitet als Widerstand. Er muß die Leistung aufnehmen 
können. Das sind bei 14,5V ( 0,5V am Widerstand )und 5A =72,5 W. Deshalb 
großes Kühlblech. ( Es geht auch mit einem CPU-Kühler mit Lüfter )

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Hab ich ja dann auch kapiert nachdem ich das Hirn (doch, ich hab sowas 
wirklich) eingeschaltet hatte.
Habe mit jetzt mal ein paar Teile bestellt um das Ganze mal aufzubauen. 
Bis die da sind werde ich mich wohl mal mit Grundschaltungen von OP's 
beschäftigen.

Autor: ASCI (Gast)
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ich brauche einen schaltplan für Trix singnale wer könnte mir da 
behilflich sein singnal gebraucht bei ebay er standen anschluss farben 3 
mal weiß sonst grün gelb und schwarz währe mich freuen wenn mir da 
jemand helfen könnte

Autor: U.S. Schmitt (Gast)
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Sag mal was soll der Blödsinn?
Weisst du was eine Netiquette ist?
- Du kaperst einfach einen anderen Thread, statt einen eigenen 
aufzumachen.
- Der Thread hat absolut nichts mit deiner Frage zu tun.
- Der Thread ist über ein Jahr alt.
- Du bist zu faul die Shift Taste zu benutzen.
- Du bist zu faul deinen Text nochmal korrekturzulesen.
Mann Mann Mann...

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