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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fragen zur Strombegrenzung mit L200 bzw. Suche nach Alternative


Autor: Markus (Gast)
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Hallo zusammen,

ich versuche gerade eine Schaltung zur Strombegrenzung zu entwerfen und 
bin dabei im Forum über den L200 "gestolpert".

Die Werte der Schaltung sollen folgende sein:

Stromversorgung Input 24V/2500mA
Output 24V/2000mA

D.h. ich möchte einfach um 500mA runterregeln. Macht auf den ersten 
Blick vielleicht nicht viel Sinn, aber da das Netzteil vorgegeben ist, 
die Last (ein Motor) nicht mehr wie 2A verträgt, ich aber auch keine 
Sicherheitsabschaltung einbauen kann (z.B. über einen L293/L297), da der 
Motor permanent mit Strom versorgt werden soll, bin ich jetzt am 
schauen, wie ich das Problem in den Griff bekommen kann.

Jetzt habe ich mir den L200 mal angeschaut. Laut Datenblatt kann er max. 
2A. Da ist er natürlich an der Leistungsobergrenze meiner Anforderung. 
Gibt es eine Alternative zu diesem IC der mehr verträgt?

Gibt es eine komplette Alternative zu dem L200?

Bin für jeden Hinweis / Tip dankbar!

Gruß
Markus

: Verschoben durch Admin
Autor: istegal (Gast)
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Markus schrieb:
> Jetzt habe ich mir den L200 mal angeschaut. Laut Datenblatt kann er max.
> 2A.

Bei "Figure 3." ist was von 2,5 A @25° / 3 A @25°C zu sehen.

Und auf der "Figure 24." wird gezeigt, wie man zu mehr Strom kommt.

Autor: istegal (Gast)
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istegal schrieb:
> Bei "Figure 3." ist was von 2,5 A @25° / 3 A @25°C zu sehen.

Korrektur: 3 A @125°C

Autor: Markus (Gast)
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istegal schrieb:
> Korrektur: 3 A @125°C

Stimmt, hab ich übersehen. Danke.

Was mir aber auffällt: Vo-Vi kann niemals 0 sein, d.h. doch, wenn ich 
24V input habe, kann ich keine 24V output bekommen, sondern max. ca. 22V 
- richtig?

Autor: HildeK (Gast)
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Markus schrieb:
> Stromversorgung Input 24V/2500mA
> Output 24V/2000mA

Da liegt schon ein grundliegendes Problem vor: jede Schaltung zwischen 
Input und Output wird dir die Eingangsspannung verkleineren und du hast 
keine 24V mehr. Ein strombegrenzender Spannungsregler ist da der falsche 
Ansatz.

Man kann z.B. (grob) mit einem Shunt, einem OPA und einem MOSFET eine 
Strombegrenzung aufbauen, die eben bei dem Grenzstrom von 2A beginnt, 
diesen konstant zu halten und darunter quasi übersteuert ist und den FET 
komplett durchschaltet. Damit hast du zwar immer noch einen 
Spannungsverlust, aber je nach BE-Auswahl kann der unter 100mV bleiben.

Autor: Markus (Gast)
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HildeK schrieb:
> an kann z.B. (grob) mit einem Shunt, einem OPA und einem MOSFET eine
> Strombegrenzung aufbauen, die eben bei dem Grenzstrom von 2A beginnt,
> diesen konstant zu halten und darunter quasi übersteuert ist und den FET
> komplett durchschaltet. Damit hast du zwar immer noch einen
> Spannungsverlust, aber je nach BE-Auswahl kann der unter 100mV bleiben.

Vielen Dank für den Tip. Allerdings habe ich in dieser Richtung noch nie 
etwas gemacht. Deswegen die Frage: gibt es irgendwo einen Anhaltspunkt, 
wie solch eine Schaltung grob aussieht, damit ich mir mal einen Eindruck 
davon machen kann?

Gruß
Markus

Autor: HildeK (Gast)
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Markus schrieb:
> gibt es irgendwo einen Anhaltspunkt,
> wie solch eine Schaltung grob aussieht

Ich habe mal eine gemalt.
Die Bauteile (FET etc.) sind natürlich kein Axiom. Idealerweise hält der 
30V oder mehr aus und hat ein geringes RDSon. Außerdem sollte es einer 
sein, den man kühlen kann, also ein TO220-Gehäuse o.ä. Denn der muss im 
Überlastfall u.U. viel verheizen (bei Kurzschluss am Motor max. 50W!).
Der OPA kann auch ein anderer sein, wenn er am Eingang bis 0V geht und 
auch den Ausgang recht nahe an 0V bringen kann.
Die VRef habe ich der Einfachheit halber als eigene Spannungsquelle 
gezeichnet, das kann auch eine Diode mit Vorwiderstand und 
Spannungsteiler auf die 100mV sein. Mit den 100mV zusammem mit dem 
Shuntwiderstand stellst du den Maximalstrom ein (URef/R_Shunt). D1 dient 
zum Schutz des FET, meist halten diese nur max. 20V am Gate aus. C1 und 
R4 muss man in der Schaltung optimieren, denn das System könnte bei 
bestimmten Arbeitspunkten auch schwingen.

Beim Maximalstrom hast du im Wesentlichen den Spannungsverlust am Shunt 
+ noch den am MosFet - also etwas mehr als 100mV.

Offen bleibt für mich die Frage, warum du das brauchst? Kann es 
vorkommen, dass der Motor für längere Zeit blockiert wird oder sehr oft 
deutlicher Überlast ausgesetzt ist? Kurzfristig ist ein 50W-Motor 
durchaus in der Lage, auch die 2.5A vom Netzteil auszuhalten, welches ja 
offenbar auch eine Strombegrenzung besitzt.

Autor: Markus (Gast)
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Erstmal vielen Dank für die "Skizze"! Ich werde mir das ganze mal die 
nächsten 1-2 Tage in Ruhe anschauen. :-)


HildeK schrieb:
> Offen bleibt für mich die Frage, warum du das brauchst? Kann es
> vorkommen, dass der Motor für längere Zeit blockiert wird oder sehr oft
> deutlicher Überlast ausgesetzt ist? Kurzfristig ist ein 50W-Motor
> durchaus in der Lage, auch die 2.5A vom Netzteil auszuhalten, welches ja
> offenbar auch eine Strombegrenzung besitzt.

Der Motor wird in der Tat bis zu einer Minute Überlast ausgesetzt. Da er 
nur bis 2A zugelassen ist, leidet die Lebensdauer, wenn er ständig bis 
zu 2.5A über einen längeren Zeitraum zieht. Er schafft die Last mit 2A 
mit verringerter Geschwindigkeit. Wenn ich ihm aber mehr Leistung 
bereitstelle, nimmt er diese natürlich dankend an. Deswegen auch eine 
Strombegrenzung und keine Sicherheitsabschaltung.

Nochmals danke für die schnelle Hilfe.

Gruß
Markus

Autor: MaWin (Gast)
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Also, nach dem nun geklärt ist, daß ein Spannungsregler als Stromregler 
so 4V für sich selber benötigt, also bei 24V nie mehr als ca. 20V 
liefern wird, eine taugliche Schaltung für die Grundanforderung 
geliefert wurde (nur die 0.1V Referenzspannungsquelle, die suche ich 
auch noch, genauer: Ich bräuchte 0.05V in SOT23 :-)
stellt sie die Frage, was der Kram eigentlich soll.

Einen Motor zu schützen.
Ein Motor hat seine Kenndaten (24V, 2A) weil er bei mehr zu heiss wird. 
Nur die Temperatur ist der lebensdauerbegrenzende Faktor beim Motor 
(abgesehen von den Umdrehungen des Lagers und der Bürsten), und die 
nicht mal schlagtig, bei 150GradC ist er kaputt, sondern 10 GradC mehr 
halbieren die Lebensdauer.

Daher ist eine Begrenzung des Strom und damit direkt des Drehmoments 
eigentlich Quatsch. Man begrenzt entweder die in den Motor 
hineingesteckte Leistung in Watt (Strom*Spannung), nach der Massgabe "er 
kann nur so heiss werden, wie hineingesteckt wird" (das macht man damit 
er in Betrieb nicht überlastet wird), oder die Temperatur (das macht man 
vor allem wenn man bei Überlastung abschalten will).

Die Schaltung bräuchte also eigentlich keine Referenzspannung von 0.1V, 
sondern eine der Motorspannung gegenläufige Spannung als Vergleichswert 
für den Shunt. Da echtes multiplizieren mit OpAmps eher schwierig ist, 
nimmt man meist 3 Geradenstücke zur Annäherung.

Autor: Markus (Gast)
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MaWin schrieb:
> Daher ist eine Begrenzung des Strom und damit direkt des Drehmoments
> eigentlich Quatsch. Man begrenzt entweder die in den Motor
> hineingesteckte Leistung in Watt (Strom*Spannung), nach der Massgabe "er
> kann nur so heiss werden, wie hineingesteckt wird" (das macht man damit
> er in Betrieb nicht überlastet wird), oder die Temperatur (das macht man
> vor allem wenn man bei Überlastung abschalten will).

Vielen Dank für die Infos! Hätte ich eigentlich auch selber drauf kommen 
können. ;-)

D.h. aber auch, dass ich anstatt 24V/2A dem Motor 20V/2,4A zur Verfügung 
stellen kann. Das würde auch mit dem Datenblatt korrelieren, in dem es 
heißt, dass der Motor auch bei 12V/4A spezifiziert ist.

Gruß
Markus

Autor: MaWin (Gast)
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> D.h. aber auch, dass ich anstatt 24V/2A dem Motor 20V/2,4A zur Verfügung
> stellen kann. Das würde auch mit dem Datenblatt korrelieren, in dem es
> heißt, dass der Motor auch bei 12V/4A spezifiziert ist.


Die beiden Spezifikationne sagen ja nur:

Du kannst den Motor mit 24V schnell drehen lassen,
aber mit nicht soviel Drehmoment,

oder mit 12V und dafür mehr Drehmoment.

Du musst dir aussuchen, was du haben willst,

Autor: Markus (Gast)
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MaWin schrieb:
> Du musst dir aussuchen, was du haben willst,

Bin jetzt ein bisschen verwirrt... ;-)

Ich kann den Motor mit 24V oder mit 12V betreiben - aber nicht mit 20V?

Hätte jetzt nach deiner Antwort von vorhin gedacht, dass nur die 
Leistungsaufnahme relevant ist...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich kann den Motor mit 24V oder mit 12V betreiben - aber nicht mit 20V?

Hat er doch gar nicht gesagt!

Kai Klaas

Autor: MaWin (Gast)
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> nicht mit 20V?

Doch. Dann liegt du halt zwischen beiden Vorschlägen.

Autor: Markus (Gast)
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Danke fürs Richtigstellen. :-)

Habe jetzt mal den L200 durchgerechnet:

Vo = 20V und Io = 2,4A

Dann müsste gelten:

R1 = 1 kOhm
R2 = 6.34 kOhm
R3 = 5 Ohm

Stimmt das? Dann würde ich in etwa hinkommen.

Gruß
Markus

Autor: A. K. (prx)
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Wenn mit R3 der Stromsensor gemeint ist: 5 Ohm => 90mA.

Autor: Markus (Gast)
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A. K. schrieb:
> 5 Ohm => 90mA.

wie hast Du das gerechnet?

Im Datenblatt steht Io = V5-2 / R3. V5-2 habe ich mit Vsc gleichgesetzt 
welche nen typ. Wert von 0,45 V hat.

Ich nehme an, das war falsch...

Autor: Markus (Gast)
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hab den Fehler: hab in der Rechnung R3 anstatt 1/R3 mit in die nächste 
Zeile genommen...

R3 = 0,2 Ohm ????

Kommt mir nicht sehr plausibel vor... hmmmm???

Autor: A. K. (prx)
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Doch, so passt es. Ab 0,45V regelt er über den Strom.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Wieso den Motor nicht einfach mit einer Spannung ansteuern, die zu 
keiner Überlastung führt?

Wenn die maximal zulässige Leistungsaufnahme 24V x 2A = 48W beträgt, der 
Motor aber 24V x 2.5A = 60W aufnimmt (9.6 Ohm), muss die 
Eingangsspannung auf 21.46V reduziert werden.

Die Strombegrenzung wird dazu führen, dass der Motor unter Last nicht 
mehr anlaufen kann. Das kann man auch schön am Labornetzteil 
ausprobieren.

Autor: Markus (Gast)
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habe gerade mal geschaut: es gibt keine 0,2 Ohm Widerstände. Das 
kleinste ist 1 Ohm - da müsste ich ja 5 Stück parallel schalten... gibt 
es dafür ne elegantere Lösung?

Autor: Markus (Gast)
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Eddy Current schrieb:
> Wenn die maximal zulässige Leistungsaufnahme 24V x 2A = 48W beträgt, der
> Motor aber 24V x 2.5A = 60W aufnimmt (9.6 Ohm), muss die
> Eingangsspannung auf 21.46V reduziert werden.

Das heißt R3 offen lassen und nur über die Spannung gehen? Interessante 
Variante... danke für den Hinweis.

Autor: A. K. (prx)
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Verlustleistung des Widerstands beachten. Ein Standardtyp brennt dir 
weg. Je nachdem was du rumliegen hast dürfen es auch noch ein paar mehr 
sein, die du zusammenschalten musst. Merke: durch R3 fliesst der gesamte 
Laststrom.

PS: Mit R3 offen läuft deshalb garnix.

Autor: Markus (Gast)
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Wenn ich nur die Spannung regulieren wollte, wie müsste ich R3 wählen?

48 W bei 2.5 A gibt bei mir 19,2 V...

Autor: A. K. (prx)
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R3 Kurzschliessen. Nur ist dann ein L200 etwas fehl am Platz, denn die 
konfigurierbare Strombegrenzung ist geradezu dessen Markenzeichen.

Autor: Anja (Gast)
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Markus schrieb:
> habe gerade mal geschaut: es gibt keine 0,2 Ohm Widerstände. Das
> kleinste ist 1 Ohm - da müsste ich ja 5 Stück parallel schalten... gibt
> es dafür ne elegantere Lösung?

Gibts wie Sand am Meer:

http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

Falls nicht würde ich 2*0R1 in Reihe schalten.
Oder mit 0R22 (Drahtwiderstand) bist Du näher an den 2,0A

Gruß Anja

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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A. K. schrieb:

>R3 Kurzschliessen. Nur ist dann ein L200 etwas fehl am Platz,
>denn die konfigurierbare Strombegrenzung ist geradezu dessen >Markenzeichen.

Ich hatte da auch schon mit dem L200 experimentiert. Und zwar war R3 ein 
50 Ohm Poti, nicht mit Graphitbahn, sondern eine etwas kräftigere 
gewickelte Drahtform. Man kann da auch noch ein Widerstandsnetzwerk aus 
festem und variablem Anteil bauen.

Markus schrieb:

>es gibt keine 0,2 Ohm Widerstände.

Wer verzapft denn so einen Mist? Ich habe in meiner Bastelkiste durchaus 
Lastwiderstände mit 0,25 oder 0,33 Ohm, und 5 Watt. Mag sein, daß z.B. 
Reichelt sowas mangels Nachfrage nicht hat.

Einen 0,2 Ohm Widerstand, oder was in dieser Größenordnung, kann man 
auch mit etwa 1 Meter Kupferdraht der Stärke 0,4mm selbst wickeln, wenn 
die parasitäre Induktivität nicht stört.

Autor: Markus (Gast)
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Anja schrieb:
> Falls nicht würde ich 2*0R1 in Reihe schalten.
> Oder mit 0R22 (Drahtwiderstand) bist Du näher an den 2,0A

Halten die Widerstände das aus?

A. K. schrieb:
> Verlustleistung des Widerstands beachten. Ein Standardtyp brennt dir
> weg. Je nachdem was du rumliegen hast dürfen es auch noch ein paar mehr
> sein, die du zusammenschalten musst. Merke: durch R3 fliesst der gesamte
> Laststrom.

Autor: MaWin (Gast)
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> es gibt keine 0,2 Ohm Widerstände

Oje.

Wo ?

In deiner bastelkiste ?

Kann sein.

Musst du halt einen kaufen,
zumindest 0.18 oder 0.22

Autor: A. K. (prx)
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Wilhelm Ferkes schrieb:

> gewickelte Drahtform. Man kann da auch noch ein Widerstandsnetzwerk aus
> festem und variablem Anteil bauen.

Yep. Mein Tipp für billiges Bastelnetzteil daher: Einfacher Umschalter 
mit Mittelstellung und insgesamt 3 Widerständen, einer permanent, zwei 
alternativ parallel zuschaltbar,

Autor: Markus (Gast)
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MaWin schrieb:
> Musst du halt einen kaufen,
> zumindest 0.18 oder 0.22

ich habs kapiert... hab nur falsch gesucht und jetzt auch gefunden. 
Danke.

Was mir noch ein bisschen Kopfzerbrechen macht ist die Frage, wieviel 
sie aushalten müssen.

Kann mir jemand hierbei noch helfen? Bin der Meinung dass die Rechnung 
0,52V (max value) * 2,4A (max current) = 1,248 Watt hinkommt. Richtig?

Autor: A. K. (prx)
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MaWin schrieb:

>> es gibt keine 0,2 Ohm Widerstände
> In deiner bastelkiste ?

Da er dort wahrscheinlich auch keinen 2W Typ drin hat ist die Variante 
"n*parallel" garnicht so absurd. Jedenfalls wenn der Rest vorhanden ist.

@Markus: Richtig.

Autor: Markus (Gast)
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Super, jetzt sind endlich alle Klarheiten beseitigt. ;-)

Vielen lieben Dank für die super Hilfe und die ganze Geduld. :-))

Gruß
Markus

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Markus schrieb:

> Wenn ich nur die Spannung regulieren wollte, wie müsste ich R3 wählen?
> 48 W bei 2.5 A gibt bei mir 19,2 V...

Der Witz an der Sache ist, dass der Motor ja keine konstante 
Stromaufnahme über die Spannung und bei gegebener Last besitzt. Die 
Leistung verhält sich quadratisch zur Spannung. Weniger Spannung -> 
weniger Strom. Daher die Rechnung über den Widerstand, als der sich Dein 
Motor mit seiner konkreten Lastsituation darstellt.

Andererseits muss man den Motor ja auch nicht bis an seine Grenze 
belasten. Dies würde ja bedeuten, dass die Randbedingungen für 
Maximalleistung eingehalten werden müssen. Ich denke da hauptsächlich an 
die Temperatur bzw. Kühlung.

Autor: Michelle Konzack (Firma: electronica@tdnet) (michellekonzack) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> istegal schrieb:
>> Korrektur: 3 A @125°C
>
> Stimmt, hab ich übersehen. Danke.
>
> Was mir aber auffällt: Vo-Vi kann niemals 0 sein, d.h. doch, wenn ich
> 24V input habe, kann ich keine 24V output bekommen, sondern max. ca. 22V
> - richtig?

Wie währe es mit einem Low-Drop Regler?
Die haben nur 100-400mV Drop-Voltage.

Grüße
Michelle

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