Hallo liebe Gemeinde,
ich habe gerade ein Problem mit einer Schaltung, die sich auf dem
Steckbrett noch sehr gut verhalten hat, nun aber auf der Platine
Probleme macht. Ich denke, es liegt am Offset des Operationsverstärkers.
Ich weiss jedoch leider nicht, wie ich diesen in der gegebenen Schaltung
einfach kompensieren soll.
Die Schaltung im Anhang ist exemplarisch. Den Treiber zwischen OP und
Fet habe ich weggelassen. Ebenso den Kreis zur Bereitstellung der
Steuerspannung und der allg. Spannungsversorgung.
Als Ue wird eine Spannung von 0V (aus) oder zwischen 70mV und 1,6V (an)
eingerichtet. Der Messwiderstand beträgt derzeit Rmess = 1 Ohm. Die
Betriebsspannung ist asymmetrisch mit VCC = 12...15V gegen GND. Als
Op-Amp verwende ich wegen des Schaltverhaltens aktuell einen LM358.
Dieser erwies sich als sehr brauchbar auch bei geringen
Eingangsspannungen. Alternativ wäre ein TS912 möglich, dieser neigt aber
auch trotz Kompensationen sehr leicht zum Schwingen. Somit kann mit
dieser Stromquelle ein Strom von etwa 70mA bis 1,5A eingestellt werden.
Das Problem besteht nun darin, dass bei einigen Operationsverstärkern
eines Typs bei einer anliegenden Ue von 0V (aus) trotzdem ein Strom von
wenigen mA über Rmess fließt und somit die Led leuchtet. Der Op regelt
trotz dann existierender Spannung am invertierenden Eingang den Ausgang
nicht gegen 0.
Habt Ihr eine Idee, wie ich in diesem Aufbau eine Offsetkompensation
durchführen könnte? Da Rmess sehr niederohmig ist und der maximale Strom
bis 1,5A reicht, sehe ich bisher leider keine leichte Möglichkeit durch
Potentialanhebungen an den Ein- oder Ausgängen des OP oder durch
Einspeisung eines Stromes den Offset zu kompensieren.
Ich wäre für einen Tipp von Euch sehr dankbar.
Mit Gruß
Mike
Also du musst C2 gegen 1nF ersetzen und R9 an den andeen machen.
Was meinst du soll man auf deine Bullshitfrage an Antworten liefern ?
Zu faul den Schaltplan aufzuzeichnen, die Bauteile zu benennen, die
Grössen anzugeben, aber detaillierte Fehleranalyse bekommen wollen ?
Es wundert mich wenigstens nicht, daß die Schaltung mir TS912 leicht
schwingt, und würde mich nicht wundern, wenn du es mit 0.1 Ohm als shunt
für 70mA probieren willst.
Du musst dem Opamp am -Eingang eine leicht positive Spannung
vortäuschen.
Dazu in die Leitung zum -Eingang einen Widerstand einfügen. Vom -Eingang
dann noch einen weiteren Widerstand zu einer stabilen positiven
Spannung. Dadurch ergibt sich bei richtiger Dimensionierung gnügend
Offset, damit die LED bei 0V am +Eingang dunkel bleibt.
Hallo,
@MaWin:
ich wüsste nicht, wo du da eine C2 Kapazität siehst und R9 ist dort auch
nicht eingetragen. Oder sollte das etwa Zynismus sein??? Abgesehen davon
wurde, abgesen vom Fet (welcher erzeit ein IRLZ34N ist), jede aus meiner
Sicht relevante Größe benannt. Und wenn du 70mA über einem 0.1 Ohm-Shunt
messen möchtest... bitte.
@Helmut S.
Du meinst das sicherlich so:
---- Inv. Eing.
|
v+ <------R1----R2---------
|
Rmess
|
GND
Mal sehen:
Für die beiden Extremfälle Vmess = 0 bei v+ = 3,3 V ergäbe sich unter
Vernachlässigung von Rmess z.B. bei R1 = 3k2 und R2 = 100R Uinv.Eing =
100mV.
Bei Imess = 1,5A reduziert sich der Strom über R1-R2 auf 5,5*10^⁻4A -->
über R2 fallen 0,0055V oberhalb von Umess ab.
Das sollte also passen... ich werde es gleich mal testen. Danke
Mit Gruß
Mike
>LM358 ...
was soll das ? Nimm einen OpAmp mit weniger Offset. Eine Offsetkorrektur
macht niemand mehr. Das war vor 20 Jahren vielleicht noch Mode, als ein
Pot dazu toll war. Heute will man kein Pot mehr haben.
Der OpAmp sollte dann auch bin Null am Eingang koennen. Allenfalls einen
R-R oder bipolar speisen.
Pico Oschi schrieb:> Nimm einen OpAmp mit weniger Offset.
Vorher probiere erst mal einen Pull-Down-Widerstand zwischen Ausgang OP
und Masse. Der LM358 kann unterhalb von ca 0,8V kaum noch Strom nach
Masse ziehen.
Wenn das nichts hilft dann kannst Du immer noch den LM358 gegen einen
LT1013 oder OPA2234 tauschen.
Gruß Anja
Hallo Anja,
der LM358 liefert bei Ue=0V eine Spannung von rund 1,6V am Ausgang. Ein
Pulldown (10k, 4k7) gegen GND brachte gerade keinen Effekt. Ich habe
zwischen den LM358 und dem FET eine Gegentaktendstufe als Treiber
gesetzt (fehlt in der Skizze). Somit wird der Ausgang (auch laut
Simulation) des OPs sowieso nur sehr gering belastet.
@Pico Oschi
Den LM358 habe ich nach einigen Versuchen ausgewählt, weil er den
beherrschbarsten Regelverlauf zeigte. Versucht hatte ich MC33161, TL072,
LM358, TS912, NE5532 und uA741.
Mit Gruß
Mike
Mike schrieb:> Ich habe zwischen den LM358 und dem FET eine Gegentaktendstufe als> Treiber gesetzt (fehlt in der Skizze).
Warum denn das? Das ist keine Schaltanwendung, hier kannst du den Mosfet
direkt an den Opamp anschließen. Allenfalls ein Widerstand als Bestand-
teil einer zusätzlichen Frequenzkompensation kommt noch dazwischen.
Mike schrieb:> Ich habe> zwischen den LM358 und dem FET eine Gegentaktendstufe als Treiber> gesetzt (fehlt in der Skizze).
Dann ist da der Fehler.
Mike schrieb:> Den LM358 habe ich nach einigen Versuchen ausgewählt, weil er den> beherrschbarsten Regelverlauf zeigte. Versucht hatte ich MC33161, TL072,> LM358, TS912, NE5532 und uA741.
Ja ist klar. Die meisten der OPs sind keine Single-Supply. Außerdem
brauchst Du bei einer präzisen Stromregelung die hohe
Leerlauf-Verstärkung und die niedrige Bandbreite des LM358. Die
Stabilität kann man allerdings auch über einen Integrationskondensator
erzwingen.
Gruß Anja
Hallo Anja,
einen Kondensator als Tiefpassbeschaltung des OP hatte ich auch schon
realisiert. Da ich ursprünglich den TS912 verwenden wollte (Singlesupply
und R2R), hatte ich zur Rettung auch Kapazitäten versucht, um die
Bandbreite zu beschränken. Das Regelverhalten des TS912 war sowieso
schon sehr eigen, aber mit der Kapazität konnte ich sehr schön Sägezähne
erzeugen. Damit war er ausgeschieden. Stabil lief dieser OP nur in einem
bestimmten Lastfenster. Der LM358 hingegen über den gesamten
Betriebsbereich.
Da der LM358 nun weder wirklich Singlesupply noch R2R ist, habe ich den
Regelbereich so eingerichtet, dass die kleinste von "off" verschiedene
Steuerspannung bereits einen Hub hat, ab dem ich eine saubere Regelung
sehen konnte (etwa 100mV).
Die Treiberstufe zwischen zwischen OP und FET verwende ich, weil ich dem
Strom alternativ noch eine PWM aufpräge. Da der LM358 nicht allzuviel
Strom liefern kann und sich Ripples ausprägten, war das der sinnvollste
Weg.
Mit Gruß
Mike
Mike schrieb:> Das Regelverhalten des TS912 war sowieso schon sehr eigen, aber mit> der Kapazität konnte ich sehr schön Sägezähne erzeugen. Damit war er> ausgeschieden.
Ich glaube nicht, dass das am TS912 lag, sondern eher an der Art und
Weise, wie du die Kompensation gemacht hast. Aber ich kann mich
natürlich auch täuschen :)
> Die Treiberstufe zwischen zwischen OP und FET verwende ich, weil ich dem> Strom alternativ noch eine PWM aufpräge. Da der LM358 nicht allzuviel> Strom liefern kann und sich Ripples ausprägten, war das der sinnvollste> Weg.
Der Mosfet muss bei dieser Anwendung nicht sehr schnell geschaltet
werden, da Schaltverluste hier uninteressant sind. Du kannst
Ausgangsstromspitzen am Opamp vermeiden, indem du einfach einen
Widerstand in Serie schaltest. Für die Frequenzkompensation brauchst
du den soweiso.
Yalu X. schrieb:> Du kannst> Ausgangsstromspitzen am Opamp vermeiden, indem du einfach einen> Widerstand in Serie schaltest. Für die Frequenzkompensation brauchst> du den soweiso.
Hängt von seiner "streng geheimen" Ausgangsstufe ab. Den Widerstand am
Ausgang des OPs braucht er nur wenn der Ausgang des OPs direkt die
Gate-Kapazität "sieht".
Wichtiger für eine Kompensation ist ein Serienwiderstand vom Shunt bis
an den negativen Eingang.
Wäre sowieso guter Stil den einzubauen um den Offset durch den Input
Bias Strom zwischen + und - Eingang zu kompensieren.
Außerdem hätte man die Möglichkeit durch einen Pull-Up Widerstand am
negativen Eingang einfach einen Offset von 10mV einzuspeisen.
Mike schrieb:> aber mit der Kapazität konnte ich sehr schön Sägezähne> erzeugen.
Klar wenn als Tiefpaß eingabaut und nicht als Integrationskondensator.
Zur Erinnerung: ein Integrator besteht aus einem Widerstand in Serie zum
Eingang des OPs und einem Kondensator vom Ausgang zum negativen Eingang.
Mike schrieb:> Da der LM358 nun weder wirklich Singlesupply
Meine Datenblätte behaupten aber alle: Singlesupply.
Schließlich ist der common mode input range von 0V an spezifiziert.
Gruß Anja
Anja schrieb:>> Du kannst Ausgangsstromspitzen am Opamp vermeiden, indem du einfach>> einen Widerstand in Serie schaltest. Für die Frequenzkompensation>> brauchst du den soweiso.>> Hängt von seiner "streng geheimen" Ausgangsstufe ab.
Der Serienwiderstand war gedacht als "Ersatz" für die weitgehend
nutzlose Ausgangsstufe. Der Grund für diese zusätzliche Stufe war nach
Aussage von Mike nämlich lediglich die Entlastung des Opamp-Ausgangs:
Mike schrieb:> Die Treiberstufe zwischen zwischen OP und FET verwende ich, weil ich dem> Strom alternativ noch eine PWM aufpräge. Da der LM358 nicht allzuviel> Strom liefern kann und sich Ripples ausprägten, war das der sinnvollste> Weg.
Der einzige "Vorteil" der zusätzlichen Stromverstärkung wären steilere
Flanken im LED-Strom. Da diese aber nicht mit dem Auge wahrgenommen
werden, sondern allenfalls mit dem Ohr (wenn ein Radio eingeschaltet
ist ;-)), ist dieser Vorteil in Wirklichkeit gar keiner.
Mike schrieb:> Abgesehen davon wurde, abgesen vom Fet (welcher erzeit ein IRLZ34N ist),> jede aus meiner Sicht relevante Größe benannt.
Und du meinst, der Treiber ist nicht relevant?
Hast du dich schon mal gefragt, ob der Treiber, der ja "nur" Bestandteil
der Regelstrecke ist, vielleicht doch einen Einfluß auf Offset und
Stabilität haben könnte?
Hallo,
nein, streng geheim ist die Treiberstufe nun wirklich nicht:). Sie
besteht aus einem 337-40 und 327-40 Pärchen, angeschlossen an den OP
über 1k und zum Fet-Gate über 56Ohm und parallel dazu eine 1N5819. Das
Ganze ohne Ruhestrombeschaltung. Diese Beschaltung wird auch von
unterschiedlichen Herstellern in dieser Art in ihren AppNotes
beschrieben. Da der FET in dieser Art von Aufbau später auch höhere
Ströme bis ca. 5A regeln soll, empfand ich einen verstärkten OP als
durchaus sinnvoll bei höheren PWM-Frequenzen und kurzen Dutycycles. Die
Simulation des Schaltkreises zeigte auch ein gutes Schaltverhalten.
Zumindest mit einem Standard-OP.
Da der Aufbau, wie bereits im ersten Post geschrieben, bereits auf einer
fertigen Platine sitzt, ist die Diskussion über die Notwendigkeit einer
Treiberstufe für mich zwar sehr interessant, löst aber mein akutes
Problem nicht, da ich das Layout nun erstmal nicht mehr ändern
kann/möchte. Dennoch werde ich eure Anregungen in weiteren Projekten
einfließen lassen.
@Anja
Der TS912 war durchaus in der bekannten Integratorbeschaltung
eingesetzt. Dennoch war das Ergebnis sehr unerfreulich, da der Ausgang
entweder schwang oder der Spannungsverlauf sehr unstetig war. Daher habe
ich davon Abstand genommen und den LM358 verwendet. Auch wenn der hier
evtl. als nicht hinreichend erachtet wird. OPs für rund 3Euro pro Stück
vielen aus Kosten-/ Nutzengründen aus.
Die Lösung ist, wie bereits in der 2. Antwort beschrieben, einfach durch
das Anheben des Potentials über einen Spannungsteiler am invertierenden
Eingang zu erreichen. Den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen... Eine
Anhebung des inv. Einganges um 30mV hat bereits gereicht, um den Ausgang
bei allen aufgebauten Regelkreisen sauber in einen off-Zustand zu
bringen. Der Kreis steuert nun sauber im Bereich von ca. 40mA bis 1,5A
wie geplant und zeigt sehr steile Schaltflanken an Messwiderstand und am
FET-Gate.
Ich Danke euch allen für eure Hilfe.
Mit Gruß
Mike
Mike schrieb:> Das> Ganze ohne Ruhestrombeschaltung.
Du baust also ein Totglied in deine Regelstrecke: das muß schwingen.
Das mit der 1N5819 verstehe ich nicht. Aber falls die an den Ausgang des
OPs geht würde ich die durch einen geeigneten Widerstand ersetzen.
-> Endstufe nach dem EDWIN-Prinzip:
Kleinsignalverhalten aus der Vorstufe = LM358
und Großsignalverhalten aus der Endstufe.
Mike schrieb:> und den LM358 verwendet. Auch wenn der hier> evtl. als nicht hinreichend erachtet wird.
Selbst "schuld": im Eingangspost hast Du den als Verursacher
hingestellt. Die logische Abhilfe ist die Ursache zu beseitigen. Zumal
das auch keine Änderung an der Platine bedeutet.
Die genannten OPs haben alle deutlich kleineren Offset und meist auch
etwas höhere Verstärkung was die Regelgenauigkeit noch etwas anhebt.
Aber wenn der LM358 dir ausreicht ist er keine schlechte Wahl. Zumindest
besser als ein TS912 der nochmal Faktor 2-5 weniger Verstärkung hat.
Gruß Anja
Hallo Anja,
ich hänge mal den erweiterten Plan des Regelkreises mit allen Größen an.
Kannst du mir das mit dem Totglied erklären? Den Begriff kenne ich nicht
und konnte ihn auch nicht im Netz finden. Eine Endstufe mit Ruhestrom
hatte ich auch versucht. Jedoch ist es mir nicht gelungen 1. aus dem
Aufbau ein wesentlich besseres Verhalten zu bekommen und 2. zu
verhindern, dass die Treibertransistoren zu warm wurden.
Die Diode geht vom FET-Gate zurück auf die Emitterstrecke des
Totempoles. Hierdurch soll die Entladung der Gate-Kapazität beschleunigt
werden.
Ja, das Grundprinzip sollte so sein. Der OP liefert "die Richtung" und
der Totempole "den Strom". Es hatte sich gezeigt, dass die reine
OP-FET-Verbindung gerade beim Entladen der Gate-Kapazität einen
verschleiften, Lastabhängigen Verlauf hatte. Mit der Halbbrücke als
Verstärker konnte ich dieses Spannungsbild sauberer bekommen auch
unabhängig von der Last am FET.
Mit Gruß
Mike
Die Schaltung ist Mist und die Begründung für die 1N5819/56R genauso.
Der Fet arbeitet hier rein analog und wird am schnellsten durch den
Treiber direkt gesteuert. Diese Gatebeschaltung braucht man nur bei
Schaltanwendungen wenn eine Stromüberschneidung mit einem
HighSide-Schalter vermieden werden soll.
Außerdem viel zu große zusätzliche Phasendrehung und Totbereich in der
Rückkoppelschleife des OPV, keine Frequenzgangkorrektur. So ziemlich
alles falsch gemacht was nur geht. Die wichtigsten Infos natürlich so
spät wie irgend möglich genannt und im Forum die schon vorhandenen >1000
Beiträge mit identischen Inhalt und Problemlösungen nicht gelesen.
Hallo,
die Beschaltung des FET-Gates habe ich in Anlehnung an den Artikel
"Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits"
gestaltet. Auf Seit 12 und 14 werden die einzelnen Komponenten
dargestellt.
Zwar ist der Ton gerade wieder recht rau hier, aber mich interessiert
der Einwand mit der fehlenden Phasenkompensation. Wenn es tatsächlich
sinnvoll ist, den Totempole weg zu lassen, so könnte ich diesen im
aktuellen Layout auch einfach überbrücken und die Verbindung zwischen OP
und Fet über üblichen 56Ohm Widerstand herstellen. Das soll mir nur
recht sein.
@ArnoR:
Da ich gerade nocheinmal die Suche-Funktion bemüht habe, aber nicht auch
nur auf eine deiner >1000 Lösungen für dieses Problem gestoßen bin
möchte ich dich bitten, mir vielleicht 1-2 Links zu einer dikutierten
Lösung zu geben. Ich wäre dir sehr dankbar.
Mit Gruß und Dank
Mike
Hallo Mike,
Schau dir weiter oben die Schaltung von Anja an. Genau so machen es die
Profis. Entscheidend sind der 100pF zwischen -Eingang und Ausgang und
der 100Ohm Serienwiderstand zum Gate.
Anja könnte ja mal die Schaltung anhängen, dann kannst du es mit LTspice
ausprobieren und sehen wie es ohne diese Maßnahmen schwingt.
Gruß
Helmut
Hallo,
anbei mal die beiden Schaltungen im Vergleich.
Mit der Endstufe sieht man daß für einen Eingangsspannungshub von 20mV
der OP um 0,5V "rudern" muß um am Ausgang des Fets die 20mV abzubilden.
Fühlt sich also so an wie eine ausgeschlagene Lenkung am LKW kurz vor
dem letzen TÜV.
Ohne Endstufe hat man am Ausgang des OPs nur ca 20mV Amplitude.
Gruß Anja
Zeichnung_Stromquelle.png
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