Im Prinzip geht es mir darum, den Strom in einem geregelten Netzteil auf der "high side" zu messen. Im Datenblatt des LT1636 findet sich dazu ein Schaltungsvorschlag, der eine massebezogene Spannung proportional zum Strom liefert. Im angehängtem "ohne_R.jpg" findet sich ein LTspice Umsetzung dieser trivialen Schaltung, die prima funktioniert! Wenn ich nun aber in den Stromkreis einen Widerstand (anstelle des Kängsregeltransistors aus dem Netzteil) einfüge, dann springt die Spannung nur noch zwischen 0 und max.V. Dazu der screenshot "mit_R". Ich kann mir das nicht erklären. Was mache ich falsch, hat Jemand einen Vorschlag?
Angehängte Dateien:
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ohne_R.jpg
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mit_R.jpg
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Hänge mal die Schaltung an. Das ist der File mit .asc.
Helmut, hier sind beide. Um den (meinen?) Fehler einzugrenzen ist die Schaltung aus einer größeren (=regelbares Netzteil) heraus genommen. Im Prinzip genau das, was im Datenblatt veröffentlicht ist. Wäre Prima wenn Du helfen könntest!
Wenn R10 kleiner ist, z.B. nur 220R, dann gehts.
Hallo Steffan, danke für den Tip, es funktioniert. Ich hatte R10 so gewählt, dass ich mit dem uP-internen ADC (AVR Mega) 'ne möglichst gute Auflösung hinbekomme, also 5V beim maximalen Strom von 2A. Was bei höreren R-Werten passiert verstehe ich nicht aber LTspice wird wohl schon recht haben. Kann's einer erklären? Danke!
Jochen B. schrieb: > Kann's einer erklären? Leider auch nicht. Aber, warum schließt du die VCC des LT1636 nicht nach deinem Regler an? Dann hättest du die Verhältnisse wie im Bild ohne R.
Nun weil ich die Spannung des Netzteils bis auf nahezu 0V runter regeln können möchte. Da macht dann der Op schlapp. Wie gesagt sind die beiden Schaltungen aus der Gesamtschaltung des Netzteils raus operiert - der Übersichtlichkeit wegen.
Angehängte Dateien:
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62 KB
Hallo Anton, Das Verhalten ist in der Tat sehr seltsam. Ich habe immer ein mulmiges Gefühl, wenn am Ausgang des Opamp noch ein invertierender Verstärker in der Regelschleife ist. Allerdings liegt das Problem in deiner Schaltung am SPICE-Modell. Da ist irgend eine "Schwäche" drin. Die Simulation läuft, wenn man den Opamp am Sensewiderstand versorgt. Habe jetzt gelesen, dass du das aber keine Lösung für deine Schaltung ist. Ich empfehle dir die Schaltung mit einem PNP-Transistor. Siehe Bild. Die funktioniert auch in der Simulation. Gruß Helmut
Die LTspice-Simulation einschließlich Opamp-Modell arbeiten korrekt. Das Problem liegt in der simulierten Last, die in der Realität selten so aussieht. Die Inverterstufe aus R8, Q3 und R10 invertiert nur, solange Q3 nicht in Sättigung geht. Überschreitet die Ausgangsspannung des Opamp einen gewissen Wert, wird aus der Gegenkopplung deswegen eine Mitkopplung, wodurch die Schaltung zwei stabile Zustände hat: 1. den erwünschten, in dem der Opamp im linearen Bereich arbeitet 2. den unerwünschten, in dem der Opamp übersteuert Die anfängliche Arbeitspunktberechnung von LTspice hat in der Simulation unglücklicherweise den zweiten Zustand erwischt. Aber auch wenn man die Arbeitspunktberechnung mit UIC unterbindet, tritt das Problem auf. Das liegt daran, dass durch die unglückliche Konfiguration von I2 der Last- strom sofort fließt, währed die Versorgungsspannung wegen Rser und C1 erst langsam ansteigt. Das wird aber in der Realität normalerweise nicht passieren, da der Laststrom von der Versorgungsspannung abhängig ist und selbst bei kapazitiver Last wegen R2 und R7 eine begrenzte Anstiegsgeschwindigkeit hat. Ersetzt man die Stromquelle durch ein realitätsnäheres Gebilde aus Widerständen, Kondensatoren und Spulen, funktioniert die Schaltung auch in der Simulation bestens. Schließt man hingegen in der Realität eine Stromquelle als Last an und schaltet diese gleichzeitig mit der Versorgungsspannung (oder schon etwas davor) ein, wird das genannte Problem tatsächlich auftreten. Die Simulation tut also genau das, was man von ihr erwartet, und die Schaltung ist auch in Ordnung.
Hallo yalu, vielen Dank für die sorgfältige Analyse und Diagnose! Der erste Schritt ist damit getan. Nun zum zweiten: hättest Du (oder wer auch immer) auch einen Vorschlag, wie man die Last einigermassen realitätsnah in LTspice simulieren kann? Das würde nicht nur mir als Einsteiger sonder möglicherweise auch anderen Nutzern sehr helfen. Gibt es vielleicht 'ne Möglichkeit die Last, die jetzt mit SINE(1.01 1 10) spezifiziert ist, phasenversetzt starten zu lassen - also nicht mit 1A sondern mit 0A? Das würde m.E. das Problem lösen wenn die Frequenz gleichzeitig niedrig genug gewählt wird. Wahrscheinlich existieren viele praktikable spice Lösungen, mir als newbee sind sie unbekannt :-( Gruß&Dank Jochen
Jochen B. schrieb: > hättest Du (oder wer auch immer) auch einen Vorschlag, wie man die > Last einigermassen realitätsnah in LTspice simulieren kann? Wenn du es mit ohmschen, aber veränderlichen Lasten zu tun hast, kannst du R1 und die Stromquelle durch einen zeitabhängigen Widerstand ersetzen. Du schreibst dazu einfach in das "Resistance"-Feld des Widerstands
1 | R = <Funktion von TIME> |
also z.B.
1 | R = 32 / (SIN(20*PI*TIME) + 1.01) |
> Gibt es vielleicht 'ne Möglichkeit die Last, die jetzt mit SINE(1.01 1 > 10) spezifiziert ist, phasenversetzt starten zu lassen Natürlich: Du brauchst nur im Dialog für die Stromquelle den Parameter "Phi(deg)" auf -90 zu setzen. Auf jeden Fall solltest du aber im Transient-Dialog das Häkchen für "Skip Initial operating point solution" setzen.
Hi Yalu, großartig, danke für den Tip. Wenn ich die Stromsenke mit -90 Grad starten lasse, dann kommt Q3 nicht mehr in die Sättigung. Ich kann also R10 auf 2.2k erhöhen und habe dann damit 1V pro Ampere Lasstrom. Das ist genau der Wert, den ich meinem ADC im µP (AVR Mega) zumuten kann. Nun bin ich mit meinem Schaltungsentwurf zwar noch nicht ganz durch, aber ein ganzes Stück weiter gekommen. Schönen Sonntag noch und Gruß Jochen
Auch wenn die Sache jetzt soweit funktioniert, würde ich trotzdem überlegen, ob nicht Helmuts Schaltung mit dem PNP-Transistor die bessere Lösung ist. Zwar kann auch bei ihr der Transistor unter extremen Bedingungen in die Sättigung gelangen, im Gegensatz zur ursprünglichen Schaltung entsteht dabei aber kein "Einrast"-Effekt. Den einzigen Vorteil der NPN-Schaltung sehe ich darin, dass der Opamp mit einer niedrigeren Versorgungsspannung als der Verbraucher betrieben werden kann (vermutlich deswegen ist auch der INA138 von BB/TI so aufgebaut). Da du von dieser Möglichkeit aber keinen Gebrauch machst, bringt dir der Vorteil nichts.
Yalu X. schrieb: > Auch wenn die Sache jetzt soweit funktioniert, würde ich trotzdem > überlegen, ob nicht Helmuts Schaltung mit dem PNP-Transistor die bessere > Lösung ist. Ist gehupft wie gesprungen. Weil: >>> ... ich die Spannung des Netzteils bis auf nahezu 0V runter regeln können möchte In diesem Fall kann die Schaltung nicht funktionieren. Hinter R7 (=U_aus) muß mindestens die Summe aus U_result und der Sättigungsspannung des Transistors anliegen. Schließlich beruht das Schaltungsprinzip darauf, daß der Kollektorstrom des Transistors an 220R genausoviel Spannungsabfall verursacht wie I_last an 0.2R. Diesen Strom muß der Transisor aber irgendwohin ableiten können. Retten könnte man die ganze Sache, indem man die Spannung an R10 nicht gegenüber GND, sondern einer negativen Spannung abfallen läßt. Z.B. -5V und den AVR dann aus GND/-5V versorgen. Alternativ den Meßwiderstand vor dem Regeltransistor anbringen. Das setzt natürlich voraus, daß die Regelung keinen Strom nach GND ableitet oder am Meßwiderstand vorbei in den Ausgang. Die Schaltung hat übrigens einen systematischen Meßfehler, weil Emitter- und Kollektorstrom eines Transistors nicht genau gleich sind - am Emitter fließt zusätzlich der Basisstrom. Ernst gemeinte Schaltungen dieser Art verwenden deswegen einen FET. XL
Ich bin nun wirklich nicht der Fachmann - was man ja wohl dem Schaltungsentwurf direkt entnehmen kann. Aber bei der hohen Stromverstärkung des Darlingtons frage ich mich, wie groß denn der Meßfehler sein wird? Kann das mal Jemand über den Daumen peilen und hier posten? Alex, wenn Du 'nen professionellere Entwurf für ein Netzteil (ca. 0 bis 30V, ca 2A) zur Hand hast und hier posten könntest, nicht nur ich würde mich darüber freuen. Beste Grüße Jochen
Vergiss das mit dem Darlington. Nimm einen BCxxxC. Da hast du mindestens eine Stromverstärkung von größer 400. Damit wird dein Fehler wegen Basisstrom kleiner als 0,2%.
Danke Helmut für die klare Aussage. Die 0,2% Fehler wegen des nicht berücksichtigten Basisstroms kann wohl jeder, der nicht gerade ein ultrapräzises Laborerät für die PTT bauen will, verkraften. Problemlos wohl auch etwas mehr. Was ich und die meisten, wie ich glaube, so zur Verfügung haben liegt bei 3% +- 1 Digit. Aber wie steht es nun mit einem Schaltungsvorschlag für 'nen nachbausicheres Gerät, dessen Teile einfach zu beschaffen sind und das den preislichen Rahmen für so'nen Bastler wie mich nicht sprengen. Bin gespannt! Gruß Jochen
Jochen B. schrieb: > Ich bin nun wirklich nicht der Fachmann - was man ja wohl dem > Schaltungsentwurf direkt entnehmen kann. Aber bei der hohen > Stromverstärkung des Darlingtons frage ich mich, wie groß denn der > Meßfehler sein wird? Welcher Darlington? Ich sehe da mit Q3 einen einzelnen Transistor. > Kann das mal Jemand über den Daumen peilen und hier posten? Ohne Abgleich ist der Fehler ca. 1/h_fe. Also für gängige Transistoren ca. 1% und damit in der Größenordnung der Toleranzen der Widerstände auch. Wenn du einen der Widerstände einstellbar machst (z.B. R10), dann kannst du alle diese Toleranzen auf einmal ausgleichen. Das Problem ist eher, daß h_fe nicht konstant ist. Es variiert mit dem Kollektorstrom und natürlich mit der Temperatur. Aber größer als 1% wird der Fehler dadurch sicher nicht. Wie gesagt: ein MOSFET wie BS170 statt des Transistors tuts auch. Oder in der pnp-Variante ein BS250. > Alex, wenn Du 'nen professionellere Entwurf für ein Netzteil (ca. 0 bis > 30V, ca 2A) zur Hand hast und hier posten könntest, nicht nur ich würde > mich darüber freuen. Also Netzteil-Schaltungen gibts nun wirklich Tausende im Netz. Mehr als 10 sicherlich allein hier im Forum. Welche genau man nimmt, hängt davon ab, welche Teile (Trafo, Gehäuse, Kühlkörper) man hat. Und anscheinend hast du ja auch eigene Vorstellungen, wenn du den Strom mit einem AVR messen willst. Das "Problem" der High-Side Strommessung entschärft man i.d.R. dadurch, daß man getrennte Panelmeter für Strom und Spannung nimmt und denen unabhängige Stromversorgungen spendiert. So ein LCD-Panelmeter braucht ja nur wenige mA und man kann einen kleinen DC-DC Wandler nehmen; wie hier durchdekliniert: Beitrag "galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA" XL
Jochen B. schrieb: > Aber wie steht es nun mit einem Schaltungsvorschlag für 'nen > nachbausicheres Gerät, dessen Teile einfach zu beschaffen sind und das > den preislichen Rahmen für so'nen Bastler wie mich nicht sprengen. Ganz am Anfang sollte man sich auch mal Gedanken über die benötigten Spannungen und Ströme machen. In der Praxis kommt man mit wesentlich weniger aus als den üblichen 2x 30V/3A. Mal ein paar Worte aus meiner Praxis: Mein allererstes Netzteil hat einen Trafo aus einem alten Kassettenrecorder, der ca. 16V nach der Gleichrichtung bringt. Dahinter ein MAA723, ein SD336 (BD136), ein einfaches Poti und ein kleines Drehspulinstrument mit Skale 0-15, per Schalter umschaltbar auf 15V oder 1.5A. Strombegrenzung fest bei 1A (reicht bis ca. 9V, darüber bringts der Trafo nicht mehr). Gebaut vor >25 Jahren, tut immer noch. Reicht für 50% aller Projekte aus. Weil es klein und leicht ist, steht es manchmal auf dem Schreibtisch, wenn ich an einem Controllerprojekt bastele. Dann vor ca. 20 Jahren habe ich das "dicke" Netzteil gebaut: Festspannungen 5V/5A + 7V/3.5A, per Schalter in Reihe oder einzeln. 2x 1.5-20V/1A. Außerdem ein 12V/4A Netzteil mit Phasenabschnittsteuerung für den Lötkolben. 1 (ein!) Panelmeter mit einem C520 (AD2020/CA3162) umschaltbar um Strom/Spannung der beiden variablen Quellen und der Lötkolbenversorgung anzuzeigen. Steht fest auf der Elektronik-Werkbank. Die Festspannungsquellen sind Schaltnetzteilmodule von Robotron :) Die beiden variablen Quellen benutzen wieder einen MAA723 + externen Transistor (KU602 WIMRE). Schmankerl ist hier ein Thyristor-Vorregler, der die Regler-Eingangsspannung auf ca. U_aus + 6V hält. Spannungseinstellung mit Wendelpoti. Strombegrenzung fest auf 1A. Und das hat bis jetzt für alles gereicht! Für Spezialprojekte wie z.B. die Endstufen für das Wohnzimmer wurde das Netzteil halt zuerst gebaut. Eine separate Stromeinstellung ist zwar sicher praktisch, aber ernsthaft vermißt habe ich die nie. Was ich heute definitiv verbauen würde, sind viele separate Panelmeter. War damals aber unbezahlbar. Separate Grob/Fein Einstellung wirkt zwar nicht so edel wie ein 10-Gang-Wendelpoti, ist aber billiger und in der Handhabung vielleicht sogar besser. Schlußfolgerung: man kommt auch beim Netzteil mit weniger aus. Was man nicht braucht, muß man auch nicht bezahlen. Robustheit ist wichtiger als möglichst viel Strom/Spannung. XL
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