Hallo, ich möchte mir einen Nimh Akku Lader bauen, dazu habe ich mir die
angehängte Schaltung überlegt.
Nachdem ich Elektronik weder studiert habe noch solch einen Beruf
ausführe ist mein Wissen leider etwas begrenzt.
Aus diesem Grund wäre es sehr nett wenn sich das jemand mal ansieht...
Zu der Funktion der Schaltung:
Ein AVR der mit 5 Volt versorgt wird gibt eine PWM auf den Tiefpass.
Die 5 Volt werden durch den Spannungsteiler auf max. 1 Volt gebracht und
gehen auf den invertierenden Eingang von IC1A.
(Schaltplanfehler; IC3A muss ein Rail-to-Rail sein.)
Um von der Rippelspannung (150mV pp) des (5V 3A) Schaltnetzteils
unabhängig zu sein die Idee mit dem Subtrahierer.
Der Rest sollt sich von alleine erklären...
Die Fragen dazu:
1. Kann das überhaupt so funktionieren?
2. Braucht der Darlington einen Basiswiderstand?
3. Muss der Transistor immer in Kollektorschaltung sein?
4. Wie kann ich den Darlington komplett abschalten, da der OPV Offset
das wohl nicht zulassen wird?
5. Sind die Eingänge der OPVs richtig verschalten?
Besten Dank
Hansen
> 1. Kann das überhaupt so funktionieren?
Im Prinzip ja.
> 2. Braucht der Darlington einen Basiswiderstand?
Es funktioniert auhc ohne
- weil der LM358 den Strom auf ca. 20mA begrezt
- weil der Basisstrom je in der regelschleife liegt, also geregelt wird
aber
- die Regelschleife ist extrem steil, d.h. geringe Änderungen
führen schon zu grossen Änderungen des Basisstromes. Daher ist
die Regelung elicht instabil. Ein Vorwiderstand verbessert die
Stabilität der Regelung.
> 3. Muss der Transistor immer in Kollektorschaltung sein?
Deiner ist gar nicht in Kollektorschaltung, sondern Emitterschaltung.
Der Strommmesswiderstand liegt in Reihe zum Transistor und kann im
Prinzip auch in die Leitung vom Kollektor, dann siehst du, daß es eine
saubere Emitterschaltung mit +5V als gemiensamen Anschluss ist.
Aber du könntest den Transistor auch umdrehen als NPN, dann arbeiet er
als Emitterfolger in Kollektorschlatung mit dem Kollektor am gemeinsamen
+5V ANschluss.
Die Frage ist halt, ob di den Akku oder den Strommmesswiderstahnd als
Last ansiehst. Der Akku ist deine Last.
> 4. Wie kann ich den Darlington komplett abschalten, da der OPV Offset> das wohl nicht zulassen wird?
Der Offset ist nicht das Problem, der LM358 kann nichts mit Spannungen
zwischen +3.5V und +5V anfangen, weder am Eingang noch am Ausgang. Daher
funktionier deine Schaltung mit ihm nicht. Entweder du versorgst ihn mit
mindestens 8V, oder du nimmst einen moderneren besseren sogenannten
Rail-To-Rail OpAMp wie TS912.
> 5. Sind die Eingänge der OPVs richtig verschalten?
Egal.
Ich glaube, das Problem liegt früher.
Du regelst den Strom zum Akkuladen, das ist fein.
Aber so genau nimmt es der Akku nicht.
Der Strom sollte nur "halbwegs" stabil sein, damit der Messwert der
Spannung, mit dem du (vermutlich) per -DeltaU erkennen willst, wann der
Akku voll ist, nicht vom schwankenden Strom beeinflusst wird.
Dem Akku ist der Strom weitestgehend egal.
Also reicht eigentlich ein Strom den man grob in Stufen einstellen kann,
oder bei gegebener Akkugrösse "Mignon" gar nicht einstellen muß.
Dann entfällt die ganze Schaltung und wird zu einem Vorwiderstand, na
gut, mit geschaltetem Transistor zum abschalten.
Selbst wenn wir bei deiner Schaltung bleiben:
Der Differenzverstärker ist hochgradig ungenau, er verstärkt den Offset
des OpAmps und die Ungenauigkeit der Widerstände extrem. Daher ist die
Schaltung ungünstig. Zudem ist die Regelung vermutlich nicht stabil,
selbst wenn ein Basisvorwiderstand an den Transistor kommt könnte eine
zusätzliche Kompensation durch ein mitkoppelndes RC-Glied notwendig
sein.
Daher schlage ich eine andere Schaltung vor:
Wenn du ganz primitiv den Strom an einem Shunt im Massezweig des Akkus
misst:
+5V
--100k--+-----|+\ |
| | >--+-R-|<
| +--|-/ | |E
| | | +--- A/D
| | Cx | +
| | | Akku
| | | | -
+--+ +--------+-Rx-+
| | |
C 25k 0.5R
| | |
GND -+--+----------------+----
dann schreist du sicherlich auf, "der A/D-Eingang misst gar nicht die
Akkuspannung", aber die am shunt zusätzlich abfallende Spannung kennst
du, sie entspricht dem per PWM eingestellten Strom, und du kannst das
sogar vom uC aus testen, in dem der uC den halben Strom einstellt und
schaust ob sich die Gesamtspannung passend ändert.
Die Schaltung ist also um Längen einfacher als deine, und sie erlaubt
über die Bauteile Rx und Rx daß die Regelung stabil wird.
Und falls dir das zu unsicher ist: Du kannst die Spannung am shunt mit
einem zweiten A/D-Eingang messen und in Sofwtare abziehen, dann bekommst
du die Akkuspannung trotz des schwebenden Akkus.
>- die Regelschleife ist extrem steil, d.h. geringe Änderungen>führen schon zu grossen Änderungen des Basisstromes.
Kann es sein das die Grundschaltung einem Komparator entspricht?
Mit andern Worten, wenn z.b. der plus Eingang minimal größer ist als es
Minus ist, geht die Ausgangsspannung bis an das Maximum was der opv
ausgeben kann?
>Der Offset ist nicht das Problem, der LM358 kann nichts mit Spannungen>zwischen +3.5V und +5V anfangen, weder am Eingang noch am Ausgang.
Achso, wenn also am Eingang 5 Volt anliegen kann er nur bis max. 3.5
Volt ausgeben was dann für den pnp Transistor nicht reicht um zu
sperren?
Was passiert eigentlich wenn man mehr als die Vcc-1,5V laut Datenblatt
auf den die Eingänge gibt, nicht das er 0 Volt ausgibt statt 3,5?
>Daher schlage ich eine andere Schaltung vor
Um Welten besser was ich da zusammen geschustert habe!
Wie berechnet sich die Grenzfrequenz des Tiefpass der für die PWM
zuständig ist, es irritiert mich der parallele Widerstand?
>sie erlaubt>über die Bauteile Rx und Rx daß die Regelung stabil wird.
Wie das genau funktioniert entzieht sich meiner Kenntnis, jedenfalls
denke ich es handelt sich auch um einen Tiefpass...
Was für Werte würdest du für Cx und Rx empfehlen wenn ich den TS912
nehme?
Besten Dank
Hansen
> Was passiert eigentlich wenn man mehr als die Vcc-1,5V> laut Datenblatt auf den die Eingänge gibt
Nicht spezifiziert.
Der LM358 bleibt bei 3.5V,
der TL071 geht sozusagen auf 0V,
allerdings hat er das Problem des phase reversal an der unteren
Versorgungsspanungsgrenze.
> es irritiert mich der parallele Widerstand?
R = 100k paralle zu 25k, also 20k.
> Was für Werte würdest du für Cx und Rx empfehlen wenn> ich den TS912 nehme
Ich empfehle, die auszuprobieren, mit 470pF/1k kann man
ja mal anfangen.
>Ich empfehle, die auszuprobieren, mit 470pF/1k kann man>ja mal anfangen.
Wie merke ich überhaupt wenn die Schaltung nicht stabil läuft?
Ich habe kein Oszilloskop um so etwas festzustellen....
Ich würde gerne noch den Akku entladen können dazu habe ich die
Schaltung erweitert. (siehe Anhang)
Kann man das so lassen oder geht das auch besser?
Besten Dank
Hansen
>Rx/Cx dazubauen.
An beide OPVs?
Wie groß soll ich die Basiswiderstände machen?
Bei dem Mosfet IRLZ34N hatte ich an 100 Ohm gedacht und bei dem
Transistor BD647 ungefähr 200 Ohm (IC/100; 1,5V UBE; 2 Ampere).
Um wie viel dB soll der Tiefpass eigentlich die PWM (~31kHz) sinnvoller
weise dämpfen?
Geplant hatte ich das Signal um ~60dB zu dämpfen so das es nur noch um
ein paar Millivolt schwankt um nicht mit der Delta -U Messung Probleme
zu bekommen.
Muss es überhaupt für diesen Fall so genau sein?
Besten Dank
Hansen
P.S.:
>Schlecht. Kaufen. Notfalls Soundkartenoszilloskop.
Kennst du zufällig ein günstiges das für kleine Analog und µC Schaltung
geeignet ist?
>Ich empfehle, die auszuprobieren, mit 470pF/1k kann man>ja mal anfangen.
Soll ich die Werte nicht lieber erhöhen um auf Nummer sicher zu gehen
nachdem ich ja (noch) nicht nachmessen kann?
Wenn ja um wie viel, 1nF/10k?
Kannst du vielleicht ganz kurz noch was sagen zu:
Wie "genau" der PWM Tiefpass sein muss?
Und ob die Basiswiderstände so Ok sind?
Besten Dank
Hansen
> Soll ich die Werte nicht lieber erhöhen> um auf Nummer sicher zu gehen> nachdem ich ja (noch) nicht nachmessen kann?
Es ist nicht sinnvoll, "so viel wie möglich" dranzubauen.
Dann kannst du deine Konstantstromquelle gleich gegen
einen Vorwiderstand ersetzen.
> Wenn ja um wie viel, 1nF/10k?
Geht auch. Ich würde messen.
> Kannst du vielleicht ganz kurz noch was sagen zu:> Wie "genau" der PWM Tiefpass sein muss?
Bei der Anwendung echt egal.
> Und ob die Basiswiderstände so Ok sind?
Stehen keine Werte dran.
>Geht auch. Ich würde messen.
Dann versuch ich es erst mal mit den von dir vorgeschlagenen Werten und
werde mir bei Gelegenheit besseres Messequipment zulegen...
>Bei der Anwendung echt egal.
Ich hatte bedenken falls die Spannung für den + Eingang zu stark
schwankt auch der ADC schwankt und ich so Probleme beim messen des Delta
-U habe.
>Stehen keine Werte dran.
Im Schaltplan habe ich die Werte noch nicht eingetragen, dass bezog sich
auf die Frage von weiter oben:
"Wie groß soll ich die Basiswiderstände machen?
Bei dem Mosfet IRLZ34N hatte ich an 100 Ohm gedacht und bei dem
Transistor BD647 ungefähr 200 Ohm (IC/100; 1,5V UBE; 2 Ampere)."
Besten Dank
Hansen
> ich so Probleme beim messen des Delta -U habe.
Du misst natürlich synchron zur PWM.
> Bei dem Mosfet IRLZ34N hatte ich an 100 Ohm gedacht
Geht, aber weniger ist besser und weglassen am Besten
> und bei dem Transistor BD647 ungefähr 200 Ohm
Geht auch.
>Geht, aber weniger ist besser und weglassen am Besten
Kann man also sagen das es bei einem Mosfet keinen Basiswiderstand
braucht aber beim Bipolartransistor schon da es dann der Stabilität
dient?
Ist es eigentlich sinnvoll das RC-Glied auch in andere OPV
Konstantstromquellen einzubauen die z.b. Kondensator, LED, Widerstand
usw. als Last haben oder ist die Gefahr von Schwingen nur wegen der
Eigenschaften des Akkus?
>Du misst natürlich synchron zur PWM.
Ahh Ok, ich glaube es zu verstehen... würde das jetzt folgendermaßen
machen:
Ich warte auf einen Overflow Interrupt und starte dann die ADC Messung.
Ist das so gemeint?
Besten Dank
Hansen
MaWin schrieb:>> Bei dem Mosfet IRLZ34N hatte ich an 100 Ohm gedacht>> Geht, aber weniger ist besser und weglassen am Besten
Genau du empfiehlst doch bei einen Mosfet im Linearbetrieb den
Widerstand? Neue Erkenntnis?
mfg
> Kann man also sagen das es bei einem Mosfet keinen Basiswiderstand> braucht aber beim Bipolartransistor schon da es dann der Stabilität> dient?
Beim MOSFET fliesst kein Strom zum Gate, weil das ja isoliert,
also fällt am Gate-Widerstand auch keine Soannung ab, also ist
er für die Regelstabilität nutzlos.
> Ist es eigentlich sinnvoll das RC-Glied auch in andere OPV> Konstantstromquellen einzubauen
Natürlich, bei allen, Akkus sind noch eher harmlos.
> Ich warte auf einen Overflow Interrupt und starte dann die ADC Messung.> Ist das so gemeint?
z.B.
MaWin schrieb:>> Kann man also sagen das es bei einem Mosfet keinen Basiswiderstand>> braucht aber beim Bipolartransistor schon da es dann der Stabilität>> dient?>> Beim MOSFET fliesst kein Strom zum Gate, weil das ja isoliert,> also fällt am Gate-Widerstand auch keine Soannung ab, also ist> er für die Regelstabilität nutzlos.
Warum wird dann in der dse faq empfohlen einen Gate Vorwiderstand beim
Mosfet im Linearbetrieb zu verwenden?
mfg
> Warum wird dann in der dse faq empfohlen einen Gate> Vorwiderstand beim Mosfet im Linearbetrieb zu verwenden?
Warum liest du die d.s.e FAQ nicht einfach weiter ?
"Warum sollte bei einem MOS Transistor ein Vorwiderstand vor das Gate ?"
"Weil die Zuleitung (Induktivität) und das Gate (Kapazität) einen
Schwingkreis bilden, und so eine Schwingneigung bei sehr hohen
Frequenzen existiert, die durch Verschlechterung der Güte des
Schwingkreises durch den Widerstand gemindert wird. "
Die beiden per Link angegebenen Dokumente beziehen sich aber wieder nur
auf ringing im Schaltbetrieb.
Man könnte aber auf was anderes hinweisen: Viele OpAmps vertragen keine
hohe kapazitive Last am Ausgang, oft nur 100pF, und viele MOSFETs haben
mehr, bis 1nF. Wenn man also keinen OpAmp verwendet, der bei kapazitiver
Last stabil bleibt, wie MC34071, dann kann ein Widerstand zur
Entkopplung der kapazitive Last vom OpAmp nötig sein:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00884a.pdf
2 Fragen hätte ich da noch, ich lese oft das solche OPV KSQ sich nicht
komplett abschalten lassen da der Offset stört.
Falls das so ist, wie kann ich die Schaltung erweitern so das es möglich
wird das beide Transistoren ganz sperren?
Ich würde gern den Darlington gegen einen p-Mosfet tauschen so das mehr
Spannung übrig bleibt um auch z.b. zwei Akkus hintereinander zu laden.
Dazu muss ich doch eigentlich nur noch die OPV Eingänge vertauschen?
Besten Dank
Hansen
Falls der OpAmp einen so grossen Offset haben sollte,
daß der Strom über dem Restsorm des ausgeschalteten
Transistor liegt, dann hilft ein hochohmiger Widerstand
vom Op- Eingang zu VCC, der mit dem Widerstand Rx
einen Spannungsteiler bildet, so daß bei 0V am shunt
genau die Offsetspannug (3mV..) am OpAmp ensteht.
Ok, also ist der Strom in dem Fall vernachlässigbar klein.
Die 2. Frage würde mich jetzt aber noch interessieren, kann ich den
npn-Darlington einfach gegen einen p-mosfet austauschen und muss dann
auch der Shuntwiderstand statt an minus Eingang an den plus Eingang des
OPVs?
Besten Dank
Hansen
Kann dann der OPV den N-Mosfet überhaupt noch schalten?
Die Spannung die am Akku abfällt hebt doch das Potenzial an und die
Gate-Source Spannung sinkt...
Sicher muß die Versorgungsspannung des TS912 ausreichen,
Spannung am Shunt + Spannung am Akku + UGS Spannung am Transistor +
DropOut Spannung am OpAmp.
Wie viel Spannung fällt eigentlich dann über Drain-Source im voll auf
gesteuerten Zustand ab?
In einer Sourceschaltung verstehe ich das der IRLZ34N einen Drain-Source
Widerstand von 0,06 Ohm hat und so bei 1 Ampere Last auch "nur" 60mV
abfallen.
Aber wie ist das nun bei der Drainschaltung?
Akku_lader.png
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