Schaltplanreview und Fragen zu Dummy-Load

[Roland K. (chozo)]

Hallo Elektronikprofis!

Zur Übung möchte ich eine Testlast bauen. Hierzu habe ich folgende Seite 
als Grundlage verwendet:
http://www.openhardwarehub.com/projects/73-Simple-DC-Dummy-Load
Schaltplan:
http://www.openhardwarehub.com/assets/projects/files/131/YauDL-V1.00__schematic.pdf?1340563893

Meine Testlast soll mit 5A und maximal 20V belastet werden können. Des 
Weiteren möchte ich den eingestellten Strom über ein anschließbares 
Voltmeter auslesen können, wobei ein Volt einem Ampere entspricht.

Nun zu meinen Fragen:

1. Warum wird im oben verlinkten Schaltplan U2B und U2A über R1 
verbunden? Der Autor meint mit U2A die gemessene Spannung an den 
Shunt-Widerständen verstärken zu müssen, damit U2B diese ordentlich 
verwenden kann. Ist dir tatsächlich nötig? Außerdem soll U2A die 
Spannung so verstärken, dass ich mit meinem Voltmeter den Strom ablesen 
kann. Diese Verstärkung sollte aber keinen Einfluss auf U2B haben. Somit 
habe ich meine Schaltung dahingehend verändert.

2.Gibt es Verbesserungsvorschläge bzw. Einwände?

Danke für eure Hilfe!

[ArnoR (Gast)]

> Gibt es Verbesserungsvorschläge bzw. Einwände?

Das Übliche. Die Mosfets solltest du so nicht parallel schalten, das 
ergibt keine gleichmäßige und temperaturstabile Stromverteilung. Jeder 
Mosfet bekommt einen eigenen OPV zur Regelung und diese Schaltungen dann 
am Eingang (R4) und an den Drains parallel.
R4 sollte einen Vorwiderstand bekommen, sonst ist die Einstellung sehr 
empfindlich und geht bis 50A.

[ArnoR (Gast)]

> und geht bis 50A.

Bis 100A.

[Kevin K. (nemon)]

Wenn du einen LM358 mit 0/5V betreibst, wird deine Ausgangsspannung 
zwischen ca. 1,5-3,5V liegen und die Eingangsspannugnen dürfen nicht 
nahe an 0V rankommen. Das tun sie aber. Du brauchst einen 
Rail2Rail-Opamp oder eine Versorgungsspannung von ca. +-10V für den 
Opamp.

[ArnoR (Gast)]

> Wenn du einen LM358 mit 0/5V betreibst...

Laut Schaltplan wird der mit 9V (Vcc) betrieben, Pin4 und 8 rechts 
unten.

[MOOS (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Bis 100A.

deshalb ein 10 Gang Poti, da muß man nur 1/2 Umdr. stellen ;-))

[Falk B. (falk)]

Es fehlt ein Widerstand von R8 zu IC1B/Pin6.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor

[Roland K. (chozo)]

Hallo,

ich habe nun alle Änderungsvorschläge umgesetzt. Komparator A verwende 
ich nun auch zur Verstärkung für Komparator B. Somit sollte auch das 
Problem des maximalen Stromes, bei korrekter Trimmerstellung, behoben 
sein.

Gibt es noch Einwände?

[mhh (Gast)]

Roland K. schrieb:
> Gibt es noch Einwände?

Jeder Mosfet soll doch einzeln geregelt werden. Also braucht auch jeder 
Mosfet seinen kleinen persönlichen Widerstand.

u.a.

[Pastor Braune (Gast)]

moin

hat der lm339 nicht open collector Ausgänge ..
dann fehlen die Pull Up Widerstände..

mfg

[ArnoR (Gast)]

So wird die Schaltung nicht funktionieren, du hast 2 Integratoren in der 
Regelschleife.

[Roland K. (chozo)]

Die Kondensatoren habe ich nun entfernt.

Nun stellen sich mir zwei Fragen:

1. Muss ich jeden OPV vor "Selbstschwingung" schützen?
2. Verfälscht die getrennte Spannungsmessung durch OPV A und OPV D nicht 
mein Messergebnis am angeschlossenen Voltmeter, da ich nur einen Kanal 
messe?

[ArnoR (Gast)]

Es wird immer schlimmer. Warum nimmst du nicht genau einen OPV zur 
Regelung genau eines Fet und einen weiteren OPV zur Skalierung der 
Spannung für die Anzeige? Die Sourcewiderstände sind jetzt richtig. Nur 
die Komparatoren mit den irre großen Pullup-Widerständen nicht. Die 
Schaltung schwingt.

[Roland K. (chozo)]

Ich muss zugeben, dass mich die Schaltung langsam überfordert. Dies ist 
mein erster Versuch mit einem OPV zu arbeiten.

Im aktuellen Schaltplan verwende ich doch jeweils einen OPV für jeden 
Transistor. Oder verstehe ich hier etwas falsch?

Der OPV D ist natürlich falsch beschalten.

[ArnoR (Gast)]

> Im aktuellen Schaltplan verwende ich doch jeweils einen OPV für jeden
> Transistor. Oder verstehe ich hier etwas falsch?

Allerdings. Du nimmst 2 solche Stromquellen: (ohne die "Korrektur" 
C1,R1,R4)
http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/2/2c/Ksq_opv_mosfet.png
und schaltest die parallel.

[Rolf S. (miromac)]

Roland K. schrieb:
> Dies ist
> mein erster Versuch mit einem OPV zu arbeiten.

Diese Schaltung enthält keine OPVs, sondern nur Komparatoren...

[Roland K. (chozo)]

@ArnoR:
Soweit hab ich das verstanden. Das Problem ist nur die Verstärkung der 
gemessenen Spannung an den Shunt-Widerständen. Hierzu brauche ich ja 
zusätzlich zwei OPVs, welche die Spannung im ungefähr selben Verhältnis 
verstärken. Somit brauche ich auch zusätzlich zwei Trimpotis um die 
unterschiedlichen Verstärkungen einstellen zu können. Dadurch habe ich 
aber das Problem, dass meine Anzeige über das Voltmeter nicht mehr genau 
1V = 1A ist. Hierzu müsste ich jeden verstärkten "Kanal" einzeln messen 
und den Mittelwert aus diesen Spannungen berechnen. Dies ist mir aber zu 
umständlich.
Gibt es hier noch einen anderen Weg?

@Rolf Schneider:
Ja.

[ArnoR (Gast)]

Es genügt doch an einem Kanal zu messen und das anzuzeigen. Den 
Unterschied in der Steilheit (Ia/Ue=1/Rs)) der Kanäle berücksichtigt man 
einfach bei der Verstärkung des Messsignals zur Anzeige oder man nimmt 
entsprechend genaue Shunt-Widerstände.

> 1V = 1A

Dann müssen die Shunt-Widerstände aber 2Ohm haben und nicht 0,1Ohm, und 
dann passt das auch mit R4 an 5V.

[Roland K. (chozo)]

Jetzt habe ich verstanden!
Ist die Schaltung nun in Ordnung?

Zwei zusätzliche Fragen hätte ich noch:
1. Muss ich GND und GNDA miteinander verbinden und warum?

2. Ist der LM339 nun vor Selbstschwingung geschützt?
Im Internet findet man immer wieder Kondensatoren an den Ausgängen die 
mit GND verbunden sind. Jedoch habe ich gelesen, dass Kapazitäten an den 
Ausgängen einen negativen Einfluss haben können.

Danke für die ausdauernde Hilfe!

[Falk B. (falk)]

@  Roland K. (chozo)

>Jetzt habe ich verstanden!

Nö.

>Ist die Schaltung nun in Ordnung?

Nö. Man braucht OPERATIONSVERSTÄRKER und keine KOMPARATOREN! LM358 oder 
so.

>Zwei zusätzliche Fragen hätte ich noch:
>1. Muss ich GND und GNDA miteinander verbinden und warum?

Wozu GNDA? Es gibt nur 1 GND, auch wenn man beim LAYOUT das entsprechend 
berücksichtigen muss (sternfömige Masseführung).

>2. Ist der LM339 nun vor Selbstschwingung geschützt?

Nö. Es ist so oder so fehl am Platz.

>Im Internet findet man immer wieder Kondensatoren an den Ausgängen die
>mit GND verbunden sind. Jedoch habe ich gelesen, dass Kapazitäten an den
>Ausgängen einen negativen Einfluss haben können.

Ist meistens auch so.

[Roland K. (chozo)]

Ja, eine schwere Geburt!
Da habe ich einfach das falsche Bauteil eingefügt und nicht darauf 
geachtet.

Reichen R3 und R11 nun aus um die Selbstschwingung zu verhindern?

[ArnoR (Gast)]

Den NI-Eingang von IC1A sollest du direkt an einen Shunt-Widerstand und 
nicht an den Eingang von IC1B anschließen.

Laut meiner Simulation schwingt die Schaltung nicht, aber sie macht eine 
Überhöhung. Wenn das stört, dann nimm einen anderen OPV, zB. den 
OPA4241. Damit ist die Schaltung ohne Überschwingen stabil und regelt 
einen Sprung in ca. 100µs aus.

Wichtig ist bei solchen Schaltungen, dass die Beschaltung des OPV (also 
z.B. der angeschlossene Transistor) innerhalb des Frequenzbereichs in 
dem die Schleifenverstärkung des OPV >1 ist, keine nenneswerte 
Phasendrehung und/oder Verstärkung macht. Am besten nimmt man daher 
OPVs, die angemessen langsam sind und eine hohe Phasenreserve haben. Die 
übliche Vorgehensweise ist dagegen, irgendeinen OPV einzusetzen und den 
dann irgendwie (experimentell) zu korrigieren.

Der LM324 ist in dieser Schaltung recht ungünstig, weil der ft~1MHz und 
wenig Phasenreserve hat und schon ohne weitere Beschaltung als 
Spannungsfolger erheblich überschwingt. Der OPA4241 ist langsam und hat 
80° Phasenreserve und viel kleinere Offsetwerte.

[ArnoR (Gast)]

Noch vergessen: Die Widerstände R3/6/7/11 müssen natürlich raus, denn 
die vergrößern die unerwünschte Phasendrehung. Und R5/12/14 brauchst du 
bei einem richtigen OPV auch nicht.

[ArnoR (Gast)]

Um zu verdeutlichen was ich oben sagte, hier noch ein Bild der 
Simulation.

[Roland K. (chozo)]

Hallo,

danke für diese ausführliche Erklärung!
Die Überhöhung stellt für mich kein Problem dar, da diese Schaltung nur 
für einfache Anwendungen gedacht ist und keine hohe Präzision benötigt 
wird.

Im Anhang ist der nun hoffentlich fehlerfreie Entwurf zu finden.

Nochmals danke für die sehr nette und ausführliche Hilfe!

Beste Grüße
Roland