Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektronische Last: Referenz für ADC und DAC


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von Luca E. (derlucae98)


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Hallo,

Ich habe einen Schaltplan für eine elektronische Last entworfen und 
bevor ich die Schaltung aufbaue, möchte ich noch ein paar Sachen klären.

Die Schaltung einer Konstanstromsenke ist mir zwar bekannt, dennoch habe 
ich meine Schaltung an die der HP 60503B¹ angelehnt.
Als Mosfets möchte ich IRFP240 verwenden, da für diese im SOA-Diagramm 
eine Kurve für DC angegeben ist.

Die maximale Spannung soll 50V, der maximale Strom 20A und die maximale 
Leistung 200W betragen.

Über die Trimmer R113, R128, R139 und R150 sollen die Toleranzen der 
Shunts und Offsetfehler der Opamps korrigiert werden können.

Die Sollwertvorgabe übernimmt ein MCP4922. Da dieser ein 12-Bit Dac ist, 
sollte sich hiermit der Strom in 5mA-Schritten einstellen lassen.

Die Eingangsspannung wird mit einem 12-Bit ADC gemessen, damit auch ein 
Konstantleistungs- und Konstantwiderstandbetrieb möglich ist.

Nun die Fragen:

Wie genau sollte die Referenz für ADC und DAC sein? Reicht hier eine 
LT1029 mit 0,2% Genauigkeit?
Wie sollte die Masse des ADC geführt werden? Dieser hat eine analoge und 
eine digitale Masse. Aktuell mache ich es so, dass ich beide Massen auf 
der Netzteilplatine zusammenführe.

Aufgebaut wird die Schaltung auf Lochraster.


Danke im Voraus.

-----------------------------------------
¹ 
http://exodus.poly.edu/~kurt/manuals/manuals/HP%20Agilent/HP%2060503B%20Service.pdf 
(S. 31)

von Pandur S. (jetztnicht)


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Vergiss Shunts und Offsetspannungen nachtrimmen zu wollen. Vernuenftige 
Teile benoetigen das nicht. Ein Shunt von 1% sollte genuegend sein. Und 
Offsetspannungen von 150uV sind fuer Pfennige erhaeltlich.

Lochraster ... nee, vergiss das besser. Die Genauigkeit der Referenz 
sollte den ueberalles Anforderungen entsprechen. Lass es mal bei 1% 
bleiben.

: Bearbeitet durch User
von Luca E. (derlucae98)


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Jetzt N. schrieb:
> Ein Shunt von 1% sollte genuegend sein.

Als Shunts verwende ich 5W Leistungswiderstände mit 10%.

Jetzt N. schrieb:
> Lochraster ... nee, vergiss das besser.

Ich habe mit Lochraster kein Problem. Da es sich hier nicht um hohe 
Frequenzen handelt, sehe ich da keine Probleme.
Anbei mal die Layouts der drei Platinen.

Jetzt N. schrieb:
> Die Genauigkeit der Referenz
> sollte den ueberalles Anforderungen entsprechen. Lass es mal bei 1%
> bleiben.

Ja, 1% sind ausreichend. Dann sollte die 0,2% Referenz ja genügen.


Edit: Ich sehe gerade, dass 0,18R für die Shunts recht unpassend ist. 
Unter Volllast fließt durch jeden Shunt 5A mit einer entsprechenden 
Verlustleistung von 4,5W.
Der 5W Widerstand mit einem Wärmewiderstand von 50K/W erwärmt sich so um 
225K, bei einem Temperaturkoeffizienten von 400ppm/K ergäbe das einen 
Fehler von 10%.
Stattdessen benutze ich jetzt 11W Widerstände und sorge für eine gute 
Kühlung.

: Bearbeitet durch User
von Lurchi (Gast)


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Für kleine Ströme wäre zu überlegen nur einen der 4 Kanäle zu nutzen. 
Damit hat man dann bei kleinen Strömen eine höhere Auflösung.

Bei nicht so genauen Widerständen für die "Shunts", muss auch der 
Absolutwert der Referenz nicht so genau sein, es sei denn man misst noch 
einmal unabhängig und dann genauer.

Trimmer braucht man für die Verteilung des Stromes nicht - wenn da ein 
Transitor 10% mehr der Last abbekommt ist das noch kein Drama. Wenn man 
schon mit µC arbeitet dann heute eher ohne Trimmer und dafür ein ADC mit 
mehr Auflösung - zumindest für die Anzeige. Korrekturen gehen dann 
rechnersch ohne merkliche Rundungsfehler.

Einen Konstant-Widerstandsbetrieb kann man auch schon durch Wechsel der 
Ref- spannung für den DAC erreichen - das ist deutlich schneller als 
über den ADC.

Der TLC272 ist keine so gute Wahl für die Messung des Stromes. Für die 
Messung des Stromes wäre zu überlegen einen zusätzlichen kleineren Shunt 
(eher so 10 mOm) und besseren OP (OP07 oder besser) zu spendieren. Die 
jeweils 180 mOhm sind für die Regelung OK, aber für eine Messung ist die 
Leistung reichlich hoch. Schon 4 W am 11 W Widerstand gibt eine recht 
hohe Temperatur.

Lüfter und Übertemperaturschutz nicht vergessen.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Trimmer braucht man für die Verteilung des Stromes nicht - wenn da ein
> Transitor 10% mehr der Last abbekommt ist das noch kein Drama.

In Ordnung, habe ich entfernt.

Lurchi schrieb:
> Für die
> Messung des Stromes wäre zu überlegen einen zusätzlichen kleineren Shunt
> (eher so 10 mOm) und besseren OP (OP07 oder besser) zu spendieren.

Für die volle Auflösung von 5mA fällt an jedem Shunt bloß 10µV ab. Das 
geht doch im Rauschen unter?
Oder meinst Du den Strom in 2 Bereiche aufteilen und entsprechend 
niedrige Ströme durch einen höheren Widerstand zu schicken und 
umgekehrt?

Lurchi schrieb:
> Schon 4 W am 11 W Widerstand gibt eine recht
> hohe Temperatur.

Das stimmt. Ich glaube, die bessere Möglichkeit wäre es, 0.1R 
Widerstände im Metallgehäuse zu verwenden. Diese ließen sich gut kühlen 
und es gibt sie mit 1% Toleranz. Ein zweiter, großer Kühlkörper wäre 
vorhanden.

Lurchi schrieb:
> Lüfter und Übertemperaturschutz nicht vergessen.

Natürlich nicht.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Für kleine Ströme wäre zu überlegen nur einen der 4 Kanäle zu nutzen.
> Damit hat man dann bei kleinen Strömen eine höhere Auflösung.

Sinkt die Auflösung bei Verwendung mehrerer Kanäle? Ich werde nachher 
mal das Datenblatt studieren, auf die Schnelle konnte ich dazu keine 
Angabe finden.

Als Shunts werde ich jetzt folgende mit 0,1R benutzen. Diese haben 
sowohl eine niedrigere Toleranz als auch einen niedrigeren 
Temperaturkoeffizienten und lassen sich gut kühlen.
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B400/RH_NH.pdf
Die Shunts sind etwa 10cm von der Platine entfernt. Die Leitung zwischen 
Shunt und Differenzverstärker ist geschirmt.

Ist es sinnvoll, die Spannung am Shunt mit Hilfe des 
Differenzverstärkers auf 5V zu verstärken, sodass ich mit dem DAC direkt 
auf die 4 Stufen gehen kann, oder sollte ich die Verstärkung eher 
kleiner wählen und die Spannung des DACs herunterteilen?

von Ingo (Gast)


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Ich habe ein ähnliche Projekt mal gehabt. Habe dort 250W/10A/70V auf 2 
TO-247 MOSFETs verballert. Ich meine es war auch der IRF240. Selbst bei 
300W geht es gerade noch noch so, begrenze aber trotzdem auf 250W. Der 
Kühlkörper wird auch aktiv belüftet.




Ingo

von Lurchi (Gast)


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Die Transistoren sollte man nicht unbedingt bis an die Grenzen 
ausnutzen. Da ist nicht nur die Gesamtleistung, sondern auch die SOA 
setzt da noch mal extra Limits bei höherer Spannung. Bei 20 V mag es da 
noch für 5 A reichen, aber bei 40 V sind 2,5 A schon eher zu viel. Ein 
Problem ist ja auch das man nie genau weiss wie viel der einzelne MOSFET 
verträgt - die garantierten Werte sind oft vergleichsweise niedrig. 
Etwas mehr kann gut gehen, muss aber nicht.

Verteilt hat man es auch mit der Kühlung einfacher.

Es wäre sogar zu überlegen einen extra SOA Schutz vorzusehen: also den 
maxmalen Strom bei höherer Spannung auf kleinere Werte reduzieren. Es 
ist durchaus möglich dass man bei 20 V auch mehr als 200 W verheizen 
kann - bei 50 V wird es aber mit je 1A schon eng.

Bei Frage der Signale vom DAC ist wohl ein Zwischenweg der richtige: 
also mit dem Differenzverstärker schon etwas (z.B. 2-5 mal) verstärken, 
aber nicht gleich auf 5 V. So fällt der Fehler des Regel-OPs nicht so 
ins Gewicht und man verteilt die Verstärkung auf beide OPs, ohne das der 
Regel OP noch bis Verstärkung <1 arbeiten muss.

Die Leitungen von Shunt zur Verstärkung muss man nicht Abschirmen - so 
niederohmige Signale lassen sich kaum durch kapazitive Einkopplung 
stören. Verdrillen der Leitungen wäre hilfreicher.

Die Spannungsmessung sollte man eher vor den Schutzdioden machen. Für 
die Stabilität der Regelung wäre ggf. noch ein RC Glied für den Ausgang 
hilfreich, also noch einmal etwa 1 Ohm in Reihe mit z.B. 10 µF. Nur die 
100 nF am Ausgang sind recht wenig - gegen HF Störungen aber sinnvoll.

Nur eine der Endstufen zu nutzen, bringt für die Steuerung die 4 fache 
Auflösung, einfach weil für die gleiche Stuerspannung nur 1/4 des 
Stromes fließt. Für die Messung bringt es nur etwas, wenn man die 
Mittelwertbildung auch umschaltet auf nur den einen Kanal.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Die Transistoren sollte man nicht unbedingt bis an die Grenzen
> ausnutzen.

Zwischenzeitlich bin ich zu dem IRFP250N gewechselt, damit hätte ich, 
zumindest theoretisch, noch etwas mehr Luft in der SOA. Ein SOA-Schutz 
lässt sich ja dank Mikrocontroller leicht implementieren.

Lurchi schrieb:
> Bei Frage der Signale vom DAC ist wohl ein Zwischenweg der richtige:
> also mit dem Differenzverstärker schon etwas (z.B. 2-5 mal) verstärken,

Ok, das dachte ich mir auch schon.

Lurchi schrieb:
> Die Leitungen von Shunt zur Verstärkung muss man nicht Abschirmen - so
> niederohmige Signale lassen sich kaum durch kapazitive Einkopplung
> stören. Verdrillen der Leitungen wäre hilfreicher.

Stimmt, die beiden Eingänge liegen ja praktisch auf GND.

Lurchi schrieb:
> Für die Stabilität der Regelung wäre ggf. noch ein RC Glied für den
> Ausgang hilfreich, also noch einmal etwa 1 Ohm in Reihe mit z.B. 10 µF.
> Nur die 100 nF am Ausgang sind recht wenig - gegen HF Störungen aber
> sinnvoll.

Bei 20A habe ich aber 20V Spannungsabfall bzw. 400W Verlust am 1 Ohm 
Widerstand.

Lurchi schrieb:
> Nur eine der Endstufen zu nutzen, bringt für die Steuerung die 4 fache
> Auflösung, einfach weil für die gleiche Stuerspannung nur 1/4 des
> Stromes fließt. Für die Messung bringt es nur etwas, wenn man die
> Mittelwertbildung auch umschaltet auf nur den einen Kanal.

Ach jetzt verstehe ich, mit einem Kanal meinst Du nicht einen Kanal des 
ADC sondern einen Endstufenkanal... Da habe ich Dich missverstanden.

: Bearbeitet durch User
von Lurchi (Gast)


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Das RC Glied zur Dämpfung sind Widerstand und Kondensator in Reihe. Ein 
großer Strom fließt da also nur kurzzeitig, wenn überhaupt. Für die 
Stabilität der Regelung kann so eine Dämpfung aber wichtig sein. Da 
sollte man zumindest eine der Endstufen auch noch einmal simulieren, um 
zu sehen wie man die Kompensation passend wählt und was man an Dämpfung 
für den Ausgang braucht, bzw. gebrauchen kann. Mit induktiver Last kann 
die Schaltung sonst ggf. anfangen zu schwingen - gerade Spannungsregler 
sind ggf. in guter Näherung bei einigen Frequenzen Quellen mit 
induktivem Ausgangswiderstand, teils mit sehr geringer Dämpfung.

Den SOA Schutz per µC zu machen ist so eine Sache: das ist ggf. etwas zu 
langsam: beim 50 V und 5 A je MOSFET hat man nur 10 ms Zeit. Normal 
macht man das bei Audioverstärkern analog über eine Stückweise lineare 
Kurve mit Dioden / Widerständen. Der µC könnte natürlich aus dem Strom 
(BZW: Widerstand) eine maximal zulässige Spannung berechnen und die dann 
in analoger HW überwachen.

Trotz aller Vorsicht wäre eine Schmelzsicherung für jeden der FETs ein 
gute Idee. Damit ließen sich die Teile dann ggf. auch einzeln testen.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Das RC Glied zur Dämpfung sind Widerstand und Kondensator in Reihe

Entschuldigung, heute habe ich es nicht so mit dem Verstehen... Du 
meinst also ein Boucherotglied am Eingang?

Lurchi schrieb:
> Ausgangswiderstand, teils mit sehr geringer Dämpfung.
> Den SOA Schutz per µC zu machen ist so eine Sache: das ist ggf. etwas zu
> langsam: beim 50 V und 5 A je MOSFET hat man nur 10 ms Zeit.

Nun, die maximale Leistung ist ja begrenzt auf 200W. Damit sieht jeder 
Mosfet bei 50V max. 1A.

Lurchi schrieb:
> Trotz aller Vorsicht wäre eine Schmelzsicherung für jeden der FETs ein
> gute Idee. Damit ließen sich die Teile dann ggf. auch einzeln testen.

Der Eingang ist mit einer 20A HRC-Sicherung abgesichert. Eine flinke 
Sicherung ist hier vermutlich besser als eine Träge?
Die Absicherung jeder Stufe ist aber auch eine gute Idee.

Lurchi schrieb:
> Der µC könnte natürlich aus dem Strom (BZW: Widerstand) eine maximal
> zulässige Spannung berechnen und die dann in analoger HW überwachen

Genau, so dachte ich mir das.

von Pfnott (Gast)


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Als Shunt fuer 20A wuerde ich 1mOhm empfehlen. Die gibt es im 
praktischen 1W 2010 SMD Gehauese. Bei 20A wuerde der nur 0.4W verbraten. 
Der Spannungsabfall muesste noch etwas verstaerkt werden bis er 
brauchbar wird. Je nach Fehleranforderung waere ein Low Offset OpAmp 
gefragt. Ein guenstiger 60cent OpAmp mit 150uV Offset wuerde einen 
Stromoffset von 150mA anzeigen. Allenfalls waere ein besserer gefragt.

von Luca E. (derlucae98)


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So, im Anhang mal die aktuellen Pläne und Layouts.
Die Shunts und Sicherungen der einzelnen Endstufen befinden sich nicht 
auf der Platine und sind demnach nicht im Plan eingezeichnet, ebenso der 
Snubber und der Kondensator am Eingang.
Die Spannungsmessung ist auf die Controllerplatine umgezogen und misst 
die Spannung direkt an den Eingangsbuchsen.
Zusätzlich habe ich der Referenzspannung einen Tiefpass spendiert.

von MaWin (Gast)


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Luca E. schrieb:
> So, im Anhang mal die aktuellen Pläne und Layouts.

Es sind immer noch Trimmer drin, die es nicht genauer machen.
Wenn man schon auf besser als 1% trimmen will, dann darf der Trimmer nur 
1% des Gesamtbereichs beeinflussen.

Die 1n8 sollten wohl besser Widerstände sein.

Die 100k sind überflüssig (ein OpAmp kann keinen als Eingang 
geschalteten Ausgang haben).

4 identisch reagierende parallel geschaltete Regler können ins Schwingen 
kommen wenn alle gleichschnell sind. Sicher davor ist man wenn die 1:10 
Geschwingigkeitsunterschied haben. Das wäre bei 4 aber 1:1000. Also muss 
man exerimentieren durch Anpassen der 220p Kondensatoren.

200 Watt mit einem IRPF240 finde ich ... ambitioniert. Dir ist schon 
aufgefallen, daß die Kurve im SOA Diagramm bei 50V und 5A nur für 10ms 
ist ? Es gibt keine DC Kurve.

von Luca E. (derlucae98)


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MaWin schrieb:
> Die 1n8 sollten wohl besser Widerstände sein.

In welcher Größenordnung?

MaWin schrieb:
> 4 identisch reagierende parallel geschaltete Regler können ins Schwingen
> kommen wenn alle gleichschnell sind.

Das klingt soweit logisch, aber warum scheint es bei HP auch so zu 
gehen?

MaWin schrieb:
> 200 Watt mit einem IRPF240 finde ich

Mit einem? Die 200W beziehen sich auf die 4 IRFP240, also 50W für jeden.

MaWin schrieb:
> Es gibt keine DC Kurve.

Im Datenblatt von Fairchild schon:
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/IRFP240.pdf

von Lurchi (Gast)


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Ein vernünftig designter Regler Verhält sich wie eine ggf. 
frequenzabhängige passive Last. Dass heißt die Pasendrehung sollte für 
alle Frequenzen kleiner als 90 Grad sein. Dann darf man auch jede andere 
passive Last in dem Sinne anschließen.
Da sollte also nichts anfangen zu schwingen, egal wie man es da 
parallelschaltet, solange man keine zusätzlchen Wechselwirkungen (etwa 
über die Versorgungsseite bei einem Netzeteil) hat.

Bei Stromreglern wäre sowieso die Reihenschaltung der etwas kritischere 
Fall. Bei schlechtem Design kann so etwas wie eine stark induktive Last 
ein Problem werden. Von daher ist so eine Konstantstrom-Reglung an einem 
nicht so guten Spannungsregler / Labornetzteil ggf. ein Problem. Einige 
Spannungsregler stellen bei einigen Frequenzen halt schon so was wie 
eine Induktivität dar, wenn auch eine eher kleine so im Bereich 1-100 µH 
Nicht so gute Versionen können ggf. auch etwas mehr als 90 Grad Phase 
haben und damit mit einer ungünstigen, verlustarmen Kapazität ggf. 
schwingen.

Es kann sein das man je nach Zahl der Endstufen auch die Snubber 
anpassen (ggf. mehr parallel) muss, wenn die einen brauchen.

von MaWin (Gast)


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Luca E. schrieb:

> In welcher Größenordnung?

10k.

> Das klingt soweit logisch, aber warum scheint es bei HP auch so zu
> gehen?

Tja, Dinge müssen nicht schief gehen, aber Murphy ist nicht weit.

> Mit einem? Die 200W beziehen sich auf die 4 IRFP240, also 50W für jeden.

Achso. Also keine 20A bei 50V möglich.

> Im Datenblatt von Fairchild schon:
> http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/IRFP240.pdf

Aha.
Nur noch 2A bei 50V.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Es kann sein das man je nach Zahl der Endstufen auch die Snubber
> anpassen (ggf. mehr parallel) muss, wenn die einen brauchen.

Werde ich beobachten.

MaWin schrieb:
> Achso. Also keine 20A bei 50V möglich.

Genau, bei 50V nur 4A

MaWin schrieb:
> Aha.
> Nur noch 2A bei 50V.

Da jeder Mosfet bei 50V nur 1A sieht, sollte das doch passen.

MaWin schrieb:
> Sicher davor ist man wenn die 1:10
> Geschwingigkeitsunterschied haben.

Erreiche ich diese Verlangsamung durch die Zeitkonstante von Rx und Cx?
Bei einem Rx von 10k hätten Cx dann die Werte 22p, 220p, 2n2 und 22n
(Rx ist dann der Widerstand hinter dem Differenzverstärker [R119] und 
nicht der Widerstand anstelle der 1,8nF Cs?)

von Peter M. (r2d3)


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Luca,

wollte Dich auf den folgenden Bausatz hinweisen:

http://www.heise.de/ct/projekte/machmit/ctlab/wiki/AlleModule

Da findest Du:

c't 12/2008: EDL Programmierbare Elektronische Last

Zitat:

> Programmierbare Elektronische Last, ähnlich DCG, nur als Stromsenke
>
>    Vier Strombereiche 2mA/10mA bis 2A/10A, Leistung 50W, je nach
>    Leistungsendstufe auch deutlich mehr
>    max. Spannung 25V, je nach Leistungsendstufe bis 50V
>    Strom in jedem Bereich mit 12-Bit-Auflösung einstellbar (optional 16
>    Bit)
>    Programmierbare On/Off?-Zeit 1ms bis 30s
>    Strom während Off-Zeit von 0 bis 100% des On-Stromes einstellbar


Vielleicht eine Alternative zum Eigenentwurf?

von Lurchi (Gast)


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Die im Plan gezeigten 1.8 nF Kondensatoren sollte man eher ganz 
weglassen. 10 K Widerstände würden vor allen die Differenzverstärker an 
den Shunts aushebeln - ein Teil der Verkabelung käme damit wider rein. 
Mit kleineren Kondensatoren könnte es ggf. wieder gehen - das gibt dann 
einen Kapazitiven Teiler mit dem jetzt 220 pF. So (mit den 220pF und 1,8 
nF) wäre es aber reichlich viel Kapazitive Last und damit eher 
schädlich.

Sinnvoll wären ggf. Kondensatoren (und dann einen Widerstand dazu) an 
den Sollwerten, also dem + Eingang des OPs zum unteren Ende des shunts. 
Vermutlich wird es aber auch ohne gehen.

Die Gate Widerstände sollte eher etwas größer (80-120Ohm) werden: die 
meisten OPs mögen keine Last deutlich unter 100 Ohm.

Das Relais zur Umschaltung des Sollwertes könnte man auch durch einen 
CMOS Schalter (z.B. 4053) ersetzen. So hätte man auch keinen kurzzeitig 
offenen Eingang.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Die im Plan gezeigten 1.8 nF Kondensatoren sollte man eher ganz
> weglassen. 10 K Widerstände würden vor allen die Differenzverstärker an
> den Shunts aushebeln

Ich hatte den selben Gedanken, hat MaWin den Differenzverstärker 
übersehen?
Die Cs sind nun entfernt.

Lurchi schrieb:
> Sinnvoll wären ggf. Kondensatoren (und dann einen Widerstand dazu) an
> den Sollwerten, also dem + Eingang des OPs zum unteren Ende des shunts.
> Vermutlich wird es aber auch ohne gehen.

Wenn es schwingt werde ich das mal probieren.

Lurchi schrieb:
> Das Relais zur Umschaltung des Sollwertes könnte man auch durch einen
> CMOS Schalter (z.B. 4053) ersetzen. So hätte man auch keinen kurzzeitig
> offenen Eingang.

Wenn der Sollwert kurz auf 0 geht, stört das nicht, damit die Eingänge 
der OPs nicht offen sind, füge ich einen Pulldown-Widerstand hinzu.


Der neue Plan ist im Anhang. Die Trimmer habe ich entfernt und gegen 
möglichst genaue Spannungsteiler getauscht.

Edit: Bei den 'genauen' Spannungsteilern ist überall noch ein Fehler 
drin. Den muss ich noch korrigieren.

: Bearbeitet durch User
von Luca E. (derlucae98)


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So, hier nochmal ein Update des Planes.

Die Spannungsteiler habe ich angepasst und sind jetzt hoffentlich 
richtig.
Der ADC für die Strommessung hat noch eine Schutzdiode bekommen.

Mit den Cx-Werten werde ich dann experimentieren bis es passt.

Mich würde jetzt noch interessieren, ob die 20A Hauptsicherung träge 
oder flink sein sollte.
Die Sicherung ist diese:
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C400/T-120KA.pdf

Jede einzelne Stufe möchte ich mit 6,3A absichern, ist hier eine träge, 
mittelträge oder eine flinke Sicherung zu wählen?

Bis dahin Danke für die bisherigen Antworten!

von Lurchi (Gast)


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Die Sicherungen sollten eher flink sein, vor allem die kleinen. Für 
einen Schutz der MOSFETs wird es trotzdem meist nicht reichen, aber ggf. 
für die Shunts. Die große Sicherung kann auch besser flink sein.


Für den externen Steuereingang war der Trimmer nicht so falsch. Ob man 
ihn braucht ist aber eine Frage.

Die TLC272 sind keine so gute Wahl für die Verstärkung an den Shunts - 
da hat man ggf. deutlich Offset-fehler. Der etwas bessere TLC277 wäre 
das mindeste, ggf. auch LT1013, OP07 oder ähnliches.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Die TLC272 sind keine so gute Wahl für die Verstärkung an den Shunts -
> da hat man ggf. deutlich Offset-fehler. Der etwas bessere TLC277 wäre
> das mindeste, ggf. auch LT1013, OP07 oder ähnliches.

Stimmt, 10mV Offset sind doch recht viel.
Dann übernimmt die Regelung der einzelnen Mosfets jetzt ein TLC274 und 
die Shunts bekommen jeweils einen OP07.

von Luca E. (derlucae98)


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Hier nochmal der aktuelle Plan.

Einige Trimmer habe ich wieder eingebaut, da ich es besser finde, eine 
Möglichkeit des Abgleichs zu haben, auch wenn es die Sache nicht 
unbedingt genauer macht.

Weiterhin habe ich den von Lurchi angesprochenen hochauflösenden Modus 
eingebaut, der 3 der 4 Endstufen abtrennt. Die Schaltung mit dem P-Fet 
funktioniert auf jeden Fall schon mal in der Simulation.

Wenn der Plan nun keine Fehler mehr enthält, werde ich nachher die Teile 
bestellen.

von Lurchi (Gast)


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Die Umschaltung zwischen interner und externer Steuerung könnte man auch 
per CMOS Schalter machen. Ein 74HC4053 reicht bei auch noch gleich für 
die Umschaltung auf nur 1 der 4 Kanäle, und das auch bei der Messung.

Im Gegensatz zum Relais wäre das auch schnell genug für die 
Schutzschaltung, auch bei externer Sollwertvorgabe. Alternativ halt noch 
ein kleiner MOSFET, der den Sollwert schnell auch 0 ziehen kann. Die SOA 
Schutzschaltung gegen zu hohe Spannung wäre ggf. auch gut mit auf der 
Platine angebracht.

Die jetzige Umschaltung mit P-Kanal FET und Transistor könnte bei der 
Ansteuerung ggf. noch haken (bräuchte ggf. -5 V).

Eine harte Begrenzung für den externen Sollwert wäre ggf. auch noch 
nicht schlecht, sonst machen ggf. Spitzen über 10 V doch mal Ärger. 
Eventuell auch den Sollwert vom DAC irgendwie als oberes Limit mit 
nutzen.

Die Temperaturüberwachung / Lüfterregelung braucht keinen OP07 - da tut 
es auch ein LM358 / TLC27x. Für die Regelung des Stromes ist trotz der 
Verstäkung vorweg der TLC274 nicht wirklich gut für kleine Ströme. Da 
würde ich zumindest einen Sockel vorsehen, dass man später ggf. einen 
bessere Typ wählen kann.

Vor allem den Modus für konstanten Widerstand sollte man vorher noch 
einmal simuieren, um sicher zu sein, dass da nichts schwingt.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Die Umschaltung zwischen interner und externer Steuerung könnte man auch
> per CMOS Schalter machen. Ein 74HC4053 reicht bei auch noch gleich für
> die Umschaltung auf nur 1 der 4 Kanäle, und das auch bei der Messung.

Ok. Ist die Umschaltung bei der Messung wirklich nötig? Wenn 3 der 4 
Kanäle auf 0V liegen, liegt am Summierverstärker doch auch nur 1/4 der 
Spannung an, entsprechend dem Teilerverhältnis 1+(1/(1/3)).

Lurchi schrieb:
> Eine harte Begrenzung für den externen Sollwert wäre ggf. auch noch
> nicht schlecht, sonst machen ggf. Spitzen über 10 V doch mal Ärger.

Mit einer 10V Suppressordiode am Eingang?

Lurchi schrieb:
> Die Temperaturüberwachung / Lüfterregelung braucht keinen OP07 - da tut
> es auch ein LM358 / TLC27x.

Da es keinen Preisunterschied zwischen dem OP07 und dem LM358 gibt, 
verwende ich den OP07.

Schaltplan liefere ich gleich nach.

von Luca E. (derlucae98)


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Luca E. schrieb:
> Schaltplan liefere ich gleich nach.

Edit: Im Plan ist der 74HC4053 falsch beschaltet...

Schaltplan 7 ist der nun hoffentlich richtige..

: Bearbeitet durch User
von Lurchi (Gast)


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Ob es sich lohnt die Messung auch umzuschalten, hängt vom ADC ab. Wenn 
man da auch so genug Auflösung hat, geht es auch gut ohne. Mit der 
Umschaltung hätte man auch bei der Messung die 4 fache Auflösung - 
Leckströme der inaktiven Stufen fallen aber unter den Tisch.

Normal ist der LM358 noch einiges günstiger als der OP07. Zumindest 
könnte man den ggf. ungenutzten Kanal es 274 nutzen - billiger geht es 
nicht. Beim OP vor dem ADC wäre der OP07 z.B. auch besser als der 
TLC274.

Eine 10 V supprossordiode wäre schon die ganz harte Art der Begrenzung. 
Einfacher wäre vermutlich die Spannung an der passenden Stelle per Diode 
auf 5,6 V zu begrenzen (den 100 K Widerstand am Eingang aufteilen und 
dann eine 1N4148 nach 5 V).

Für den externen Eingang könnte man auch besser noch nach dem OP etwas 
runter teilen - das reduziert den Fehler des OPs mit.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Beim OP vor dem ADC wäre der OP07 z.B. auch besser als der
> TLC274.

Der Summierer ist jetzt auch ein OP07.
Statt des einen 274 tut es jetzt auch ein 272.

Lurchi schrieb:
> Für den externen Eingang könnte man auch besser noch nach dem OP etwas
> runter teilen - das reduziert den Fehler des OPs mit.

Das habe ich auch angepasst.
Ich teile vor dem OP die 10V Eingangsspannung auf 5V und nach dem OP die 
5V auf 1,65V.

Lurchi schrieb:
> Normal ist der LM358 noch einiges günstiger als der OP07.

Bei Reichelt ist der Preisunterschied gerade mal 7 cent.

Ich hoffe nun passt alles...

: Bearbeitet durch User
von senke (Gast)


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Bitte net hauen wenn ich falsch liege...
Die Schaltung um IC105 ist doch kein Addierer. Die höchste anliegende 
Spannung zählt. Oder wie ist die Schaltung mit den vier 1K Widerständen 
zu verstehen?

von Lurchi (Gast)


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Die 4   1 K Widerstände bilden den Mittelwert der Spannungen. Mit der 
Verstärkung des OPs dahinter kommt das einen Addierer schon sehr nahe.

von Matthias Q. (zaphod_beeblebrox)


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Lurchi schrieb:
[...] Für die Regelung des Stromes ist trotz der
> Verstäkung vorweg der TLC274 nicht wirklich gut für kleine Ströme. Da
> würde ich zumindest einen Sockel vorsehen, dass man später ggf. einen
> bessere Typ wählen kann. [...]

Hallo,
wesehalb ist der TLC274 für das Anfahren der MOSFETs hier nicht 
geeignet? Ich baue mir nämlich auch gerade eine kleine Last zum Prüfen 
eines Akkus (mir reichen 20V / 1A). Zum Messen der Spannung über dem 
Shunt verstehe ich es: Kleiner Offset, kleiner Fehler. Aber beim Treiber 
verstehe ich es nicht.

Danke & Gruß
Matthias

von Luca E. (derlucae98)


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Matthias Q. schrieb:
> wesehalb ist der TLC274 für das Anfahren der MOSFETs hier nicht
> geeignet?

Ein TLC27x hat einen maximalen Eingangsoffsetfehler von 10mV.
Ich habe es gerade mal mit Multisim simuliert, ein Fehler von 10mV 
entspricht pro Kanal etwa 30mA Fehler.

von senke (Gast)


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Lurchi schrieb:
> Die 4   1 K Widerstände bilden den Mittelwert der Spannungen. Mit der
> Verstärkung des OPs dahinter kommt das einen Addierer schon sehr nahe.

Als Mittelwertbildner hab ich das auch eher gesehen. Als Addierer müsste 
aber das Ergebnis, wie es der Name schon sagt, addiert werden...
Das kann, wie mir zwischenzeitlich eingefallen ist, auch im auswertenden 
Mikrocontroller der ja auch die Umschaltung vornimmt, vorgenommen 
werden.

von Luca E. (derlucae98)


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senke schrieb:
> Als Mittelwertbildner hab ich das auch eher gesehen. Als Addierer müsste
> aber das Ergebnis, wie es der Name schon sagt, addiert werden...

Zumindest in der Simulation verhalten sich sowohl der "normale" 
invertierende Addierer als auch der nichtinvertierende Addierer absolut 
identisch.

: Bearbeitet durch User
von Matthias (Gast)


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Luca E. schrieb:
> Matthias Q. schrieb:
>> wesehalb ist der TLC274 für das Anfahren der MOSFETs hier nicht
>> geeignet?
>
> Ein TLC27x hat einen maximalen Eingangsoffsetfehler von 10mV.
> Ich habe es gerade mal mit Multisim simuliert, ein Fehler von 10mV
> entspricht pro Kanal etwa 30mA Fehler.

Okay,
dann muss ich nochmal was zur grundsätzlichen Funktion fragen:
- Es gibt also kein kontinuierliches Nachregeln durch eine 
uC-Regelschleife in der I_Mess ausgewertet und zur Nachregelung von 
U_Prog zum Anfahren der Regel-OpAmps verwendet wird?
- Die grundsätzliche Funktion beruht darauf, dass mit U_Prog ein genauer 
Sollwert des Stroms vorgegeben wird, dieser wird von den OpAmps nur in 
sofern geregelt, als dass Sie ihre (nunmehr statische) Vorgabe so 
ausregeln, dass durch MOSFET und Lastwiderstand eben der Strom fließt, 
der sich aus R_Last und U_Prog ergibt.
- I_Mess wird "nur" verwendet um ihn anzuzeigen, nicht um ein 
ΔI_Set/I_Mess zu berechnen und ggf. U_Prog entsprechend nachzuregeln.

Wenn dem so ist, verstehe ich natürlich, warum alle Komponenten wenig 
Fehler aufweisen sollten - ich dachte halt, dass Offset der Treiber und 
eigentlich auch Fehler des Lastwiderstandes mehr oder minder egal sind, 
da man das ja über ADC / DAC mit entsprechender Genauigkeit bemerken 
kann und dann nachregelt. Ich meine damit explizit keine volldigitale 
Regelung sondern nur das Anpassen der Ansteuerspannung der OpAmps.

Danke & VG
Matthias

von Matthias (Gast)


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Mit U_Prog ist natürlich I_Set_Int und mit I_Mess ist I_Feedback aus dem 
obigen Schaltplan gemeint...

von Luca E. (derlucae98)


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Matthias schrieb:
> Es gibt also kein kontinuierliches Nachregeln durch eine
> uC-Regelschleife in der I_Mess ausgewertet und zur Nachregelung von
> U_Prog zum Anfahren der Regel-OpAmps verwendet wird?
> - Die grundsätzliche Funktion beruht darauf, dass mit U_Prog ein genauer
> Sollwert des Stroms vorgegeben wird, dieser wird von den OpAmps nur in
> sofern geregelt, als dass Sie ihre (nunmehr statische) Vorgabe so
> ausregeln, dass durch MOSFET und Lastwiderstand eben der Strom fließt,
> der sich aus R_Last und U_Prog ergibt.

Ja, im Konstantstrommodus.

Matthias schrieb:
> I_Mess wird "nur" verwendet um ihn anzuzeigen, nicht um ein
> ΔI_Set/I_Mess zu berechnen und ggf. U_Prog entsprechend nachzuregeln.

Zum Einen für die Anzeige und zum Anderen dafür, weiter Testmodi zu 
ermöglichen. Wenn die Eingangsspannung und der Strom im Mikrocontroller 
vorliegen, kann dieser den Sollwert berechnen, der für 
Konstantwiderstand, Konstantleistung oder Konstantspannung nötig ist.

von Matthias (Gast)


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Okay, alles klar, dann erübrigt sich meine Ausgangsfrage natürlich. Ich 
bedanke mich und muss feststellen, dass ich mir für meine eigene 
elektronische Last viel zu viel Gedanken um die Software gemacht habe. 
Ich wollte da alles mögliche Nachregeln. Aber wenn die ganze Welt mit 
"statische" Lasten klar kommt, werde ich das wohl auch sehr gut.

Klar, die anderen Modi sind klar. Den Text zur EL9000 kennst du ja 
sicherlich - da werden sie alle behandelt.

Herzlichen Dank für die Aufklärung und gutes Gelingen beim (weiter?)bau.

VG
Matthias

von Luca E. (derlucae98)


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Matthias schrieb:
> Herzlichen Dank für die Aufklärung und gutes Gelingen beim (weiter?)bau.

Danke. Ich warte noch auf die Lieferung von Reichelt...

von Lurchi (Gast)


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Der Mittelwert von 4 Spannungen ist die Summe geteilt durch 4. Da fehlt 
also nur die Verstärkung um den Faktor 4 um daraus die Summe zu 
bekommen.


Den Offset der Verstärker könnte der µC nachtürlich schon kompensieren 
und ggf. auch nachregeln. Sowohl DAC als auch ADC könnten ggf. Probleme 
mit negativen Werten haben - die korrekturen sind also eingeschränkt. So 
schnell ändert sich der Fehler im Konstantstrommode nicht, so dass ein 
echtes nachregeln nicht nötig sein wird. Dadurch dass die verschiedenen 
Stufen unterschiedlich einsetzen können hat man aber bei kleinen Strömen 
(etwa < 50 mA) etwas mehr als nur einen einfachen Offset.

Da wäre es hilfreich wenn man zum deaktivieren der Stufen nicht 0 als 
sollwert, sondern einen kleinen negativen Wert (z.B. -20 mV) haben 
würde. Damit wären dann die 3 Stufen soweit aus, wie es die MOSFETs 
erlauben.

von Luca E. (derlucae98)


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Lurchi schrieb:
> Da wäre es hilfreich wenn man zum deaktivieren der Stufen nicht 0 als
> sollwert, sondern einen kleinen negativen Wert (z.B. -20 mV) haben
> würde. Damit wären dann die 3 Stufen soweit aus, wie es die MOSFETs
> erlauben.

Das ließe sich ja erreichen, indem ich an Pin 1 (2Y1) des 4053 statt GND 
-20mV anlege. Den 4053 versorge ich dann mit +/- 5V.

Weiter oben sprachst Du an, im Konstanwiderstandsbetrieb als 
Referenzspannung die Eingangsspannung zu verwenden. Das habe ich mir 
gerade mal angesehen und ein wenig gerechnet.
Wenn ich die Eingangsspannung durch 10 teile und als Referenzspannung 
verwende, kann ich einen Widerstand von etwa 0,8 Ohm bis 3,3k Ohm 
einstellen.
Zur Umschaltung kann ich ja einen weiteren 4053 nehmen.

von Luca E. (derlucae98)


Angehängte Dateien:

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Hallo nochmal,

Hier ein kleiner Zwischenbericht. Ich habe die Platinen nun soweit 
fertig und zum Teil getestet. Einige Sachen musste ich noch ändern, der 
finale Schaltplan ist im Anhang.
Ich melde mich wieder, sobald die Last fertig ist.

von D. M. (Gast)


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Bin gespannt auf dein Update! Habe gerade ein sehr ähnliches Projekt in 
der Designphase!

Gruß

von Luca E. (derlucae98)


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D. M. schrieb:
> Bin gespannt auf dein Update! Habe gerade ein sehr ähnliches Projekt in
> der Designphase!

Die Last ist hardwaremäßig fertig. Ich komme nur nicht dazu, die 
Software fertig zu schreiben. Sobald ich sie mal unter Vollast getestet 
habe, melde ich mich wieder.

Bilder: Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2015)"

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