Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern


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von ArnoR (Gast)



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Manchmal möchte man den Strom auf einer Hochspannngsschiene messen und 
das Signal auf der Low-Side, also massebezogen, weiterverarbeiten. Eine 
Möglichkeit zur Trennung der Potentiale ist die Verwendung von 
Optokopplern. Weil die aber sehr nichtlinear sind, eignen sie sich nicht 
ohne Weiteres als Messfühler und werden oft nur zur Übertragung 
aufmodulierter Informationen benutzt. Für Freunde der analogen 
Schaltungen, stelle ich hier mal einige einfache Schaltungen vor, die 
Standard-Optokoppler direkt und linear zur High-Side-Stommessung mit 
Umsetzung in eine massebezogene Spannung verwenden.

Das Prinzip der gezeigten Schaltungen ist gleich und beruht auf der 
weitgehenden Gleichheit der Übertragungsfunktionen und Temperaturen von 
Mehrfach-Optokopplern. Die Schaltungen verwenden 2 Optokoppler, von 
denen einer auf der High-Side vom Messstrom durchflossen wird und mit 
Hilfe des anderen auf der Low-Side dieser Strom genau rekonstruiert 
wird. Dies ist aber nur möglich, wenn beide OK neben gleicher 
Übertragungsfunktion und Temperatur auch genau die gleichen 
Betriebsbedingungen haben. Dies betrifft insbesondere den Strom durch 
den Ausgangstransistor und die Spannung am Ausgangstransistor. Beide 
Werte müssen bei beiden OK immer genau gleich sein, um brauchbare 
Linearität zu bekommen. Das ist die Aufgabe der Elektronik rund um die 
OK.

In der ersten Schaltung befindet sich links oben der High-Side-OK, der 
eingangsseitig vom Messstrom durchflossen wird und der ausgangsseitig 
mit dem Ausgang des Low-Side-OK in Reihe geschaltet ist. Der Low-Side-OK 
wird eingangsseitig von einem Verstärker gesteuert, der auf die 
Gleichheit der Ausgangsströme und Spannungen der OK regelt. Der 
Differenzverstärker hat an einem Eingang die halbe Betriebsspannung 
(10k-Teiler) als Referenzspannung und regelt den Strom durch den 
pnp-Transistor so ein, dass die Spannung am anderen Eingang, also 
zwischen den OK-Ausgängen, ebenfalls gleich der halben Betriebsspannung 
ist. Damit arbeiten die beiden Ausgangsstransistoren in den OK mit 
gleichen Spannungen. Weil am Knotenpunkt kein Strom wegfließt, sind auch 
die Ströme gleich groß. Damit sind alle Betriebsbedingungen gleich und 
der Strom durch den 10R-Widerstand ist gleich dem Eingangsstrom des 
High-Side OK. Die Genauigkeit ist jetzt praktisch nur noch vom 
Gleichlauf der OK abhängig.

Die zweite Schaltung ist eine stark vereinfachte Version der ersten, mit 
geringerer Genauigkeit. Sie funktioniert im Prinzip wie die erste, nur 
dass der Diff und die Referenz durch den Transistor und die Z-Diode 
ersetzt wurden. Der 20R-Widerstand dient zum näherungsweisen Ausgleich 
der Stromabhängigkeit der Ube und der Z-Spannung.

In der dritten Schaltung schließlich übernimmt ein OPV die Regelung. Die 
Z-Diode braucht man nur bei OPVs die ausgangsseitig nicht ganz an die 
positive Rail herankommen.

Normale OK vertragen eingansseitig Ströme bis etwa 50mA. Wenn man 
größere Ströme messen will, dann bietet sich die Parallelschaltung von 
OK mit Stromverteilungswiderständen auf der Eingangsseite an, während 
man ausgangsseitig nur einen OK wie in den gezeigten Schaltungen 
benutzt. Mit einem 4-fach-OK kommt man so auf etwa 150mA Messstrom 
(Bastler werden auch 200mA machen), während man low-seitig nur 1/3 Strom 
zur Rekonstruktion braucht.

Die Kondensatoren übernehmen die Frequenzgangkorrektur, ohne die 
schwingen die Schaltungen. Die genaue Dimensionierung ist von den 
OK-Eigenschaften und vom Strom abhängig, man erreicht obere 
Grenzfrequenzen bis etwa 10kHz.

von Axel R. (Gast)


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(Y)

von Amateur (Gast)


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Es gibt "linearisierte" Optokoppler. Die sind aber nicht Supergenau.

Weiterhin gibt es Stromsensoren mit Halleffektsensoren. Die sind von 
Haus aus isoliert.

Darüber hinaus gibt es, standartmäßig, bis 70V arbeitende 
Differenzverstärker. Oder noch höher. Das wäre dann aber auf dem 
gleichen Potential.

von ArnoR (Gast)


Angehängte Dateien:

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Als Nachtrag noch zum Vergleich die Kennlinie des in den Schaltungen 
verwendeten OK und die Kennlinien der 3 Schaltungen in der doppelt 
logarithmischen Darstellung. Man erkennt die Regelwirkung und die sehr 
gute Linearität über ein Stromverhältnis von 100:1.

von ArnoR (Gast)


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Amateur schrieb:
> Darüber hinaus gibt es, standartmäßig, bis 70V arbeitende
> Differenzverstärker.

Ich weiß, ich meine als Anwendung z.B. solche Netzteile:

Beitrag "Entwicklung HV-Netzteil, Strom-Messung High-Side?"

(500V 0,1A)

von Amateur (Gast)


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Unter vielen anderen: ACS712
Trennt angeblich 2,1kV

von Philipp (Gast)


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Amateur schrieb:
> Unter vielen anderen: ACS712
> Trennt angeblich 2,1kV

Und rauscht wie verrückt

von Amateur (Gast)


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@Philipp

Ich schrieb ja auch: Unter vielen anderen...

Damit meinte ich nicht einen anderen ACS712.

von Falk B. (falk)


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@ ArnoR (Gast)

>Das Prinzip der gezeigten Schaltungen ist gleich und beruht auf der
>weitgehenden Gleichheit der Übertragungsfunktionen und Temperaturen von
>Mehrfach-Optokopplern.

Und wo ist der Nachweis dieser Eigenschaft? Denn Das ist doch der Dreh 
und Angelpunkt! Die Stromverstärkung des Optokopplers ist extrem 
temperatur und stromabhängig.
Wo ist der Nachweis der Temperaturstabilität in der Realität? Pspice ist 
geduldig.

In der 1. Schaltung sind 2 Optokoppler drin, welche auch auf 
verschiedenen Potentialen liegen. Damit MUSS man getrennte Optokoppler 
in getrennten Gehäusen nehmen, sonst ist die Isolationsspannung weg. 
Damit ist sowohl die Paarung der Parameter (aka matching) als auch die 
enge Temperaturkopplung weg.

>wird. Dies ist aber nur möglich, wenn beide OK neben gleicher
>Übertragungsfunktion und Temperatur auch genau die gleichen
>Betriebsbedingungen haben.

Was sie aber nur bedingt haben ;-)

> Dies betrifft insbesondere den Strom durch
>den Ausgangstransistor und die Spannung am Ausgangstransistor. Beide
>Werte müssen bei beiden OK immer genau gleich sein, um brauchbare
>Linearität zu bekommen. Das ist die Aufgabe der Elektronik rund um die
>OK.

Warum so ein Zirkus? Es gibt brauchbare lineare Optokoppler ala IL300 & 
Co und dazu brauchbare Kompensationsschaltungen. Fertig. Und diese 
Optokoppler sind extra auf gutes Matching und enge thermische Kopplung 
gebaut!

Vor 30 Jahren, als Halbleiter noch ganz andere Preise hatten, wäre so 
eine Schaltung, wenn sie WIRKLICH was taugt, noch brauchbar gewesen. 
Heute ist es schlicht Unsinn.

>High-Side OK. Die Genauigkeit ist jetzt praktisch nur noch vom
>Gleichlauf der OK abhängig.

Und dort knirscht es gewaltig!

>Normale OK vertragen eingansseitig Ströme bis etwa 50mA. Wenn man
>größere Ströme messen will, dann bietet sich die Parallelschaltung von
>OK mit Stromverteilungswiderständen auf der Eingangsseite an,

Na dann mal viel Spaß bei der ungleichmäßigen Stromverteilung! Ein 
Optokoppler ist kein ohmsch/lineares Drehspulinstrument, das man einfach 
per Parallelshunt im Meßbereich erweitern kann!

Arno, das war nix.

von Philipp (Gast)


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Naja, die fertigen ICs auf Hall-Prinzip die ich bisher so gesehen habe 
waren für Ströme unter 100mA alle nicht sonderlich toll.

@ArnoR: Endlich mal wieder jemand der wirklich analoge Elektronik macht 
:)

von ArnoR (Gast)


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Naja typisch Falk. Hauptsache rumpoltern.

Falk B. schrieb:
> Und wo ist der Nachweis dieser Eigenschaft? Denn Das ist doch der Dreh
> und Angelpunkt! Die Stromverstärkung des Optokopplers ist extrem
> temperatur und stromabhängig.
> Wo ist der Nachweis der Temperaturstabilität in der Realität? Pspice ist
> geduldig.

Wie ich in den anderen Thread, in dem die Sache geboren wurde, schon 
schrob, habe ich etliche ILD615 und ILQ615 ausgemessen. Dabei kam raus, 
dass die in einem Gehäuse einige Prozent im Ausgangsstrom differieren, 
man aber auch Exemplare findet, in denen 2 Koppler auf etwa 1% 
übereinstimmen. Inwieweit das für größere Temperaturbereiche gilt, habe 
ich nicht untersucht, aber ich fände es nicht besonders plausibel, wenn 
die rel. gute Übereinstimmung nur gerade bei Raumtemperatur gelten 
sollte und bei anderen Temperaturen große Abweichungen auftreten, denn 
schließlich haben die Koppler ja grundsätzlich gleiches Verhalten. Eine 
gewisse Abweichung kann man durch den 10R-Widerstand auch 
wegkalibrieren.

Falk B. schrieb:
> In der 1. Schaltung sind 2 Optokoppler drin, welche auch auf
> verschiedenen Potentialen liegen. Damit MUSS man getrennte Optokoppler
> in getrennten Gehäusen nehmen, sonst ist die Isolationsspannung weg.
> Damit ist sowohl die Paarung der Parameter (aka matching) als auch die
> enge Temperaturkopplung weg.

Die Koppler sind auch in einem 4-fach-Gehäuse bestens von einander 
isoliert. kann man schon daran erkennen, dass die ILD einfach durch 
Durchsägen der ILQ gemacht werden.
Hier geht es auch gar nicht um Berührungsschutz mit den entsprechenden 
Isolationsspannungen. Die OK müssen doch nur die 500V zwischen 
Oberspannung und Masse aushalten, dazu reicht der Pinabstand und der 
innere Aufbau locker aus. Wenn du es nicht glaubst, schleife einen 
Dualkoppler auf.

Falk B. schrieb:
> Warum so ein Zirkus? Es gibt brauchbare lineare Optokoppler ala IL300 &
> Co und dazu brauchbare Kompensationsschaltungen. Fertig. Und diese
> Optokoppler sind extra auf gutes Matching und enge thermische Kopplung
> gebaut!

Ja klar, aber das ist doch unsportlich. Außerdem kostet so ein Koppler 
allein (ohne Kompensationsschaltung) schon ein Vielfaches meiner ganzen 
Schaltungen und weniger Aufwand ist es auch nicht.

Falk B. schrieb:
> Vor 30 Jahren, als Halbleiter noch ganz andere Preise hatten, wäre so
> eine Schaltung, wenn sie WIRKLICH was taugt, noch brauchbar gewesen.
> Heute ist es schlicht Unsinn.

Genau wie Oldtimer fahren oder Röhrenschaltungen bauen. Es ging nur 
darum, mit einer diskreten Analogschaltung eine mögliche Lösung für die 
Frage des TO in diesem Thread zu zeigen:

Beitrag "Entwicklung HV-Netzteil, Strom-Messung High-Side?"

Falk B. schrieb:
> Na dann mal viel Spaß bei der ungleichmäßigen Stromverteilung!

Soso, hast du das mal überschlagen? Die IR-Dioden (Uf~1V) in den 
Kopplern differieren bei gleichen Strömen vielleicht um 10mV. Da kommt 
man mit 1V an den Vorwiderständen schon auf eine Paarung von ~1%. Bei 
einem 500V-Netzteil, dürften auch noch ein paar V mehr übrig sein, um 
auch größere Differenzen aufzufangen bzw. die Paarung zu verbessern.

Falk, das war auch nix.

von Falk B. (falk)


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@ArnoR (Gast)

>Naja typisch Falk. Hauptsache rumpoltern.

Falsch! Sachliche Kritik mit einem Schuß Polemik.

>> Wo ist der Nachweis der Temperaturstabilität in der Realität? Pspice ist
>> geduldig.

>dass die in einem Gehäuse einige Prozent im Ausgangsstrom differieren,
>man aber auch Exemplare findet, in denen 2 Koppler auf etwa 1%
>übereinstimmen.

Kann sein, ist aber eher die Ausnahme und muss man messen.

> Inwieweit das für größere Temperaturbereiche gilt, habe
>ich nicht untersucht, aber ich fände es nicht besonders plausibel, wenn
>die rel. gute Übereinstimmung nur gerade bei Raumtemperatur gelten
>sollte und bei anderen Temperaturen große Abweichungen auftreten,

Etwas "nicht plausibel finden" und meßtechnisch nachweisen sind zwei 
deutlich verschiedene Paar Schuhe.

>Die Koppler sind auch in einem 4-fach-Gehäuse bestens von einander
>isoliert. kann man schon daran erkennen, dass die ILD einfach durch
>Durchsägen der ILQ gemacht werden.

;-)
Schon mal was von Kriechwegen gehört?

>Hier geht es auch gar nicht um Berührungsschutz mit den entsprechenden
>Isolationsspannungen. Die OK müssen doch nur die 500V zwischen
>Oberspannung und Masse aushalten, dazu reicht der Pinabstand und der
>innere Aufbau locker aus.

Bei 2,54 mm Raster? Im Labor bei Sonnenschein. Naja, ist eh nur ne 
Bastlerlösung.

> Wenn du es nicht glaubst, schleife einen
>Dualkoppler auf.

Muss ich gar nicht, das Problem liegt woanders.

>> Optokoppler sind extra auf gutes Matching und enge thermische Kopplung
>> gebaut!

>Ja klar, aber das ist doch unsportlich.

Aber sinnvoll. Du "löst" ein Nicht-Problem.

> Außerdem kostet so ein Koppler
>allein (ohne Kompensationsschaltung) schon ein Vielfaches meiner ganzen
>Schaltungen und weniger Aufwand ist es auch nicht.

You get what you pay for.

>Genau wie Oldtimer fahren oder Röhrenschaltungen bauen.

So gesehen hast du recht.

>> Na dann mal viel Spaß bei der ungleichmäßigen Stromverteilung!

>Soso, hast du das mal überschlagen? Die IR-Dioden (Uf~1V) in den
>Kopplern differieren bei gleichen Strömen vielleicht um 10mV.

Du sprachst vom Parallelschalten von Widerständen!

" Wenn man größere Ströme messen will, dann bietet sich die 
Parallelschaltung von OK mit Stromverteilungswiderständen auf der 
Eingangsseite an,"

>Falk, das war auch nix.

Einfach billig abschreiben ist weder kreativ noch überzeugend.

von ArnoR (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Schon mal was von Kriechwegen gehört?
> Bei 2,54 mm Raster? Im Labor bei Sonnenschein.

Auweia, das musst du schnell den Herstellern von 800V-Mosfets im 
TO92-Gehäuse mit 1,27mm Raster sagen.

http://www.farnell.com/datasheets/820862.pdf

Falk B. schrieb:
> Du sprachst vom Parallelschalten von Widerständen!

Nöö, ich sprach von der:

> Parallelschaltung von OK mit Stromverteilungswiderständen auf der
> Eingangsseite

Damit waren natürlich die IR-Dioden mit je einem 
Stromverteilungswiderstand gemeint. Es ist doch unnötig, solche Dinge 
mit Gewalt falsch zu interpretieren.

von S. K. (hauspapa)


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Hübsche Idee das Ganze. Eine wirkliche Aussage zur Genauigkeit würde ich 
mir
aber nicht zutrauen.

Der IL300 dürfte seit etwa 1993 auf dem Markt sein. Hat mir in einem EMV 
Test mal hübsch Ärger mit der Störfestigkeit bereitet.

Zum isolierten messen gönne ich mir AMC1200 von TI. Ok, das ist schieben 
von Fertigklötzchen, was der TO ja gerade nicht will. Dafür ist er 
ziemlich genau, gut dokumentiert und ein schneller Weg zum Ziel.

viel Erfolg
Hauspapa

von ths (Gast)


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Hier steht noch ein 1 kA 300 kV Stromwandler rum, jemand Interesse?

von M. K. (sylaina)


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Das wäre doch mal was für die Artikelsammlung hier auf der Seite ;)

von Georg T. (microschorsch)


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Hallo ArnoR et al,

ich muss sagen - sieht echt toll aus! Respekt!

Nachdem ich in dem anderen Thread als Digitalfanatiker entlarvt wurde 
:-p muss ich gestehen, dass einer hübschen analogen Schaltung eine 
gewisse anmut anzusehen ist. Großes Lob

Vielleicht liegt es daran, dass ich ein Digitalo bin, aber ich habe 
vielleicht die Schaltung noch nicht ganz durchblickt. Du sagst, dass die 
Strom-Spannungsverhältnisse in beiden OKs gleich sein müssen, logisch 
sonst sind sie nicht mehr gleich, aber sind sie das wirklich? was ist 
mit dem Spannungsabfall durch den Transistor? Sind die bleiben npns 
wirklich gleich? Wieso die 1:10 Teilung?

Das mit dem Isolationsabstand ist, so fürchte ich, ein nicht zu 
vernachlässigendes Argument. Früher im Laborbetrieb hatten wir die Regel 
1mm pro 1kV, danach ionisierts. Wenn ich mir vorstelle, so ein Netzteil 
(wie im anderen Thread) mal nachts im Auto liegenzu lassen, mit dem 
Kondensat würde ich mich nicht trauen es einzuschalten.

das PSpice Argument ist leider auch nicht unbegründet. Hast Du mal so 
eine Schaltung aufgebaut?

Es find es gut, dass es noch Leute gibt, die sich mit analogen 
Schaltungen gut auskennen.

Und an all die Miesepeter da oben:
Konstruktive Kritik geht anders! Der Ton macht die Musik

Schorsch

von voltwide (Gast)


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Also mir gefällt die Idee der Schaltung auch - das Prinzip ist klar und 
einleuchtend.
Die Sache mit dem Isolationsabstand muß man wohl differenzieren - zum 
Überbrücken einer Isolationsbarriere (doppelte oder verstärkte 
Isolation) reichen i.a. die Kriechstrecken nicht aus.

Aber innerhalb eines Sekundärkreises mit 300 oder 500V gibt es diese 
Isolationsbarriere garnicht - und wers nicht glaubt darf dann mal zum 
Spaß die Kriechstrecken nachmessen zwischen drain (Mittelpin) und source 
(Außenpin) eines 800V PowerMOSFET im TO-220-Gehäuse.

Von daher sehe ich keinen Grund, über die Schaltung her zu fallen wie 
ein Wadenbeißer.

von ArnoR (Gast)


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Meinen Dank an die vielen Unterstützer :-)

Georg T. schrieb:
> was ist mit dem Spannungsabfall durch den Transistor?

Du meinst den pnp? Der ist unerheblich, es kommt nur auf den Strom durch 
die eingangsseitige LED an.

> Sind die bleiben npns wirklich gleich?

Du meinst den Diff? Die Differenzen der Transistoren (vielleicht 10mV 
dUbe) sind gegenüber der Referenz (6V) und Versorgung (12V) 
vernachlässigbar.

> Wieso die 1:10 Teilung?

Umgekehrt, es ist eine "Verstärkung" von 10 (30mA erzeugen 300mV). Der 
Wert  nicht kritisch, man kann in gewissen Grenzen auch andere 
Verhältnisse einstellen.

Georg T. schrieb:
> Hast Du mal so eine Schaltung aufgebaut?

Was recht Ähnliches; analoge Signalübertragung in einer schnellen 
Regelschleife von 75W...1kW-Schaltreglern für strom-/leistungsgeregelte 
Stromversorgungen für Gasentladungslampen (HBO und XBO).

von Philipp (Gast)


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ArnoR schrieb:
> -Schaltreglern für strom-/leistungsgeregelte

Hast Du auch eine nette Schaltungsidee für die Leistungsregelung ohne 
auf einen Multiplizierer zurückgreifen zu müssen?

von Georg T. (microschorsch)


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Hi,

ich werd mir morgen nochmal im Detail Gedanken machen, ich glaube, ich 
verstehe das noch nicht richtig....


...nachdem ich nun nochmal 10min auf die Schaltung gestarrt habe, ich 
versuchs mal in meinen Worten,
Die beiden lichtsensitiven transistoren in den OKs wirken im stromlosen 
fall wie die 10k Widerstände im Differenzierverstärker. Wenn nun ein 
Strom durch die High-Seite fließt, bekommt die Basis am linken NPN ein 
höheres Potential, gerade genug, so dass der Ausgang des Verstärkers den 
PNP ein bisschen leitend macht und damit den zweiten OK ebenfalls 
leitend macht, was wiederrum das Ausgangsignal an der linken Basis des 
NPN kleiner werden lässt. Im Grunde eine Gegenkopplung...richtig?? 
schön.....

man muss den Verstärkungsfaktor aber gut abstimmen sonst schwingt das 
Ding sicher wie hulle.....


ich hatte mal vor einiger Zeit für eine andere Anwendung sowas hier 
gebastelt:
Beitrag "Re: Drehzahlsteuerung mittels PWM und Optokoppler?"

man musste natürlich den ganzen PWM-kram weglassen - jajaja ich weiß... 
digitalkram

die Schalung war extrem einfach und hat auch einigermaßen funktioniert, 
vermutlich ist sie nicht ganz soooo linear, vielleicht ein (schlechter) 
Kompromiss

Schorsch

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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voltwide schrieb:
> und wers nicht glaubt darf dann mal zum
> Spaß die Kriechstrecken nachmessen zwischen drain (Mittelpin) und source
> (Außenpin) eines 800V PowerMOSFET im TO-220-Gehäuse.

Im TO-220 gibt es sogar 1500V FETs mit 0,7mm Luftspalt zwischen den Pins 
(e_min - b1_max).
Ich frag mich, was die Hersteller sich dabei gedacht haben.

http://de.farnell.com/stmicroelectronics/stp3n150/mosfet-n-kanal-to-220/dp/1456344

von Falk B. (falk)


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@ Peter Dannegger (peda)

>Im TO-220 gibt es sogar 1500V FETs mit 0,7mm Luftspalt zwischen den Pins
>(e_min - b1_max).
>Ich frag mich, was die Hersteller sich dabei gedacht haben.

Dass man daraus sicher NICHT ableiten kann, dass 0,7mm Kriechweg unter 
ALLEN Klimabedingungen ausreichend sind. Diese Dinger müssen vergossen 
werden, wenn sie ausserhalb des trockenen Labors verwendet werden 
sollen.

von ArnoR (Gast)


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Philipp schrieb:
> Hast Du auch eine nette Schaltungsidee für die Leistungsregelung ohne
> auf einen Multiplizierer zurückgreifen zu müssen?

Bei den Gasentladungslampen sind Strom- bzw. Spannungsbereich nicht sehr 
groß, da kommt man mit einer Trickschaltung aus. Anfangs habe ich da 
einen stromgegengekoppelten pnp-Stromspiegel genommen, der den Strom 
gemessen hat (in einer Emitterleitung den Stromshunt (1mR) und in der 
anderen einen Referenzwiderstand (10R) und der außerdem in seinem 
Referenstrom von der Ausgangsspannung gesteuert wurde. Das macht in 
einem gewissen Bereich näherungsweise eine Multiplikation und hat den 
Vorteil, dass man mit sehr kleinen Widerständen und Spannungen ohne 
weitere Verstärkung arbeiten kann.

Später habe ich dann auch "echte" Multiplizierer mit LM13600 und 
Kupfershunt (zum TK-Ausgleich) gebaut, weil die Dual-pnp 
unverhältnismäßig teuer wurden.

von ArnoR (Gast)



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Ich habe heute mal die Schaltung 1 aufgebaut und ausgemessen, um mich 
selbst und die Zweifler zu beruhigen, das Ergebnis ist wie erwartet. Es 
sind wirklich keine Werte geschönt, alles echt. Gemessen habe ich nur 
über gut als 2 Dekaden, aber offenbar geht da noch einiges mehr. Die 
Schaltung arbeitet stabil ohne Schwingen, wenn man den 10k-Teiler noch 
nach Masse abblockt. Die Betriebsspannung selbst hatte ich nicht 
abgeblockt. Als Ausgangswiderstand wurde 31R6 anstelle 10R verwendet, 
weil meine miesen Messgeräte nur eine geringe Auflösung von 100µV haben. 
Anpusten der Schaltung zeigte keine merliche Drift. Als Optokoppler 
wurde ein nicht ausgemessener ILQ615 verwendet, von dem aber nur die 
Koppler 1 und 2 verwendet wurden.

Außerdem habe ich noch die Betriebsspannungsabhängigkeit bei ~5mA 
Eingangsstrom gemessen Ua[U-Versorgung]:
147,3mV[12V], 147,0mV[10V], 146,5mV[8V]

Wie erwartet, ist die absolute Höhe der Versorgungsspannung für die 
Übertragungsfunktion unerheblich, wichtig ist nur, dass die Spannungen 
über beiden Ausgangstransistoren gleich sind, das macht die Schaltung.

von Falk B. (falk)


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@ ArnoR (Gast)

>Anpusten der Schaltung zeigte keine merliche Drift.

Klar, eine GAAAANZ tolle, bewährte Methode . . .

von ArnoR (Gast)


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Falk B. schrieb:
> @ ArnoR (Gast)
>
>>Anpusten der Schaltung zeigte keine merliche Drift.
>
> Klar, eine GAAAANZ tolle, bewährte Methode . . .

Mein Gott, du hast es wohl sehr nötig ...
Armer Kerl.

Natürlich ist das keine Messung, aber man erkennt ganz schnell und 
einfach, ob die Schaltung thermisch empfindlich ist. Hast du sicher auch 
schon mal gemacht.

von Alex (Gast)


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Mhhhhh, lecker schmecker, mal wieder ein Sahnehäubchen der guten alten 
Analogelektronik :) Schnell und einfach mit billigsten 
Standardbauteilen!

Vielen Dank an ArnoR, verleitet mich gerade dazu das Ganze 
zusammenzustecken und durchzutesten.

Gruß Alex

von Axel S. (a-za-z0-9)


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ArnoR schrieb:
> Ich habe heute mal die Schaltung 1 aufgebaut und ausgemessen

Mit zwei SC237e und einem Frolyt Elko <schwärm>  ;)

von Falk B. (falk)


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@Axel Schwenke (a-za-z0-9)

>> Ich habe heute mal die Schaltung 1 aufgebaut und ausgemessen

>Mit zwei SC237e und einem Frolyt Elko <schwärm>  ;)

In diese Epoche ist die Schaltung auch einzuordnen . . .

von Mani W. (e-doc)


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ArnoR schrieb:
> ArnoR (Gast)

Hi, Arno!


Super-Schaltungen, macht Sinn...

Analogiker sind eben anders als Digitaliker und manche müssen eben
immer etwas dagegen bruzzeln...


Kompliment meinerseits zu Deinem Beitrag

Analogen Gruß
Mani

von Georg T. (microschorsch)


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Find ich super.

Die Schaltung hat den riesen Vorteil, dass man eine HV-Regelung, die 
nahe an GND hängt, aufbauen kann, den Strom high-seitig misst und die 
Strommessung als Gegenkoppung nutzen kann. Das ist dann eine echte 
high-seitige Stromreglung. Find ich echt genial!

Über den Iso-Abstand hab ich auch schon nachgedacht: Wir haben früher 
solche mini-Steckverbinder ich glaube 500µ pitch o.ä., die in 
irgendwelchen Handy benutzen wurden aufgepimpt, so dass die bis 1kV 
gingen, mit einem ganz einfachen Trick - einfache mehrere Beinchen 
ausreißen.

Ich würde vorschlagen einen 4x Optokoppler zu nehmen und die Beinchen 
der beiden mittleren abzuschneiden. Dann kannst Du sicherlich bis 2-3kV 
gehen

Ich find' das echt super :-)

Gruß Schorsch

PS: @ArnoR: Geht deine Ausgleichsgerade wirklich durch 0?

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> @ArnoR: Geht deine Ausgleichsgerade wirklich durch 0?

Natürlich ;-)

Sobald ich vernünftige Messtechnik da habe, messe ich mal weiter zu 
kleineren Strömen hin.

> Ich würde vorschlagen einen 4x Optokoppler zu nehmen und die Beinchen
> der beiden mittleren abzuschneiden. Dann kannst Du sicherlich bis 2-3kV
> gehen

Aber dann hast du hochspannungsseitig nur noch einen Koppler und kommst 
nicht über 60mA. Einen Koppler rauszuschneiden (-> 120mA) sollte für 
dich (550V) doch auch reichen.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass man auch mit 2 getrennten gleichen 
Kopplern gute Ergebnisse erreichen kann. Schließlich sind die auch 
nichts weiter als "abgesägte Stangenware" mit gleichen Eigenschaften 
und, dank der Schaltung, auch exakt gleichen Betriebsbedingungen.

von Falk B. (falk)


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@ Georg T. (microschorsch)

>Die Schaltung hat den riesen Vorteil, dass man eine HV-Regelung, die
>nahe an GND hängt, aufbauen kann, den Strom high-seitig misst und die
>Strommessung als Gegenkoppung nutzen kann. Das ist dann eine echte
>high-seitige Stromreglung. Find ich echt genial!

Tausende Netzteile können das ebenso mit einer Strommessung an GND. Denn 
was oben rausfließt MUSS unten wieder zurück kommen. Herr Kirchhoff läßt 
grüßen.

von Tcf K. (tcfkao)


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Falk B. schrieb:
> Tausende Netzteile können das ebenso mit einer Strommessung an GND. Denn
> was oben rausfließt MUSS unten wieder zurück kommen. Herr Kirchhoff läßt
> grüßen.

Was in der intendierten Schaltung wegen der Röhre als kathodenseitigen 
Summationspunkt nicht mehr wirklich leicht auseinander zu halten gewesen 
wäre...

von m.n. (Gast)


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In den Schaltungen werden 4N33 verwendet, die (abweichend zur Zeichnung) 
einen Darlington-Ausgang haben. Soll das einen Vorteil bringen?
Waren Koppler mit einfachem Ausgang (typ. xx817) nicht brauchbar?

von ArnoR (Gast)


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m.n. schrieb:
> In den Schaltungen werden 4N33 verwendet, die (abweichend zur Zeichnung)
> einen Darlington-Ausgang haben. Soll das einen Vorteil bringen?
> Waren Koppler mit einfachem Ausgang (typ. xx817) nicht brauchbar?

Das war der einzig verfügbare OK in TINA. Ich habe es nicht hinbekommen, 
TINA andere Koppler "unterzuschieben".

Für die Funktion ist es weitgehend egal, welcher Koppler verwendet wird, 
natürlich muss sein Übertragungsfaktor im interessierenden Strombereich 
brauchbar groß sein.

von m.n. (Gast)


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Gut.
Bei Darlington-Ausgang würde ich größere Streuungen vermuten und lieber 
einen Koppler mit Einfach-Ausgang und ohne Basis-Anschluß verwenden.

Koppler vom gleichen Hersteller und aus einer Charge sollten geringe 
Streuungen untereinander aufweisen, auch wenn es Zeitgenossen gibt, die 
gleich wieder den Weltuntergang herbeischreien ;-)

von ArnoR (Gast)


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m.n. schrieb:
> und lieber
> einen Koppler mit Einfach-Ausgang und ohne Basis-Anschluß verwenden.

Ja genau. Die Schaltung habe ich deshalb auch mit dem ILQ615 aufgebaut 
und gemessen.

von Georg T. (microschorsch)


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Hi,

ich überlege gerade ob es nicht egal ist einen mehrfach OK nehmen, oder 
mehrere einfach OKs die im selben Reel direkt hintereinanderliegen? 
Müsste doch egal sein, oder?

Setzt natürlich voraus, dass man sie noch auf dem Reel geliefert bekommt

Schorsch

von Falk B. (falk)


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@Georg T. (microschorsch)

>Müsste doch egal sein, oder?

Oder. Eine enge, thermische Kopplung erreicht man nur, wenn die 
Optokoppler in einem Gehäuse sitzen. Bei 2 getrennten ist die Kopplung 
schon schlechter. Aber ggf. gut genug für die Anwendung.

von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> ich überlege gerade ob es nicht egal ist einen mehrfach OK nehmen, oder
> mehrere einfach OKs die im selben Reel direkt hintereinanderliegen?
> Müsste doch egal sein, oder?

Das schrob ich oben schon:

ArnoR schrieb:
> Ich bin mir ziemlich sicher, dass man auch mit 2 getrennten gleichen
> Kopplern...

Die thermische Kopplung ist doch eigentlich nur dann nötig, wenn ein 
Element das andere auf die gleiche Temperatur mitnehmen (zwingen) muss. 
Wenn aber die Umgebung keine Störung durch einseitige Erwärmung/Kühlung 
liefert, und die Koppler wie in meiner Schaltung mit genau gleichen 
Betriebsbedingungen (also auch genau gleicher Verlustleistung) laufen, 
haben sie automatisch die gleiche Temperatur und dann ist keine 
thermische Kopplung nötig.

von Georg T. (microschorsch)


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Hi,

ich schaue gerade welche OKs man nehmen könnte. Hab jetzt hier einen 4x 
OK mit SOIC16 Package gefunden (LTV-844). Sein lineares 
Current-Transfer-Ratio hört aber irgendwo bei 20mA auf. Was gibt es denn 
für Möglichkeiten nur einen Teil des Stroms durch den HV-OK zu leiten? 
Also quasi ein Stromteiler? Der Spannungsabfall über die Diode ist wohl 
nicht zu vernachlässigen....

Oder kann man ganz einfach zwei Shunts (Verhältnis vielleicht 1:10) 
einbauen und nur über einen den OK laufen lassen?

Schorsch

von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> Was gibt es denn
> für Möglichkeiten nur einen Teil des Stroms durch den HV-OK zu leiten?

Ja sach mal, liest du eigentlich die Beiträge?

Die Frage ist schon beantwortet worden. Man schaltet die Eingangsseiten 
mehrerer OK mit Stromverteilungswiderständen parallel. Daher mein 
Vorschlag mit dem 4-fach Koppler. Der ILQ615 geht bis 60mA (also bis 
180mA) und hat extrem gleiche IR-Dioden im Gehäuse. Mein Multimeter hat 
im Diodentest-Bereich identische Flussspannungen angezeigt.

Wenn man anders teilen will, muss man die Diodenflussspannung anteilig 
nachbilden (was erhöhten Aufwand bedeutet) oder den Strom mit 
Stromquellen teilen (was auch erhöhten Aufwand bedeutet).

Die PSpice-Simulation (nicht TINA) mit einem 4N25 zeigt übrigens, dass 
man etwa 3 Stromdekaden (1000:1) mit 1% Abweichung schaffen kann.

von Falk B. (falk)


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@ ArnoR (Gast)

>Die Frage ist schon beantwortet worden. Man schaltet die Eingangsseiten
>mehrerer OK mit Stromverteilungswiderständen parallel.

Was auch nicht gerade im Sinne eines Shunts mit geringem Spannungsabfall 
ist . . .

Ketzerische Grüße
Falk ;-)

von ArnoR (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Was auch nicht gerade im Sinne eines Shunts mit geringem Spannungsabfall
> ist . . .

Willst du jetzt im Ernst bei einem 500V-Netzteil wegen vielleicht 1-2V 
jammern?

> Ketzerische Grüße

Gleichfalls... ;-)

von Georg T. (microschorsch)


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Hi,
zickt Euch nicht an :-p

ja, ich lese die Beiträge. Aber folgender Gedanke:
Meine Schaltung ist bis jetzt durch den MOSFET begrenzt, ich könnte aber 
bis 200mA gehen. Ich würde die OKs ungern bei den maximum-ratings laufen 
lassen, die meisten gehen bis 50mA, d.h. ich bräuchte minimum 4 Stück, 
eher 6 auf der High-Seite.

Daher mein Gedanke, anstelle eines Shunts, zwei zu nehmen und nur an 
einen die LED des OKs zu hängen. Auf der anderen Seite des 
"Vergleichsmopeds" müsste man natürlich diesen Stromteiler ebenso um die 
andere LEF implementieren damit gleiches gleiches bleibt

spricht irgendwas dagegen?

Mich würde weiterhin interessieren ab welchem Strom diese Schaltung 
eigentlich funktioniert, ab welchem Strom wird denn da nennenswert Licht 
emittiert?

Schorsch

von Falk B. (falk)


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@Georg T. (microschorsch)

>bis 200mA gehen. Ich würde die OKs ungern bei den maximum-ratings laufen
>lassen,

Sinnvolle Entscheidung.

>Daher mein Gedanke, anstelle eines Shunts, zwei zu nehmen und nur an
>einen die LED des OKs zu hängen. Auf der anderen Seite des
>"Vergleichsmopeds" müsste man natürlich diesen Stromteiler ebenso um die
>andere LEF implementieren damit gleiches gleiches bleibt

>spricht irgendwas dagegen?

Klingt nach einem ziemlichen Stunt. Würde ich nicht machen wollen.

Tja, eine Diode kann man leider nicht per Shunt im Meßbereich erweitern. 
Dazu braucht man mindestens einen OPV, der als Spannungs-Stromwandler 
arbeitet. Dann brauchst du aber ne Stromversorgung auf HV-Potential. Das 
könnte man mit einer Z-Diode + Widerstand schaffen. Hmmm?
Stromspiegel?

von Michael H. (overthere)


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Jetzt stell dir mal vor, deine HighSide hat kein Konstantes Potential, 
also flattert, wie z.B. bei einer Strommessung von einem Boost 
Converter. Da wird die Lösung nicht funktionieren.

Ich habe vor längerem mal einen HighSide Sigma Delta mit digitaler 
Isolation simuliert, das hat von den Ergebnissen richtig gut ausgesehen. 
Einfach einen OpAmp genommen, um Shunt hochzuverstärken (optional), und 
dann mit einem Komparator einen 1.Ordnung sigma delta gebaut. Ergebniss 
waren 10 bit Auflösung bei 1MHz Abtastrate bei 100MHz abtastrate.

Vorteil ist, dein Potential von der HighSide kann ziemlich hin-und-her 
schwanken.

von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> Ich würde die OKs ungern bei den maximum-ratings laufen
> lassen, die meisten gehen bis 50mA, d.h. ich bräuchte minimum 4 Stück,
> eher 6 auf der High-Seite.

Dann nimm doch 6 Koppler high-seitig. Wenn man low-seitig nur einen 
nimmt, ist allerdings die Verlustleistung in den Kopplern nicht mehr 
gleich, man bekommt dann Temperaturdifferenzen... Aber natürlich kann 
man auch low-seitig alle arbeiten lassen.

Georg T. schrieb:
> Daher mein Gedanke, anstelle eines Shunts, zwei zu nehmen und nur an
> einen die LED des OKs zu hängen. Auf der anderen Seite des
> "Vergleichsmopeds" müsste man natürlich diesen Stromteiler ebenso um die
> andere LEF implementieren damit gleiches gleiches bleibt

Verstehe nur "Bahnhof".

Georg T. schrieb:
> Mich würde weiterhin interessieren ab welchem Strom diese Schaltung
> eigentlich funktioniert, ab welchem Strom wird denn da nennenswert Licht
> emittiert?

Steht auch schon da:

ArnoR schrieb:
> Die PSpice-Simulation (nicht TINA) mit einem 4N25 zeigt übrigens, dass
> man etwa 3 Stromdekaden (1000:1) mit 1% Abweichung schaffen kann.

Soll heißen: ab etwa 50µA je Koppler laut Simulation, gemessen habe ich 
in dem Bereich noch nicht.

Georg T. schrieb:
> zickt Euch nicht an

Habe ich eigentlich anders aufgefasst

von Georg T. (microschorsch)


Angehängte Dateien:

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ArnoR schrieb:
> Verstehe nur "Bahnhof".

Hi,

hab mal was vorbereitet (siehe Anhang)

ich mache "oben" das gleiche wie "unten". Finde ich eleganter als 6 OKs 
zu nehmen. Auf diese Weise kann ich doch die sensitivität der Diode 
verringern. Klar, das ist besonders bei kleinen Strömen alles andere als 
linear, aber da ich doch oben das gleiche mache, wie unten....


Ist nicht ausgeschlossen, dass ich ein Brett vor dem Kopf habe ;-)

Ich kann mit PSpice leider keine OKs simulieren, vielleicht kann mir ja 
mal jemand sagen, ob das blödsinn ist

Schorsch

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> ich mache "oben" das gleiche wie "unten". Finde ich eleganter als 6 OKs
> zu nehmen. Auf diese Weise kann ich doch die sensitivität der Diode
> verringern. Klar, das ist besonders bei kleinen Strömen alles andere als
> linear, aber da ich doch oben das gleiche mache, wie unten....

Das hilft nichts, denn solange die Diode oben nicht leuchtet, also bis 
etwa 1V über den 20R (50mA) fließt auf der low-Seite *überhaupt kein 
Strom*. Da ist nichts mit "oben das gleiche wie unten".

von Georg T. (microschorsch)


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ArnoR schrieb:
> Das hilft nichts, denn solange die Diode oben nicht leuchtet,

Ja - das war das Brett....

ja dann bleibt wohl nur noch der Stromspiegel....
gibt es integrierte Stromspiegel, die nicht 1:1 sind?

Falls nicht, würde ich den "Stromteiler" 1:10 mit zwei Widerständen an 
einen Stromspiegel hängen und die Ausgangsseite des Stromspiegels an die 
LED des OKs.

müsste doch gehen, oder?

hm... ein Teil mehr... Stromspiegel ala BCV61 kost ja fast nix

KORREKTUR:
das geht auch nicht, dann hab ich da zwar keine Diode mehr im Strompfad 
aber die KE Strecke des Transistors. Wie kann ich denn einen ~1:10 
Stromspiegel aufbauen?

Schorsch

: Bearbeitet durch User
von Georg T. (microschorsch)


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Hallo nochmal,

das mit dem Übersetzungverhältnis hab ich jetzt durch googlen 
herausgekriegt, man müsste die Emitterwiderstände anpassen. Also quasi 
ein virtuelles GND unterhalb des Shunts anlegen.

Dennoch hat man den Spannungsabfall der Kollektor-Emitter-Strecke. Wenn 
der Spannungsabfalls ~0.2V beträgt und bei 200mA über den Shunt 5V 
abfällt, fängt die LED unter 8mA nicht an zu leuchen, wie mir ArnoR 
erklärt hat -> das ist doch blöd!

Die einzige Lösung die mir jetzt noch einfallen würde wäre ein 
Spannungs-Stromwandler (mit einem Opamp) - Falk hatte den Vorschlag 
vorhin schon gemacht. Da bleibt das Problem der Spannungsversorgung. Ich 
könnte einen Single-Supply Typen nehmen und mit einer Z-Diode die 
Spannung von ganz oben abgreifen. Über den MOSFET fallen sicherlich 
einige 10 oder 20V ab. Wenn der Shunt 20Ohm hat und der 
Referenzwiderstand des Wandler 200Ohm hat erreiche ich eine 
Stromabsenkung von 10:1. Daraufhin würde dann ArnoRs 
"OK-Vergleichsmoped" folgen. Könnt ihr mir folgen, oder soll ich nochmal 
aufmalen?

Schorsch

von ArnoR (Gast)


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Georg T. schrieb:
> Die einzige Lösung die mir jetzt noch einfallen würde wäre ein
> Spannungs-Stromwandler (mit einem Opamp)...

Dann brauchst du aber mein Prinzip nicht. An so einem Krampf werde ich 
mich nicht beteiligen. Mit solchem Aufwand solltest du besser eine 
andere bekannte Lösung aufbauen.

Du hast in dem anderen Thread von max. 100mA mit mindestens 1mA 
Auflösung gesprochen, dafür etwa war mein Schaltungsvorschlag gemacht. 
Der Sinn war, wie ganz oben beschrieben, mit möglichst wenigen 
Bauelementen eine gut funktionierende Schaltung zu zeigen.

von Tcf K. (tcfkao)


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Michael H. schrieb:
> Ich habe vor längerem mal einen HighSide Sigma Delta mit digitaler
> Isolation simuliert, das hat von den Ergebnissen richtig gut ausgesehen.
> Einfach einen OpAmp genommen, um Shunt hochzuverstärken (optional), und
> dann mit einem Komparator einen 1.Ordnung sigma delta gebaut. Ergebniss
> waren 10 bit Auflösung bei 1MHz Abtastrate bei 100MHz abtastrate.

Mit welchem Optokoppler, der ausreichend schnell ist?

von Marian  . (phiarc) Benutzerseite


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Tcf K. schrieb:
> Michael H. schrieb:
>> Ich habe vor längerem mal einen HighSide Sigma Delta mit digitaler
>> Isolation simuliert, das hat von den Ergebnissen richtig gut ausgesehen.
>> Einfach einen OpAmp genommen, um Shunt hochzuverstärken (optional), und
>> dann mit einem Komparator einen 1.Ordnung sigma delta gebaut. Ergebniss
>> waren 10 bit Auflösung bei 1MHz Abtastrate bei 100MHz abtastrate.
>
> Mit welchem Optokoppler, der ausreichend schnell ist?

Sowas macht man doch nicht mit OK...

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