Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Probleme mit "Quick and Dirty" High-Side Strommessung mittels Stromspiegel


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von Harald (Gast)


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Hallo Leute,

ist ist mal wieder so, wie es immer kommt: Man braucht was auf die 
Schnelle und hat keine passenden Teile da :-/

Ich muss auf einen Sonntag einen Strom von ca. 1Adc per Highside 
messen... Ein passender INA168 o.Ä. ist nicht greifbar (weil Sonntag) - 
aber flux eine einen Stromspiegel zusammen Braten geht gerade noch so 
(natürlich sind keine gekoppelte Transistoren in der Grabbelbox - ich 
könnte heulen).

Aber gut, das ganze diskret aufgefrikelt und bei 5V/1A getestet, 1A = 1V 
am Ausgang -> Läuft mit der erwarteten Genauigkeit, ja sogar besser als 
Erwartet mit unter 5mV Abweichung: Ein erstes Juhu

Dann das ganze auf "Zielspannung" gebracht (20-28Vdc) und siehe da, 
Abweichung von 30 - 35%... So ein Mist! Die Abweichung ist instanten da 
und verändert sich auch nicht - ich denke es ist also kein Thermischer 
Drifft (lasse mich aber gerne eines besseren belehren!)

Ja, ich habe keine thermisch gekoppelten Transistoren verwendet (weil 
ich sie genau auf diesem Sonntag nicht da habe, wie auch einen 
"richtigen" Stromsensor) aber wieso klappt es bei 5V, nicht aber bei 
höheren Spannungen?

Im Anhang ist der Schaltplan, wie ich ihn nachträglich simuliert habe, 
Bauteilauswahl 1:1 wie im Aufbau. - Nur tritt da die Abweichung nicht 
auf :-(
Die 2N2907 haben einen hfe von 200 und 203 und die 2N2222 von 172 und 
174. Den habe ich zuvor per DMM ausgemessen um "nahezu" identische zu 
benutzen

Vielen Dank
Harry

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

ich habe gelesen, das es bei einem einfachen Stromspiegel mit 
Bipolartransistoren der Ausgangsstrom von der Ausgangsspannung abhängt. 
Liegt wohl an dem sogenannten Early-Effekt
https://de.wikipedia.org/wiki/Early-Effekt

Vielleicht hilft dir das weiter, für richtige Hilfe fehlen mir die 
Analogschaltungskentnisse (noch).

Gruß Kai

von Harald (Gast)


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Kai S. schrieb:
> ich habe gelesen, das es bei einem einfachen Stromspiegel mit
> Bipolartransistoren der Ausgangsstrom von der Ausgangsspannung abhängt.
> Liegt wohl an dem sogenannten Early-Effekt


Wenn das so ist, wäre das doof :-(

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Der Spannungsabfall am Messwiderstand R2 ist bei 1A deutlich niedriger
als die Ube der Transistoren. Ich schätze, da reichen schon kleinste
Abweichungen in den Transistorparametern, um einen ordentlichen Fehler
im Ergebnis zu erhalten.

Um zu sehen ob tatsächlich die Ungleichheit der Transistoren die Ursache
ist, könntest du jeweils die linken (Q1 und Q4) mit den rechten (Q2 und
Q3) vertauschen. Geht dann der Fehler in die andere Richtung, war das
die Ursache, und du musst besser gepaarte Transistoren suchen. Wenn
nicht, gibt es wohl noch ein anderes Problem.

Hast du denn keinen Opamp zur Hand? Dann könntest du ja einen INA168
nachbauen, was wesentlich genauer sein sollte als der diskret aufgebaute
Stromspiegel.

von Harald (Gast)


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Yalu X. schrieb:
> Hast du denn keinen Opamp zur Hand? Dann könntest du ja einen INA168
> nachbauen, was wesentlich genauer sein sollte als der diskret aufgebaute
> Stromspiegel.

Doch schon, aber wenn ich einen LM358 nehme, der sein Rail nur am 
unteren Ende anfahren kann (einen ganzen R2R habe ich auch nicht da) 
dann müsste ich für den eine höhere Betriebsspannung haben, als die zu 
messende, oder?
Oder wie meinst du das?

von Harald (Gast)


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An soetwas dachte ich gerade.

Nur ist das Messsignal dann auch nicht mehr gegen Masse :-/

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

zum ursprünglichen Schaltbild:

Die 470 Ohm würde ich eher kurz schließen. Der Transistor mit Ucb=0 
braucht schon so 5...15 mA Kollektorstrom. Mit Variation der beiden 
unteren Widerständen könnte man versuchen, eine sinnvolle Einstellung zu 
finden.

mit freundlichem Gruß

von Harald (Gast)


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Naja,

ich könnte die 470 gegen 100 und die 4k7 durch 1k tauschen... Dann hätte 
ich immer noch 1V pro 1 Ampere... Ja, das probiere ich aus!

von Gerd E. (robberknight)


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So könntest Du es machen:

Beitrag "Re: high-side Strommessung low voltage OP?"

Brauchst also nur einen JFET-Op wie TL072 und nen Kleinsignal-FET.

von K.M. (Gast)


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Harald schrieb:
>> Hast du denn keinen Opamp zur Hand? Dann könntest du ja einen INA168
>> nachbauen, was wesentlich genauer sein sollte als der diskret aufgebaute
>> Stromspiegel.
> Doch schon, aber wenn ich einen LM358 nehme, der sein Rail nur am
> unteren Ende anfahren kann....

Versuchs mal mit einem TL072, dessen Commen Mode Range geht
bis V+

D3 stell sicher dass man im zulässigen Spannungsbereich bleibt,
D4 verschiebt den TL072 Ausgang etwas nach unten da er nicht bis V+ 
rankommt.

Wie das ganze sich Real verhält, hab ich nicht ausprobiert.

(Anmerkung: das TL072 Modell von TI ist im gegensatz zu dem von
STM sehr einfach gestrickt und zeigt unterhalb von 100mA grössere
Abweichungen)

von K.M. (Gast)


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Sehe gerade MaWin's fast identische Schaltung.
Er benutz -Ugs eines P-FETs um in den zulässigen TL072 
Ausgangsspannungsbereich zu kommen.

Gerd E. schrieb:
> Beitrag "Re: high-side Strommessung low voltage OP?"

von Christian L. (cyan)


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K.M. schrieb:
> Versuchs mal mit einem TL072, dessen Commen Mode Range geht
> bis V+

Mit der Aussage wäre ich vorsichtig. Laut TI Datenblatt sind die 15V 
beim common mode input voltage range nur typisch und nicht minimal. 
Minimal garantiert sind nur 11V. Die Schaltung kann also - muss aber 
nicht - funktionieren.

von K.M. (Gast)


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Christian L. schrieb:
>> Versuchs mal mit einem TL072, dessen Commen Mode Range geht
>> bis V+
>
> Mit der Aussage wäre ich vorsichtig.

Stimmt, aber was will man machen.
Angesichts des heranrückenden Bastelendes am Sonntag Abend gibt
sich der wild entschlossene Kampfbastler in seiner Not schon mit 
"typischen"
Werten zufrieden und versucht sein Glück.

Harald schrieb:
> ist ist mal wieder so, wie es immer kommt: Man braucht was auf die
> Schnelle und hat keine passenden Teile da :-/
> Ich muss auf einen Sonntag einen Strom von ca. 1Adc per Highside
> messen...

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