Hallo Zusammen, ich bin auf der Suche nach dem "richtigen" Operationsverstärker für meine Überstromabschaltung. In meiner Brückenschaltung (Synchron Buck mit flotten eGaN FETs) möchte ich, über meinen Shunt (sitzt zwischen Source des lowside FET und DC-) die Spannung messen. Im Falle eines zu hohen Spannungsabfalls (also im Kurzschlussfall) soll das PWM Signal von meinem uC abgeschaltet werden. Dazu soll die Spannung am Shunt zunächst über einen OPV verstärkt werden: Rshunt = 0,015 Ohm , Iabschalt = 25 A -> Ushunt = 0,375 V Der OP (nichtinvertierender Verstärker, die Beschaltung kann ich auch über ein externes Widerstandsnetzwerk vornehmen) soll eine Verstärkung von 8 (Uout = 3V) und lediglich eine Spannungsversorgung von +5V besitzen. Anschließend soll ein Komparator bei den 3 V (hier habe ich mir schon einen Typ empfehlen lassen der zügig schaltet, LT1016) am Ausgang auf low schalten. Zwischen Komparator und uC sitzt dann noch ein digitaler Isolator. Es gibt bereits Fertiganwendungen zur Überstromabschaltung, wie bspws. den INA301. Die Verarbeitungszeit von 1 us halte ich jedoch für zu lang. Ich habe mich bereits bei Linear und TI umgesehen und nach Highspeed Amplifiers geschaut aber bei der Auswahl bin ich mir nicht sicher ob ich den richtigen gewählt habe oder nicht. Meine Kriterien bei der Auswahl des OPs sind: - er muss schnell sein (schnelle Reaktion auf das Eingangssignal, und generell eine schnelle Slewrate besitzen, sodass in wenigen ns der Ausgang von 0...3V hochgeht, wenn ein Fehler eintritt) - die Stromanstiegszeiten sind im einstelligen Nanosekundenbereich, es wäre daher schön, wenn diese hochfrequenten Anteile auch mitverstärkt werden könnten, sodass mein OPV entsprechend schnell reagiert. - Bzgl. Stabilität bin ich mir unsicher: Muss ich mir Gedanken / Sorgen machen, wenn ich ein sehr steilflankiges Eingangssignal habe und der OPV eine zu geringe Bandbreite besitzt? Führt das zu Stabilitätsproblemen oder werden die einfach durch das Tiefpassverhalten des OPVs herausgefiltert? - Eine Versorgungsspannung von 5V und 0V sind wünschenswert - ich benötige nur einen Kanal Kann mir jmd. diebezüglich eine Empfehlung aussprechen? Danke schonmal vorab Ciao Christian
Viel zu kompliziert. Eigentlich schafft das jeder rail to rail. Christian K. schrieb: > - Eine Versorgungsspannung von 5V und 0V sind wünschenswert ??
Durch parasitäre Induktiviät verhält sich ein Shunt im 10 mOhm Bereich alles andere als Ideal. Für eine schnelle Abschaltung muss man das berücksichtigen, sonst reagiert die Abschaltung ggf. zu früh. Der Geschwindigkeit sind damit Grenzen gesetzt. Einen wirklich schneller Anstieg des Stromes hat man nur, wenn der Kurzschluss im Wandler (Induktivität, Diode oder FET) selber auftritt. Sonst begrenzt die Induktivität schon von sich aus die Anstiegsgeschwindigkeit für den Strom. Es ist also die Frage ob da viel Aufwand lohnt. Der OP sollte schon relativ schnell sein bei 8 facher Verstärkung und einem Ziel von vielleicht 10 MHz für die Bandbreite wären das z.B. 80 MHz GBW. Heute bieten die Hersteller dafür Suchfunktionen an. Am unteren Ende muss man ggf. auch noch aufpassen, dass der OP nicht auch noch zu sehr an der unteren Grenze fest klebt - ggf. müsste man ein paar mV Offset dazu geben. Ggf. wäre auch etwas weniger als 8 fache Verstärkung besser. Es könnte ggf. auch ausreichen direkt auf den Komparator zu gehen - ob es mit einer Verstärkung vorweg schneller wird, ist nicht sicher.
Die Sinnhaftigkeit in ns eine Stromabschaltung vorzunehmen mal dahingestellt. Wie willst du das denn mit dem UC machen, jetzt sag nicht über einen interupt mit Latenzen die sicher über einstelligen ns hinausgeht.. Wenn dann das pwm über ein Gate führen... Bei dem Anspruch puhh... Z.b der UC den ich gerade einsetze hat highspeed analog comperatoren ( allerdings nicht ns einstellig) dazu Logik blöcke. Die pwm kann man durch einen logik Block verunden... Ein weitere logic Block würde über den D-FF Ausgang das Gate Signal ausgeben. Dieser Block bekommt dann das comperator Signal und latcht dieses halt, Strom dann aus. Über den comperator Interrupt (ggf. Auch Logik Block int) weiß der UC Bescheid kann Meldung geben und wieder freigeben oder oder... Das Signal vom shunt kann dann auch direkt an den einen Eingang vom analog Comperator vom UC, an den anderen dann deine Schwelle ggf über einen dac Einstellbar.... Okay da war was von trennung, dann mit shunt signal über einen Externen comperator geben und isolieren. Ggf die logic generell extern Aufbauen, und dem Controller isoliert den Status mitteilen... Fürs Wiedereinschalten kommt es wohl nicht auf ns an? Ich denke das pwm gaten und bei Schwellen Überschreitung gelatcht abschalten bis es wieder freigeben wird sollte schon fix gehen können...
Das wird bestimmt eine Schaltung die schnell kaputt geht. Dann hole ich mir das Ding von dem Wertstoffhof, schlachte das aus und baue was vernünftiges draus :) Gruß Thomas
Hallo Zusammen, ich habe lediglich darum gebeten Vorschläge für geeignete Operationsverstärker zu erhalten und möchte wissen ob es Stabilitätsprobleme geben kann. @ Thomas B. : Ok, wenn du der Auffassung bist das rail to rail besser sei: weshalb? @ ; "Einen wirklich schneller Anstieg des Stromes hat man nur, wenn der Kurzschluss im Wandler (Induktivität, Diode oder FET) selber auftritt. Sonst begrenzt die Induktivität schon von sich aus die Anstiegsgeschwindigkeit für den Strom. Es ist also die Frage ob da viel Aufwand lohnt." Ich würde mal sagen: Nope. Ich rede hier von der heißen Schleifen, id vom lowside fet. Dort steigt der Strom stets von Null auf den Wert des Ausgangsstromes an. Die Anstiegsgeschwindigkeit ist eine Funktion der Gate Source Kapazität und des Gatestromes. Wenn du die Induktivität der heißen Schleife meinst, dann liegt die im ein- bis niedrigen zweistelligen nH Bereich. Das begrenzt die Stromanstiegsgeschwindigkeit nicht sonderlich. " Am unteren Ende muss man ggf. auch noch aufpassen, dass der OP nicht auch noch zu sehr an der unteren Grenze fest klebt - ggf. müsste man ein paar mV Offset dazu geben." Das habe ich nicht verstanden - was meinst du mit der unteren Grenze? "Es könnte ggf. auch ausreichen direkt auf den Komparator zu gehen - ob es mit einer Verstärkung vorweg schneller wird, ist nicht sicher." Daran habe ich auch schon gedacht... Aber ist das nicht ein zu kleiner Störabstand? @Florian: "Die Sinnhaftigkeit in ns eine Stromabschaltung vorzunehmen mal dahingestellt." -> Weil? Meine Fets vertragen keine paar us einen Kurzschluss: GS66506T "Wie willst du das denn mit dem UC machen, jetzt sag nicht über einen interupt mit" Es gibt da eine spezielle Funktion, die nennt sich Tripzone. Mein uC schaltet die ePWM Signale am uC innerhalb von 10-15ns ab. Habs heute getestet. Nimm mir das nicht übel, aber deinen Text zu lesen fällt mir alles andere als leicht. Ich steig da nicht durch, durch das WirrWarr. Konkrete OPV Verschläge würde ich sehr begrüßen - wie gesagt, aus dem Sammelsurium von OPVs steige ich nicht so recht durch. Ich werde trotzdem weiter suchen und euch auf dem laufenden halten. Euch einen schönen Abend Ciao Christian
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Es hat wenig Zweck, einen OPV herauszusuchen, dessen Spezifikation noch zu diskutieren wäre. Bei festgelegten Spezifikationen gehst Du auf die Seite von Digikey und bemühst die parametrische Suche. Ansonsten scheint mir Dein Ansatz ziemlich praxisfremd. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass Reaktionszeiten im ns-Bereich kaum sinnvoll sind. Und dass die Stromrate allein eine Frage von gate-Kapazität und gateStrom sei, vernachlässigt völlig die kapazitiven Umladeströme, die über dem (induktionsbehafteten!) shunt nette Spannungsspitzen erzeugen, worauf die superschnelle Überstromabschaltung sofort nach dem Einschalten anspricht....
Nachtrag: Google mal nach "leading edge blanking" (LEB)
Christian K. schrieb: > Es gibt da eine spezielle Funktion, die nennt sich Tripzone. Mein uC > schaltet die ePWM Signale am uC innerhalb von 10-15ns ab. Habs heute > getestet. Jup das wäre dann ja gute Voraussetzungen. > Nimm mir das nicht übel, aber deinen Text zu lesen fällt mir alles > andere als leicht. Ich steig da nicht durch, durch das WirrWarr. Ach egal, war auch etwas wirr und tut dann eh nix mehr zu Sache... > Konkrete OPV Verschläge würde ich sehr begrüßen - wie gesagt, aus dem > Sammelsurium von OPVs steige ich nicht so recht durch. Ich werde > trotzdem weiter suchen und euch auf dem laufenden halten. warum nicht direkt einen komperator ohne erst noch zu verstärken, irgend ein besonderen Grund dafür.
voltwide schrieb: > Die über dem (induktionsbehafteten!) shunt nette > Spannungsspitzen erzeugen, worauf die superschnelle Überstromabschaltung > sofort nach dem Einschalten anspricht.... RC Glied parallel zum shunt.
Christian K. schrieb: > Aber ist das nicht ein zu kleiner Störabstand? Wie meinst Du das? Dein Komparator schaltet bei 3V genauso zuverlässig wie bei 0.3V. Ein OP dazwischen ist so unnötig wie ein Kropf. Der OP vergrößert den Fehler eher als dass er ihn mindert.
Moin moin, "Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass Reaktionszeiten im ns-Bereich kaum sinnvoll sind. Und dass die Stromrate allein eine Frage von gate-Kapazität und gateStrom sei, vernachlässigt völlig die kapazitiven Umladeströme, die über dem (induktionsbehafteten!) shunt nette Spannungsspitzen erzeugen, worauf die superschnelle Überstromabschaltung sofort nach dem Einschalten anspricht...." Ich verwende einen Koaxialshunt, dessen Beinchen ich so kurz wie möglich ausführe. Ich rechne dennoch mit 1cm an zusätzlicher Leitungslänge und demzufolge auch Induktivität. Du sagst diese Methode sei praxisfremd. Ich habe sie ehrlich gesagt bei TI gefunden: http://www.ti.com/lit/ml/slob091/slob091.pdf Dort ist das Beispiel beschrieben mit einem OPV und einem Komparator. Für den Fall das aufrund der Induktvität und des hohen di/dt mein Komparator bereits nach dem ersten Mal einschalten auslösen sollte, dann kann die Schaltschwelle des Komparators ja angepasst werden. Die Ausblendeschaltung verändert ja auch die Stromform aufgrund des RC Gliedes. Das möchte ich vermeiden, da ich mit dem Shunt auch den realen Strom sehen möchte. Warum ich das so flott haben möchte ist wie gesagt die Tatsache, dass mein FET, im Falle eines Kurzschlusses, nur eine 1us (laut SOA) überlebt. Es muss daher flott gehen. Ich werde es jetzt erst einmal nur mit einem Komparator durchsimulieren. Bis später Christian
Christian K. schrieb: > Dort ist das Beispiel beschrieben mit einem OPV und einem Komparator. Dort geht es darum, den Spannungsabfall nach gnd zu transformieren. Nicht primär um Verstärkung.
Achim S. schrieb: > Christian K. schrieb: >> Dort ist das Beispiel beschrieben mit einem OPV und einem Komparator. > > Dort geht es darum, den Spannungsabfall nach gnd zu transformieren. > Nicht primär um Verstärkung. Außerdem ist die dort genannte Ansprechzeit von 10µs merklich zu lang für das Vorhaben des TO.
Du benötigst eine effektive Messbandbreite am Shunt von ca. 100MHz. Nehmen wir mal an, der Shunt macht 100mV an der Stromgrenze. Du benötigst 3V am OPamp Ausgang zum Abschalten. Macht eine GBW von 3GHz für den OPamp. zuzüglich muß er single Supply (Eingangs common mode Bereich einschließlich GND) sein.
Vorsicht mit dem LT1016. Der Comparator ist so schnell und empfindlich das er bei nicht idealer Schaltung ganz gerne mal spontan im zweistelligen Mhz Bereich schwingt. Das ist kein Bauteil, welches man einfach mal so irgendwie reinbastelt.
Christian K. schrieb: > Es muss daher flott gehen. > > Ich werde es jetzt erst einmal nur mit einem Komparator durchsimulieren. Die grundlegende Frage ist hierbei: Wie groß die die Stromspitze durch Kapazitätsumladung innerhalb der 1us und wie unterscheide ich die von einem gefährlichen Überlaststrom.
Nimm mal als PraxisBeispiel die Überstrombegrenzung in heutigen Class-D-Verstärkern, z.B. von TI. Diese funktionieren lt Datenblatt nur, wenn im Ausgangskreis eine Mindestinduktivität eingefügt ist. Deren Aufgabe ist die Begrenzung der Stromrate auf einen gesunden Wert, so dass die Überstrombegrenzung ein gewisse LEB-Zeit hat zum verzögerten Ansprechen. Warum wohl? weil die "beliebig schnelle" Lösung im Beisein der kapazitiven Stromspitzen nicht praktikabel ist.
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