Hallo! Ich möchte eine Stromquelle für "High-Power-LEDs" aufbauen. Das Ganze soll in einen Versuchsaufbau integriert werden, aus verschiedenen Gründen möchte ich deshalb keine PWM sondern einen linearen Treiber verwenden. Strom sollte das System bis max. 1A (dauer) liefern können. Ich habe mich zunächst mal an Standardbeispielen orientiert, wie im Anhang gezeigt. Das Beispiel stammt aus dieser App-Note: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an-968.pdf Da hier der FET direkt vom OpAmp getrieben wird, frage ich mich, wie schnell das System tatsächlich schalten könnte. Ich würde grob geschätzt eine Grenzfrequenz von ca. 10 kHz anstreben, sodass ein Rechteck mit 1 kHz noch halbwegs rechteckig bleibt. Ich habe folgendermaßen gerechnet und wüsste gerne, was alles falsch daran ist ... ;-) Ein potentieller FET wie zB IRF640 hat laut Datenblatt eine Gateladung von 70nC, die der OpAmp umladen muss. Der OpAmp liefert bis 30 mA. Schlicht und einfach gerechnet könnten die 70 nC bei 30 mA in t = Q/I = 70e-9C/30e-6A = 2.3e-6 sec bewegt werden. Diese Zeit entspricht einer Grenzfrequenz von fc = 1/(2pi*tau) = 6.82e4 Hz = 68.2 kHz Damit wäre ich ein gutes Stück schneller als gewünscht und der Aufbau würde so (ohne extra Treiber für den FET) seinen Zweck erfüllen. Was habe ich alles nicht bedacht :-) Danke für alle Hinweise!
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10kHz ist keine grosse Herausforderung, aber ich würde wegen der geringeren Kapazitäten einen Bipolartransistor bevorzugen. Je nachdem, wie genau die Geschichte sein muss, und wenn der Wirkungsgrad keine Rolle spielt, genügt auch ein simpler als Konstanstromquelle beschalteter Transistor, und die Modulation erfogt über einen zweiten Transistor, der die LED kurzschliesst.
Lux schrieb: > Was habe ich alles nicht bedacht :-) Z.B. dass manche LED merkliche Nachleuchtdauern haben.
Danke für die Antwort! nachtmix schrieb: > 10kHz ist keine grosse Herausforderung, aber ich würde wegen der > geringeren Kapazitäten einen Bipolartransistor bevorzugen. Hatte ich auch kurz überlegt, man könnte ja auch einen Darlington-Typ nehmen. Ich war beim FET geblieben, weil (meinem Eindruck nach) die meisten neueren Schaltungsbeispiele einen FET verwenden. Ich kann nicht wirklich beurteilen, was die Vorteile sind ... nachtmix schrieb: > Je nachdem, wie genau die Geschichte sein muss, und wenn der > Wirkungsgrad keine Rolle spielt, genügt auch ein simpler als > Konstanstromquelle beschalteter Transistor, und die Modulation erfogt > über einen zweiten Transistor, der die LED kurzschliesst. es sollte schon so linear wie möglich sein (auch wenn mir schon klar ist, dass die LED selbst nicht ganz linear antwortet), insofern ist mir der OpAmp sympthatischer. nachtmix schrieb: > Z.B. dass manche LED merkliche Nachleuchtdauern haben. Es ist nicht immer einfach dazu etwas aus dem Datenblatt zu erfahren. Ich habe mir allerdings gedacht(ohne das mal wirklich abgeklärt zu haben), dass sowas wie Nachleuchten eigentlich nur bei LEDs auftreten kann, die in irgendeiner Weise noch eine phosphoreszierende Emission haben ("weiße" LEDs).
Lux schrieb: > aus verschiedenen > Gründen möchte ich deshalb keine PWM sondern einen linearen Treiber Du hast gesehen, daß der Regel-OPV eine Mitkopplung hat? Er ist also ein Schmitt-Trigger, kein linearer Verstärker.
Lux schrieb: > Was habe ich alles nicht bedacht :-) Z.B., daß Du Dir über die Grenzfrequenz gar keine Gedanken machen brauchst: Lux schrieb: > möchte ich deshalb keine PWM sondern einen linearen Treiber > verwenden. Oder doch lieber PWM? Oder willst Du Dir nur alle Optionen offen lassen? Lux schrieb: > Diese Zeit entspricht einer Grenzfrequenz von > fc = 1/(2pi*tau) = 6.82e4 Hz = 68.2 kHz Bei der Frequenz würde der Mosfet nicht mehr schalten, sondern nur noch schwingen. Bei 1kHz sollte es aber noch zum Schalten reichen. Bei einem Ampere würde, je nach Verlustleistung, auch ein kleinerer Mosfet reichen.
ArnoR schrieb: > Du hast gesehen, daß der Regel-OPV eine Mitkopplung hat? Er ist also ein > Schmitt-Trigger, kein linearer Verstärker. Du bist im Irrtum. Im Gegenkoppelzweig wird die Spannung verstärkt, was die sehr geringe Mitkopplung mehr als ausgleicht.
ArnoR schrieb: > Du hast gesehen, daß der Regel-OPV eine Mitkopplung hat? Er ist also ein > Schmitt-Trigger, kein linearer Verstärker. Du meinst die 10MOhm? Die habe ich zwar nicht ganz verstanden, aber mal als im Prinzip nicht vorhanden eingestuft ... Kannst Du mir die erklären. Sven S. schrieb: > Lux schrieb: >> Was habe ich alles nicht bedacht :-) > > Z.B., daß Du Dir über die Grenzfrequenz gar keine Gedanken machen > brauchst: > > Lux schrieb: >> möchte ich deshalb keine PWM sondern einen linearen Treiber >> verwenden. > > Oder doch lieber PWM? > Oder willst Du Dir nur alle Optionen offen lassen? > > Lux schrieb: >> Diese Zeit entspricht einer Grenzfrequenz von >> fc = 1/(2pi*tau) = 6.82e4 Hz = 68.2 kHz > > Bei der Frequenz würde der Mosfet nicht mehr schalten, sondern nur noch > schwingen. Bei 1kHz sollte es aber noch zum Schalten reichen. > Bei einem Ampere würde, je nach Verlustleistung, auch ein kleinerer > Mosfet reichen. Magst Du das noch etwas erläutern? Ich verstehe es so nicht ganz. Falls es verwirrt, dass ich bei 1 kHz "schalten" können möchte, aber doch keine PWM will: dabei geht es vor allem um einen schnellen Einschaltvorgang, dann sollte die LED möglichst sauber mit DC versorgt werden. Warum würde der FET bei der berechneten Grenzfrequenz schwingen? Mir kam es auch etwas schlicht vor, einfach mit dem Kurzschlussstrom des OpAmps zu rechnen, allerdings ist mir auch nicht klar, welche Parameter ich da ansonsten heranziehen kann.
Lux schrieb: > Warum würde der FET bei der berechneten Grenzfrequenz schwingen? Würdest Du die Stromquelle mit dieser Frequenz schalten, käme der Mosfet nicht mehr mit. Im Linearbetrieb schwingt da nix. Lux schrieb: > dabei geht es vor allem um einen schnellen > Einschaltvorgang, Der ist mit Sicherheit gegeben. Lux schrieb: >> Du hast gesehen, daß der Regel-OPV eine Mitkopplung hat? Er ist also ein >> Schmitt-Trigger, kein linearer Verstärker. > > Du meinst die 10MOhm? Die habe ich zwar nicht ganz verstanden, Im dynamischen Betrieb verursacht die Gate-Source Strecke des Mosfet einen Spannungsverlust. Die Mitkopplung gleicht das etwas aus.
Lux schrieb: > habe mir allerdings gedacht(ohne das mal wirklich abgeklärt zu > haben), dass sowas wie Nachleuchten eigentlich nur bei LEDs auftreten > kann, die in irgendeiner Weise noch eine phosphoreszierende Emission > haben ("weiße" LEDs). Diese und manche IR-LED mit hohem Wirkungsgrad, bei denen die Fluoreszenzlebensdauer fast zum Lasen gereicht hätte.
Sven S. schrieb: > Du bist im Irrtum. Im Gegenkoppelzweig wird die Spannung verstärkt, was > die sehr geringe Mitkopplung mehr als ausgleicht. Na wie du meinst. Jeder darf glauben was er will. Die Mitkopplung kann durch die Gegenkopplung nicht "ausgeglichen" werden. Das Ausgangssignal des OPV verändert die "Führungsspannung" am nichtinvertierenden Eingang. Da kann das Signal am invertierenden Eingang nur noch folgen, und genau darauf regelt die ganze Anordnung. Sinn der ganzen Sache ist es wohl, eine kleine positive Offsetspannung zu erzeugen, um zu verhindern, daß der Ausgang der Regel-OPV bei kleinen Eingangsspannungen in die negative Sättigung läuft. Die Offsetspannung des Shuntspannungsverstärkers wird nämlich um den Faktor 20 verstärkt.
Der Verstärker für den Shunt sollte etwas niederohmiger ausgelegt werden. Der AD8610 wäre nicht unbedingt meine erste Wahl für eine 1 A Stromquelle - das darf es auch ein BJT basierter sein, mit weniger Drift. Der MOSFET sollte einiges kleiner sein - für 5 V braucht man keine 200 V Type. Auch in linearen Bereich sollte bei nur 5 V noch ein 50 V Typ ausreichen. Die Rechnung mit der Gate Ladung und dem maximalen Strom des OPs gibt so etwas wie die Slew rate. Die Gate Ladung im linearen Bereich ist wohl noch etwas kleiner als der Wert zum Schalten von 160 V und bis 10 V Gate Spannung. Ob die Schaltung mit den 22 pF noch stabil ist, hängt ggf. vom Aufbau und der parasitären Induktivität des Shunts ab. Je nach MOSFET und Strom muss man bei der Schalung mit dem Verstärker am Shunt mit Überschwingern beim Strom rechnen. Vor der Tendenz her lieber einen größeren Shunt und weniger Verstärkung.
Lurchi schrieb: > Der Verstärker für den Shunt sollte etwas niederohmiger ausgelegt > werden. Der AD8610 wäre nicht unbedingt meine erste Wahl für eine 1 A > Stromquelle - das darf es auch ein BJT basierter sein, mit weniger > Drift. > > Der MOSFET sollte einiges kleiner sein - für 5 V braucht man keine 200 V > Type. Auch in linearen Bereich sollte bei nur 5 V noch ein 50 V Typ > ausreichen. > > Die Rechnung mit der Gate Ladung und dem maximalen Strom des OPs gibt so > etwas wie die Slew rate. Die Gate Ladung im linearen Bereich ist wohl > noch etwas kleiner als der Wert zum Schalten von 160 V und bis 10 V Gate > Spannung. > > Ob die Schaltung mit den 22 pF noch stabil ist, hängt ggf. vom Aufbau > und der parasitären Induktivität des Shunts ab. > > Je nach MOSFET und Strom muss man bei der Schalung mit dem Verstärker am > Shunt mit Überschwingern beim Strom rechnen. Vor der Tendenz her lieber > einen größeren Shunt und weniger Verstärkung. Danke für die Ergänzungen! Ich weiß dass die Frage nach konkreten Bauteilvorschlägen unbeliebt ist, weil sie immer etwas nach Faulheit klingt. Aber ich habe bei der Fülle an möglichen Bauteilen etwas Schwierigkeiten das Passende einzugrenzen. Also: könntest Du (oder jemand anderes) etwas im Sinne Deines Postings vorschlagen? Bauform (THT/SMD) ist egal und solange bei Digikey oder Mouser beschaffbar, ist's auch in Ordnung (muss also nicht Reichelt sein). Beim FET würde ich sonst alternativ vielleicht einfach zum BUZ11 greifen. Spannungmäßig würde ich den Stromausgang allerdings etwas großzügiger auslegen wollen als nur für 5V, weil es nicht ausgeschlossen ist, dass daran auch ein LED-Array mit bis zu knapp 20V Vorwärtsspannung betrieben werden soll. Danke nochmal!
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Lux schrieb: > Also: könntest Du (oder > jemand anderes) etwas im Sinne Deines Postings vorschlagen? Deine ganz oben gezeigte Schaltung ist wohl nicht stabil. Eine AC-Simu mit dem OPV-Model von AD zeigt bei etwa 1MHz eine starke Überhöhung und Phasendrehung von 240°. Die Tran-Simu bestätigt das, die Schaltung schwingt mit knapp 1MHz. Ich schlage mal eine ganz einfache Schaltung mit dem LT1013 und einem IRF510 vor. Die hab ich mal für Hochleistungs-Laserdioden aufgebaut und problemlos betrieben.
ArnoR schrieb: > Deine ganz oben gezeigte Schaltung ist wohl nicht stabil. Eine AC-Simu > mit dem OPV-Model von AD zeigt bei etwa 1MHz eine starke Überhöhung und > Phasendrehung von 240°. Die Tran-Simu bestätigt das, die Schaltung > schwingt mit knapp 1MHz. > > Ich schlage mal eine ganz einfache Schaltung mit dem LT1013 und einem > IRF510 vor. Die hab ich mal für Hochleistungs-Laserdioden aufgebaut und > problemlos betrieben. Danke!
P.S.: die CQX35 ist hier aber nur ein Platzhalter, oder? ;-)
Hallo, > Ich möchte eine Stromquelle für "High-Power-LEDs" aufbauen. Das Ganze > soll in einen Versuchsaufbau integriert werden, aus verschiedenen > Gründen möchte ich deshalb keine PWM sondern einen linearen Treiber > verwenden. [...] > Da hier der FET direkt vom OpAmp getrieben wird, frage ich mich, wie > schnell das System tatsächlich schalten könnte. Ich würde grob geschätzt > eine Grenzfrequenz von ca. 10 kHz anstreben, sodass ein Rechteck mit 1 > kHz noch halbwegs rechteckig bleibt. übelege erst einmal, was Du willst. Wenn Du "schalten können" willst, hört sich das sehr nach PWM an. Dazu brauchst Du einen FET-Treiber. Wenn Du linear treiben willst, solltest Du sagen, was Du eigentlich machen willst. Viele Grüße Michael
Wenn Du wirklich nur 1A schalten (!) willst, dann nimm' einen kleinen MOSFET mit SOT23-Gehäuse oder von mir aus TO220 und betreibe den mit 5V - dasselbe gilt für die OPVs. Ich würde da AD8605 verwenden - reicht völlig aus.
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