Hallo zusammen,
kurze theoretische Frage zu Stromspiegeln. In den üblichen Schaltungen
dazu ist ja immer der gleiche Massebezug gegeben, siehe z.B. im Anhang.
Das ist ja auch logisch, da sich sonst nicht die gleiche U_BE-Spannung
einstellen kann.
Was aber, wenn man einen "echten" Stromspiegel möchte, welcher wirklich
nur vom Strom durch die Transistoren abhängt?
Konkret geht es um einen Fall, bei welchem ein kleiner Strom von ~ 1 mA
durch einen High-Side-N-FET (200 V zu GND) eingestellt wird und als
Logiksignal (3.3 V zu GND) detektiert werden soll.
Eine Schaltung mit Optokoppler funktioniert soweit gut, braucht für
meinen Geschmack aber einfach zu viel Strom. Bei 1 mA und 200 V
entstehen 200 mW Verlust, was Grenzwertig ist...
Der Gedanke war nun, dass dieser bzw. auch ein kleinerer Strom durch
einen Transistor (Bipolar oder MOSFET) parallel zum High-Side-FET
fliest. Dieser Strom soll dann in einen weiteren Transistor gespiegelt
werden, welcher letztendlich das 3.3 V Logiksignal ausgibt. Noch bin ich
hier aber auf keine vernünftige Lösung gekommen ... oder ich denke zu
kompliziert ;) Im Anhang ein schematischer Aufbau zur besseren
Veranschaulichung
Gleich vorweg: Jegliche Schaltung zur Messung der Spannung über den
High-Side-FET kann nicht verwendet werden, z.B. Current-Shunt-Monitor,
Komparator, Differenzverstärker etc.
Schöne Grüße
Chris schrieb:> siehe z.B. im Anhang
Die Schaltung ist Unsinn.
Ein Stromspiegdl geht so:
1
Strom
2
| Laststrom
3
+---+ |
4
| | |
5
>|--+--|< NPN-Pair
6
E| |E
7
GND GND
Er funktioniert nur monolithisch auf einem Chip, weil der Transistor mit
grösserer UCE wärmer wird und daher das Stromverhältnis zu sich zieht.
Mit Widerständen in der Emitterleitung wird es besser:
1
Strom
2
| Laststrom
3
+---+ |
4
| | |
5
>|--+--|< NPN-Psor
6
E| |E
7
R R (z.B. 1V bei Nennstrom)
8
| |
9
GND GND
Natürlich kann man das mit PNP auch umdrehen
1
VCC VCC
2
E| |E
3
Strom >|--+--|< PNP-Pair
4
| | | |
5
+---+ +---+ |
6
| | | Stromquelle
7
>|--+--|< NPN-Pair
8
E| |E
9
GND GND
Leider gibt es keine monolithischen Paare mehr, MAT02 (0.05mV),
MAT01/LM194 (or 0.1mV), LM394BH SSM2210/20 (0.2mV), MAT03 MAT04
HFA3127/3134/3135 CA3046/3083/3083/3096/3127 (Intersil) 2SC3381 THAT120
THAT300 ALD1110 MEM517=SMY52 (P) LS3550, LS318, LS319, IT129A, IT132,
2SA1349/2SC3381 sind verboten teuer oder unobtanium.
BCM847 PMP4201 DMMT3904 etc.
sind nicht monolithisch.
MaWin schrieb:> Die Schaltung ist Unsinn.>> Ein Stromspiegdl geht so:
Das ist mir schon klar, wie ein Stromspiegel geht, daher hatte ich ja
auch extra geschrieben dass es nur ein *schematischer Aufbau zur
besseren
Veranschaulichung* ist.
Die abweichenden Ströme wären in diesem Fall tatsächlich nicht das
Problem, da ohnehin nur zwischen zwei Fällen unterschieden wird
- Kein Strom fliest -> Pull-Up Widerstand zieht Ausgang auf High
- Strom fliest (z.B. 0.1 - 1 mA) -> Signal wird von Transistor auf GND
gezogen und ist dann Low
Die letzte Idee mit der Kombination aus PNP und NPN finde ich aber
interessant. Zwar fällt in dem "mittleren Pfad" mit PNP und NPN in Reihe
auch Verlustleistung durch die direkten 200 V an, allerdings wird das
durch einen kleinen Strom weniger sein.
Olaf schrieb:> BCV62? Jedenfalls steht das Stromspiegel als anwendung im Datenblatt.
Nein, auch 2 Chips in einem Gehäuse, die sich unterschiedlich erwärmen,
zumindest unterschiedlicher als wenn sie auf einem Kristall ineinander
verwoben wären.
Falls es noch keiner gemerkt hat, er will gar keinen Stromspiegel,
sondern nur die 200V erkennen:
Chris schrieb:> Die abweichenden Ströme wären in diesem Fall tatsächlich nicht das> Problem, da ohnehin nur zwischen zwei Fällen unterschieden wird> - Kein Strom fliest -> Pull-Up Widerstand zieht Ausgang auf High> - Strom fliest (z.B. 0.1 - 1 mA)
Ein einfacher Spannungsteiler reicht also.
Peter D. schrieb:> Falls es noch keiner gemerkt hat, er will gar keinen Stromspiegel,> sondern nur die 200V erkennen:
Wenn man alle Diskussionen über Stromspiegel mal überliest, dann hätte
ich es so interpretiert, dass er einen Stromfluss von 1mA erkennen will:
Chris schrieb:> Konkret geht es um einen Fall, bei welchem ein kleiner Strom von ~ 1 mA> durch einen High-Side-N-FET (200 V zu GND) eingestellt wird und als> Logiksignal (3.3 V zu GND) detektiert werden soll.
Hier kam der (unnötige) Ansatz mit dem Stromspiegel rein:
Chris schrieb:> Der Gedanke war nun, dass dieser bzw. auch ein kleinerer Strom durch> einen Transistor (Bipolar oder MOSFET) parallel zum High-Side-FET> fliest.
Wenn es wirklich so sein sollte, dass ein Strom durch die Last von 1mA
digital detektiert werden soll, dann wäre es mehr als naheliegend, den
Laststrom durch die Eingangsseite eines passenden Optokopplers zu
schicken (dem 1mA sicher ausreichen). Es müsste also nur der Optokoppler
in Serie zur Last geschaltet werden. Die 1,5V Spannungsabfall sollten
bein den insgesamt 200V zu verkraften sein.
Wenn es stattdessen so ist, dass einwesentlich größerer Strom durch die
Last fließt (danach sieht die Simu im Eröffnungsthread aus, aber es
passt aus meiner Sicht nicht zum Text im Eröffnungsthread), dann bin ich
bei Peter: Spannungsteiler parallel zu Last und gut ist es.
Peter S. schrieb:> Der ZDS1009TA tut genau das was Du haben möchtest:
Aber nur fast, der verträgt keine 200 Volt.
Peter D. schrieb:> Falls es noch keiner gemerkt hat, er will gar keinen Stromspiegel,> sondern nur die 200V erkennen:Achim S. schrieb:> Wenn man alle Diskussionen über Stromspiegel mal überliest, dann hätte> ich es so interpretiert, dass er einen Stromfluss von 1mA erkennen will:
Für kleine Ströme würde ich die digitale Entscheidung "nach oben"
verlegen und die 200 Volt mit einem Optokoppler überbrücken. Das braucht
nämlich gleich 3 interessante Bauteile in einer so simplen Schaltung ;)
Damit kommt man mit weniger als 10mW aus und braucht (fast) keine
Hilfsspannung, man nutzt den Strom, der sowieso fließt. Die Stromquelle
muss nur ein paar Volt mehr liefern.
Die Schaltschwelle bei 0.1mA ist sogar ziemlich genau, NCP301 und TVS
brauchen zusammen weniger als 2uA. Für höhere Ströme als 5mA muss der
HCPL durch einen HCPL2731 ersetzt werden, für mehr als 20mA taugt das
Prinzip nicht (der gesamte Strom fließt durch die Optokopplerdiode). Der
maximale Spannungsabfall lässt sich noch verringern, wenn man eine
bessere TVS-Diode findet. Den NCP301 gibt es auch mit 2.7V und evt.
schaltet der FET sogar mit 2.2V.
Achim S. schrieb:> Peter D. schrieb:>> Falls es noch keiner gemerkt hat, er will gar keinen Stromspiegel,>> sondern nur die 200V erkennen>> Wenn man alle Diskussionen über Stromspiegel mal überliest, dann hätte> ich es so interpretiert, dass er einen Stromfluss von 1mA erkennen will
Vielleicht, vielleicht auch nicht. Kurz darauf schreibt er dann, daß ihm
1mA eigentlich zu viel sind. Seine Problembeschreibung ist so dermaßen
unbrauchbar, daß ich gar nicht erst versucht habe, eine Lösung zu
finden. Wenn er noch nicht mal sein Problem beschreiben kann ...
Für Ratespielchen ist mir meine Zeit zu schade.
Axel S. schrieb:> Vielleicht, vielleicht auch nicht. Kurz darauf schreibt er dann, daß ihm> 1mA eigentlich zu viel sind.
Die Beschreibung ist auch für mich nicht ganz eindeutig. Der Text liest
sich für mich eigentlich schon klar, aber die angedachten Lösungen und
der Schaltplanentwurf passen nicht wirklich zu dem, was ich im Text als
eigentliche Problemstellung verstehe.
Dass 1mA "zu viel" sein soll bezieht sich nach meiner Interpretation
wohl darauf, dass nicht der Laststrom direkt durch den Optokoppler
geleitet werdnen soll sondern dass der nochmal gespiegelt werden soll um
den OK anzusteuern. Dann hat man tatsächlich zusätzliche 200mW
Verlustleistung.
Chris schrieb:> Bei 1 mA und 200 V> entstehen 200 mW Verlust, was Grenzwertig ist...
Aber wenn man mit dem Laststrom direkt den Optokoppler ansteuert (also
OK und Last in Serie), dann liegt die Verlustleistung bei vielleicht
1mA*1,5V=1,5mW. Deswegen fände ich das die sehr naheliegende Lösung für
das eigentliche Problem.
Achim S. schrieb:> Die Beschreibung ist auch für mich nicht ganz eindeutig.Peter D. schrieb:> Ein einfacher Spannungsteiler reicht also.
Ok ok, mein Fehler. Ich hatte zwei kleine Details im Schaltplan
vergessen, weshalb es eben nicht möglich ist, einfach nur einen
Spannungsteiler zu verwenden. An Source vom FET (M1) liegt dauerhaft
über einen hochohmigen Widerstand die Drain Spannung an. Das wird für
Mess- und Diagnosezwecke benötigt. Der Laststrom beträgt zudem
üblicherweise 5 - 30 A, daher ist Optokoppler in Reihe nicht einfach so
möglich ;)
Durch einen erzwungenen Strom von Drain nach Source (egal ob über den
Last-FET oder den parallel dazu geschalteten Optokoppler) wird der
tatsächliche Zustand vom FET erkannt (leitend oder nicht leitend).
Mit dem letzten Schaltplanbeispiel von MaWin war mir aber bereits sehr
geholfen. Durch die Kombination eines Stromspiegels mit PNP parallel zum
FET (quasi High-Side) und einem weiteren mit NPN auf GND (quasi Lowside)
funktionier es wie gewünscht.
Chris schrieb:> funktionier es wie gewünscht.
Na wenn Du das sagst.
Ich kann aus Deiner Prosa immer noch nicht erkennen, welchen Strom Du
eigentlich spiegeln willst und warum.
Peter D. schrieb:> Ich kann aus Deiner Prosa immer noch nicht erkennen, welchen Strom Du> eigentlich spiegeln willst und warum.
Ich möchte den Strom spiegeln, welche meine Konstantstromquelle erzeugt.
Das Ziel der Schaltung ist einfach, den tatsächlichen Zustand vom FET zu
erkennen. Dabei soll nicht die Gate-Spannung genutzt werden. Zudem kann
man die Drain-Source-Spannung auch nicht verwenden, da am Source eine
Spannung anliegen kann, ohne dass der FET leitend ist.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Die "Magic" Blase gefällt mir. Sieht Lustig aus.>> Kann man die als irgendwo kaufen, womöglich als Arduino Shield?
MS Paint ;)
Chris schrieb:> Zudem kann> man die Drain-Source-Spannung auch nicht verwenden, da am Source eine> Spannung anliegen kann, ohne dass der FET leitend ist.
Dann legste eben noch ne Z-Diode in Reihe zum Spannungsteiler, daß erst
High-Pegel rauskommt, wenn der FET voll leitend ist. Oder nen Komparator
(TL331) hinter den Spannungsteiler.
Peter D. schrieb:> Dann legste eben noch ne Z-Diode in Reihe zum Spannungsteiler, daß erst> High-Pegel rauskommt, wenn der FET voll leitend ist. Oder nen Komparator> (TL331) hinter den Spannungsteiler.
Aber was soll das bringen? Im nicht leitenden Zustand kann an Drain und
Source vom Last-FET die gleiche Spannung anliegen. Im leitenden Zustand
liegt an Drain und Source auch eine fast identische Spannung an
(abzügliche Spannungsabfall bei größeren Lastströmen). Fliest kein
Strom, fällt auch keine Spannung ab, kann man also auch nicht
detektieren. Oder sehe ich das falsch?
Die reine Source-GND-Spannung ist nicht eindeutig verwendbar zur
Auswertung
Chris schrieb:> Im nicht leitenden Zustand kann an Drain und> Source vom Last-FET die gleiche Spannung anliegen.
Wenn sich die Spannung nicht ändert, kann sich auch der Strom nicht
ändern.
Entweder es funktioniert nicht oder irgendwas verschweigst Du.
Welchen Zustand willst Du denn damit erkennen?
Chris schrieb:> Peter D. schrieb:>> Ich kann aus Deiner Prosa immer noch nicht erkennen, welchen Strom Du>> eigentlich spiegeln willst und warum.>> Ich möchte den Strom spiegeln, welche meine Konstantstromquelle erzeugt.
Nein.
Und welche Konstantstromquelle eigentlich? Bis jetzt hast du nichts
davon gesagt und es sind wohl alle davon ausgegangen, daß der MOSFET als
Schalter betrieben wird.
> Das Ziel der Schaltung ist einfach, den tatsächlichen Zustand vom> FET zu erkennen.
Auch das ist nicht eindeutig. Den Zustand (leitend/hochohmig) kann man
ohnehin nur indirekt feststellen, indem man entweder die Drain-Source
Spannung oder den Drainstrom mißt.
> Zudem kann> man die Drain-Source-Spannung auch nicht verwenden, da am Source eine> Spannung anliegen kann, ohne dass der FET leitend ist.
Weil du den MOSFET hochohmig (wie hochohmig?) überbrückt hast? Aber wenn
du von 5-30A Laststrom sprichst, dann muß die Last doch wohl deutlich
niederohmiger sein. Auch bei 200V und 5A nicht mehr als 40Ω. Da sollte
sich doch ein deutlicher Spannungshub einstellen. Es sei denn, die Last
kann auch abgeklemmt sein. Dann natürlich nicht. Aber davon hast du
bisher nichts gesagt. Siehe auch:
Axel S. schrieb:> Seine Problembeschreibung ist so dermaßen> unbrauchbar, daß ich gar nicht erst versucht habe, eine Lösung zu> finden. Wenn er noch nicht mal sein Problem beschreiben kann ...
Ist es echt so schwer, einfach mal das Problem zu beschreiben?
Axel S. schrieb:> Und welche Konstantstromquelle eigentlich? Bis jetzt hast du nichts> davon gesagt und es sind wohl alle davon ausgegangen, daß der MOSFET als> Schalter betrieben wird.
Siehe Bild im ersten Eröffnungs-Post
Axel S. schrieb:>> Das Ziel der Schaltung ist einfach, den tatsächlichen Zustand vom>> FET zu erkennen.>> Auch das ist nicht eindeutig.
Wäre das eindeutig: "Das Ziel der Schaltung ist einfach, den
tatsächlichen Zustand von der Drain-Source-Strecke des FET
(leitend/nicht leitend) zu erkennen."
Axel S. schrieb:> Auch bei 200V und 5A nicht mehr als 40Ω. Da sollte> sich doch ein deutlicher Spannungshub einstellen. Es sei denn, die Last> kann auch abgeklemmt sein. Dann natürlich nicht. Aber davon hast du> bisher nichts gesagt.
Siehe auch hier das Bild, sind als Last 7 Ohm eingezeichnet, welche aber
durchaus schwanken können.
Abgeklemmt kann die Last eigentlich nicht sein, aber fehlerhaft. Das
kann dann eben dazu führen, dass diese nicht mehr oder schlechter
angebunden ist.
Chris schrieb:> Im nicht leitenden Zustand kann an Drain und> Source vom Last-FET die gleiche Spannung anliegen.
Mir ist ein Rätsel, woher die 200V am Source von M1 kommen sollen, wenn
M1 sperrt.
Zeichne mal nen stimmenden Schaltplan ohne Wolken.
