Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Low-Drop Strombegrenzer


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von Thomas T. (runout)


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Hallo Gemeinde,

ich bin auf der Suche nach einem Strombegrenzer
der nur ganz wenig "aufträgt"...

Es soll eine Low-Power-Anwendung werden.
Versorgung aus einer 3,6V-Lithium-Primärzelle.
Bei ca. 50-60mA soll die Strombegrenzung dicht machen.

Als Längs-Halbleiter wird wohl nur ein Mosfet in Frage kommen.
Als Spannungsfall sollte max. 0,1 entstehen.
Ich habe den TL431 als Referenz im Auge...

So wenig Bauelemente wie möglich.
(keinen Op-Amp usw.)

Gibt es da eine eierlegende Wollmilch...

Grüße
Runout

von MaWin (Gast)


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Thomas T. schrieb:
> So wenig Bauelemente wie möglich. (keinen Op-Amp

Na dann, viel Spass noch.

Der ZXCT1030 könnte es ja tun, basiert aber natürlich auf einem OpAmp.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Thomas T. schrieb:
> So wenig Bauelemente wie möglich.
> (keinen Op-Amp usw.)

"Wasch mich, aber mach mich nicht nass!"

Solch eine Anforderung aufzustellen, ist doch der größte Unsinn. Aber Du 
willst ja offenbar lieber ein halbes Backblech mit diskreten Bauteilen 
haben, und das nur auf Grund des Verzichts auf Operationsverstärker. 
Natürlich muss man auch bei einem diskreten Aufbau sehr darauf achten, 
keinen Differenzverstärker in "OP-Bauweise" zu realisieren, denn der 
könnte ja auch schon wieder als zu OP-ähnlich durchgehen.

von Developer (Gast)


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von Karl K. (karl2go)


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Thomas T. schrieb:
> Es soll eine Low-Power-Anwendung werden.
> Versorgung aus einer 3,6V-Lithium-Primärzelle.
> Bei ca. 50-60mA soll die Strombegrenzung dicht machen.

LP2951-50 oder -ADJ kann das, wenn 160mA Strombegrenzung auch ok sind. 
Der -50 will je 1µF am Ein- und Ausgang, weniger Außenbeschaltung geht 
kaum.

Du müsstest allerdings mit etwas mehr Dropout je nach Strom rechnen. Und 
75µA Quiescent müssen ok sein.

Ich setze den als Strombegrenzung (5V, 3.3V) und Spannungsversorgung 
(3.3V) für I2C-Bus mit aufsteckbaren Sensoren ein. Funktioniert 
wunderbar.

von Kevin M. (arduinolover)


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Ich werf mal eine Polyfuse in den Raum, Littlefuse hat da z.B. was in 
der Größenordnung. Vielleicht etwas unpräzise aber weniger Bauteile geht 
nun wirklich nicht. Die schaltet halt nicht ab, weiß ja nicht ob das 
eine Anforderung ist.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Karl K. schrieb:
> LP2951-50 oder -ADJ kann das, wenn 160mA Strombegrenzung auch ok sind.

Laut Prinzipschaltbild im Datenblatt enthält das Bauteil einen OP. Das 
ist aber laut TE gänzlich ausgeschlossen, warum auch immer.

von Thomas T. (runout)


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Hallo Zusammen,

danke für die vielen Anregungen.
Der ZXCT1009 (Current-Monitor ) verbraucht wenig Strom.
Eine ZR431L als Limiter..

Eine ideale Diode (LM66100) existiert schon als Verpolschutz,
die hat einen ungenutzten Enable-Eingang der zu Abschalten dienen 
könnte.

Grüße
Runout

von A. S. (achs)


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Thomas T. schrieb:
> Als Längs-Halbleiter wird wohl nur ein Mosfet in Frage kommen.
> Als Spannungsfall sollte max. 0,1 entstehen.

Wann ist die denn dabei das wieder eingefallen?

Thomas T. schrieb:
> Eine ideale Diode (LM66100) existiert schon als Verpolschutz,
> die hat einen ungenutzten Enable-Eingang der zu Abschalten dienen
> könnte.

Ich fürchte nur, der hat dann trotzdem die Transistor-Diodenstrecke, 
schaltet also nicht ab.

Du musst irgendwann ergründen, ob Du eine Strombegrenzung oder 
-Abschaltung möchtest. Falls Abschaltung, wie genau der Wiederanlauf 
sein soll, sonnst hast Du eine Zweipunk-Begrenzung.

: Bearbeitet durch User
von Noy (Gast)


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Geht bei sowas ne Stromregeldiode CRD in Reihe?

von MaWin (Gast)


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Noy schrieb:
> Geht bei sowas ne Stromregeldiode CRD in Reihe?

Als low drop ? You must be kidding.
Die frisst zumindest 2.5V bevor sie regelt.

von Noy (Gast)


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Hab das Low Drop über lesen :-D

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


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Thomas T. schrieb:
> Als Spannungsfall sollte max. 0,1 entstehen.

0,1 Kilovolt wäre sicherlich leicht zu erreichen.
Oder meintest du Meter? Wo fällt die Spannung denn runter?

von Thomas T. (runout)


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Axel S. schrieb:
> 0,1 Kilovolt wäre sicherlich leicht zu erreichen.
> Oder meintest du Meter? Wo fällt die Spannung denn runter?

naheliegenderweise über dem Längszweig...
0,1 Volt wäre korrekt,
(Meter kriegt man in der Berechung schlecht unter)

von Kevin M. (arduinolover)


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Thomas T. schrieb:
> (Meter kriegt man in der Berechung schlecht unter)

Warum, in der Einheit Volt steckt der Meter drin?

von Dieter (Gast)


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Da nimmst Du einen analogen (linearen) Hallsensor. Der Spannungsabfall 
ist dann gegenüber dem MOSFET zu vernachlässigen.

von pcf (Gast)


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Meinst Du vielleicht eine sog. Konstantstrom-Regelung? Das geht nicht
nur mit Linearregler, sondern auch mit Switcher (Strommeß-Shunt incl.
- allerdings auch vielerlei stark analoges und kompliziertes Op-Amp-
Gedöns in so einem Controller-IC, obwohl mich das nicht sehr störte).

von pcf (Gast)


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Nachtrag:

Die meisten Controller würden aber einen Zusatz-OpAmp einfordern, weil
ihr FB Eingang eher 0,2V-1V als Sollwert erwartet - damit allerdings
kann man evtl. noch weit unter 0,1V kommen (was wohl nötig sein würde,
wenn man den strombedingten Spannungsfall an Leistungsschaltern und
R_L in die dynamiche Betrachtung mitaufnimmt und kompensieren will,
um auf insgesamt unter 0,1V für Konstantstrom zu kommen...).


Wozu eigentlich unter 0,1V?

von Thomas T. (runout)


Angehängte Dateien:

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Hallo Zusammen,

die Anforderung war:
ich bin auf der Suche nach einem Strombegrenzer
der nur ganz wenig "aufträgt"...

Die jetzige Schaltung begrenzt auf ca. 60mA und hat nur wenige µA 
Ruhestrom.
Ich bau das ganz mal "in real" auf und hoffe, dass es keine
Seiteneffekte gibt...

Vielleicht gibt es auch noch Optimierungspotential ;-)

Grüße
Runout

: Bearbeitet durch User
von Elliot (Gast)


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Thomas T. schrieb:
> und hoffe, dass es keine Seiteneffekte gibt...

Die Hoffnung hätte ich nicht.

Erstens braucht der ZXCT1009 mindestens 2,5V zur Funktion und da der 
ZR431L 1,24V Referenzspannung hat, ist die minimale Versorgungsspannung 
der Schaltung eben 3,74V. Du setzt aber nur 3,6V an. Das kann gehen oder 
auch nicht, jedenfalls ist das jenseits der Kante und hat keinerlei 
Reserven nach unten.

Zweitens ist die Schaltung eine ziemlich steile Regelschaltung mit 2 
zusätzlichen Tiefpässen (die RC-Filter). Aus dem Bauch heraus würde ich 
sagen: Das ist ein Oszillator.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Elliot schrieb:
> Erstens braucht der ZXCT1009 mindestens 2,5V zur Funktion und da der
> ZR431L 1,24V Referenzspannung hat, ist die minimale Versorgungsspannung
> der Schaltung eben 3,74V. Du setzt aber nur 3,6V an. Das kann gehen oder
> auch nicht, jedenfalls ist das jenseits der Kante und hat keinerlei
> Reserven nach unten.

Das sehe ich genauso. Hinzu kommt auch noch, dass die Ausgangsspannung 
(V_z) des ZD431L nicht wesentlich unter die Spannung an V_ref gezogen 
werden kann, d.h. vielleicht auf 1,0V. Allerdings hat der MOSFET eine 
Thresholdspannung von 0,5V bis 1,0V, d.h. er wird wohl gar nicht sperren 
können, je nach Exemplar, Mondphase, Temperatur.

> Zweitens ist die Schaltung eine ziemlich steile Regelschaltung mit 2
> zusätzlichen Tiefpässen (die RC-Filter). Aus dem Bauch heraus würde ich
> sagen: Das ist ein Oszillator.

Ich sah auch auf Anhieb eine neue Bauweise eines 
RC-Phasenschieberoszillators, allerdings mit Tiefpässen statt 
Hochpässen. Wahrscheinlich schwingt er bloß nicht so gut an wie 
klassische Bauweisen, und man wird auch nicht den geringen Klirrfaktor 
eines gut aufgebauten Wien-Brücken-Oszillators erreichen. Aber 
irgendetwas ist ja immer...

von Wolfgang (Gast)


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Thomas T. schrieb:
> Versorgung aus einer 3,6V-Lithium-Primärzelle.
> Bei ca. 50-60mA soll die Strombegrenzung dicht machen.
>
> Als Längs-Halbleiter wird wohl nur ein Mosfet in Frage kommen.
> Als Spannungsfall sollte max. 0,1 entstehen.

Bevor du dich zu sehr an den 0,1? festbeißt, guck erstmal, welche 
Spannung deine 3,6V-Lithium-Primärzelle bei ca. 50-60mA überhaupt noch 
liefert.

von Gerd E. (robberknight)


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Thomas T. schrieb:
> Bei ca. 50-60mA soll die Strombegrenzung dicht machen.

Woher kommt denn diese Anforderung?

Ist das einfach der normale Strombedarf Deiner Schaltung + ein bischen 
Toleranz nach oben?

Oder beginnt da dann schon irgendein gefährlicher Prozess, vor dem die 
Schaltung, Verdrahtung, Akku oder sonstwas unbedingt geschützt werden 
muss?

Das ist jedenfalls ein ungewöhnlich niedriger Strom für 
Schutzschaltungen. Deswegen findest Du da auch keine oder sehr wenige 
fertige, einfache Lösungen für.

von Runout (Gast)


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Hallo Zusammen,

danke erst Mal für die vielen Hinweise.

Die Batter ist eine LS14500 AA Lithium-Thionylchlorid Zelle.
Die Gesamtschaltung soll nach ATEX zertifiziert werden.

Dort ist u.a. ein SOC, Flash und bisschen Sensorik drauf.
Für den Nachweis sind thermische- und Funkenstromberechnungen gefragt.

Die Schaltung schläft oft und zieht nur ca. 15µA.
Wenn der Flash gelöscht wird (z.B.) braucht braucht die Schaltung
kurzzeitg 20mA.
Den Innenwiderstand der Spannungsquelle pauschal künstlich weich zu 
machen
fällt also als mögliche Lösung aus.

Ein Empfehlung des Zertifiziers war die angesprochene (elektronische) 
Strombegrenzung.
Eine Polyfuse zählt nicht.
Eine Schmelzsicherung erhöht den Sicherheitsfaktor für die 
Berechnungen...

Die Strombegrenzung soll möglich wenig zum Idle-Stromverbrauch beitragen 
(15µA)

Insofern sind die 50-60mA Stromgrenze nicht in Stein gemeißelt
und nur als Fehlerfall zu betrachten.

Viele Grüße
Runout

PS: Die beiden Tiefpässe stammen nicht von mir sondern aus der AN39 von 
Zetex... Und ja: wenn C1 zu groß wird schwingt das Ganze.

von Karl K. (karl2go)


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Runout schrieb:
> Eine Schmelzsicherung erhöht den Sicherheitsfaktor für die
> Berechnungen...

Dann nimm doch eine 63mA Schmelzsicherung. Achte aber auf den Voltage 
Drop bei In, damit sie auch sicher auslöst.

Oder nimm eine elektronische Sicherung. Die ist einfacher als ein 
Limiter zu bauen. Reset im einfachsten Fall durch Entfernen der 
Spannungsquelle.

Irgendwo im Forum geistert eine Schaltung rum, mindestens.

von Noti (Gast)


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Wurde schon erwähnt: der MOSFET wird nicht sperren, da Threshold höher 
als Referenzspannung 1.24V.
Zudem klingt ATEX nach kommerzieller Nutzung: der MOSFET ist NRND.

Deckt sich nicht mit den geforderten 0.1V Spannungsabfall, würde aber 
Strommessung / -begrenzung vereinfachen. Rechne durch: Ruhestromaufnahme 
der 0.1V Schutzschaltung vs. Verluste mit Schaltung > 0.1V.
Hat zwar einen internen OpAmp, wäre aber eine einfache Lösung mit 0.6V 
Referenz: ZXRE060 + 10R Shunt --> 60mA

von Elliot (Gast)


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Runout schrieb:
> Die beiden Tiefpässe stammen nicht von mir sondern aus der AN39 von
> Zetex... Und ja: wenn C1 zu groß wird schwingt das Ganze.

Die Filter sind dort aber nicht in einer geschlossenen Regelschleife 
gezeigt, sondern nur in offenen Geradeausschaltungen.

von Thomas T. (runout)


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Hallo Elliot,

gut aufgepasst ;-)
Aber wie oben schon erwähnt:
Es muss eigentlich nichts geregelt werden.
Die Schaltung kann das Überstromereignis auch "latchen"
und Abschalten bis z.B. die Versorgung getrennt und wieder
angeschlossen wird.

Es gibt von To****a auch eFuses die können alles, gehen aber erst ab 
4,4V los
und sind m.E. Overkill

Grüße
Runout

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Thomas T. schrieb:
> Gibt es da eine eierlegende Wollmilch...

T2 und T3 dienen nur dazu, dass bei schwankender Eingangsspannung der 
Strom durch die Doppel-Diode BAV99 konstant bleibt. Wenn die 
Strombegrenzung nicht so genau sein muss, kann man T2 und T3 auch 
weglassen.
Falls T1 im Kurzschlussfall zu warm wird, kann hier auch ein BC327 
eingesetzt werden.

von Karl K. (karl2go)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> T2 und T3 dienen nur dazu, dass bei schwankender Eingangsspannung...

Was solln das wern? Ein Thermometer?

Die Strombegrenzung ist dann extrem von Ube abhängig, und die ist 
bekanntlich gut temperaturgängig.

Und 0,1V sind damit auch nicht drin, du hast die Uce vergessen die du 
nicht auf Null bekommst.

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