Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik KSQ 20W Halogenlampe wirkt strombegrenzend


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von Marius H. (Firma: optoneer) (optoneer)


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Hallo,

ich habe eine KSQ entwickelt, mit der ich eine Halogenlampe (bis 20W) 
betreibe. Die Regelung verhält sich aber nicht so wie erwartet und 
möchte euch mal fragen, ob Ihr eine Idee habt, warum ich das sehe, was 
ich sehe...

Zum Aufbau (siehe Anhang, Ausschnitte aus Schaltplänen)
Ich habe zwei Boards: das Power-Board hat einen Schaltregler 
(TPS54331), bei dem ich die Spannung am Feedback-Pin manipuliere und so 
den Strom regele. Die dafür erzeugte Spannung kommt vom Control-Board 
von einem OPV. Die Lampe ist von V_out -> Shunt_INA -> Lampe -> 
Shunt_OPV -> GND angeschlossen.
Auf dem Control-Board Die Stromregelung macht ein Komparator (OPV: 
MCP604), der die Spannung über Shunt_OPV mit der Spannung eines DACs 
(MCP4922 mit 2,5V Referenzsp.) vergleicht. Zur digitalen Strom- und 
Spannungsmessung kommt ein INA226 zum Einsatz. Mit diesen Infos kann ich 
mittels Atmega328PB die Regelung nachsteuern, falls der Strom aus den 
Grenzen läuft. Oder ich kann Leuchtmittel mit anderen Kenndaten 
betreiben.

Alles ist so ausgelegt, dass ich bis zu 2A bei 20V ausgeben könnte, 
was aber nie gebraucht wird.
Der INA226 gibt mir Strom und Spannung als 16-bit aus. Der MCP4922 ist 
ein 2x-DAC und ist zusammengeschaltet, um theoretisch 24 Bit auszugeben. 
Davon nutze ich aber maximal 20 Bit.

Zum Ergebnis
Schließe ich eine ohmschen Last (10 Ohm) an, dann funktioniert alles wie 
gewünscht. Schließe ich nun eine 12V, 20W (1,67 A) Halogenlampe an, dann 
sehe ich (durch Ändern des DAC-Outputs) ungefähr folgende Kennlinie. Bei 
jedem Schritt ändere ich den DAC-Output so, dass ich etwa 100 mA mehr 
Strom erhalte.

0.848 A,  2.833 V
0.941 A,  3.441 V
1.045 A,  4.157 V
1.137 A,  4.845 V
1.232 A,  5.591 V
1.326 A,  6.382 V
1.417 A,  7.190 V
1.511 A,  8.063 V
1.602 A,  8.957 V <-- ab hier wirds merkwürdig
1.637 A,  9.868 V
1.637 A, 10.847 V
1.637 A, 11.839 V


Ab eingestellten 1,6 A wirkt die Lampe strombegrenzend, aber die 
Spannung steuert weiter aus ...

Ich habe ausgerechnet (Power-B: R3,R4 und Control-B: R11), dass der OPV 
eine Spannung von 2,25 V ausgeben müsste, damit am Schaltregler 
V_FB=0,8V und V_OUT=12V vorliegen. Der OPV kommt also mit VCC=5V noch 
nicht an sein Limit. Den DAC muss ich hingegen fast an sein Limit 
einstellen.
*Ich verstehe einfach nicht, was da ab eingestellten 1,6 A vor sich 
geht.* Der INA226 sagt mir, dass sich der Strom trotz Erhöhung von V_DAC 
kaum ändert, sich die Spannung aber sehr wohl ändert, aber es ist doch 
eine KSQ...

Ich stehe hier auf dem Schlauch und bin für jede Hilfe dankbar, denn ich 
bin auch kein Elektronik-Profi.

Bitte fragt mich nicht, warum ich das ganze mache. Wir betreiben 
Halogenlampen schon lange mit Konstantstrom erfolgreich für optische 
Messaufgaben und diese Schaltung soll die alte analoge Schaltung 
ersetzen.

Gerne nachfragen.

Danke und viele Grüße,
Marius

: Bearbeitet durch User
von stg (Gast)


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Glühlampen sind Kaltleiter, der Widerstand ist nicht konstant.

von Teo D. (teoderix)


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von hinz (Gast)


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Hast du mal das Oszi an die Regelschleife gehängt?

von Marius H. (Firma: optoneer) (optoneer)


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stg schrieb:
> Glühlampen sind Kaltleiter, der Widerstand ist nicht konstant.

Das ist mir auch bewusst. Auch nach 1h Laufzeit ändert sich nichts. Der 
Stromsensor gibt mir konstant den gleichen Wert aus, die Spannung 
variiert etwas. Beim ohmschen Widerstand wackelt der Strom 
erwartungsgemäß.

Aber ich glaube, ich habe meinen Fehler gefunden. Der Stromsensor spuckt 
einfach nicht mehr als die 1.637 A aus. Ich schaue da nochmal drüber.

Soweit, danke. Gruß.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

aber die Zuordnung zwischen Stromsensorausgang und tatsächlichem Strom 
kannst Du leicht ausmessen, oder?


MfG

von Marius H. (Firma: optoneer) (optoneer)


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Hallo,

habe nochmal in den INA226 geschaut und ich habe mich mit dem max. 
Spannung am IN+ zu IN- vertan. Ich bin von 0,8 V ausgegangen und habe 
mich nur auf die Auflösung konzentriert. Aber ... wer lesen kann, ist 
klar im Vorteil ... es sind nur 0,08 V und dann stoße ich ab 1,6 A und 
0,05 Ohm ans Maximum.

Beim Testen mit dem ohmschen Widerstand habe ich auch mehr auf die 
Regelung geschaut, als auf das Maximum, da ich dachte, ich liege immer 
mitten im Arbeitsbereich ... tja, weit gefehlt.

Ich löte mal einen zweiten gleichen Shunt drauf und dann konfiguriere 
ich den INA um und fertig für einen neuen Versuch.

Die ausgegebenen Absolutwerte passten ungefähr, da kommt es sowieso 
nicht so drauf an. Habe es mit den Angaben meines Labornetzteils und dem 
ohmschen Widerstand überschlagen. Schlussendlich, die Regelung sollte 
"nur" besser als 1mA werden. Mal schauen, ob das noch klappt ... sollte 
aber.

Gruß!

von MaWin (Gast)


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Marius H. schrieb:
> Bitte fragt mich nicht, warum ich das ganze mache

Doch.

Du ersetzt die analoge Regelschleife des TPS54331 der bei Annäherung an 
den soll-feedback-Wert langsam
 die Pulsbreite anpasst durch eine digitale an/aus Holzhammerregelung, 
die auch noch in Summe mit der Spannungsregelung wirken soll.

Was erhoffst du dir von dem Kuddelmuddel, das sieht aus wie die üblichen 
verunglückten Labornetzteile von Leuten die Regelungstechnik geschwänzt 
haben.

Marius H. schrieb:
> Wir betreiben Halogenlampen schon lange mit Konstantstrom erfolgreich
> für optische Messaufgaben

Dann frag einfach mal jemanden, der sich mit Regelungstechnik auskennt, 
wie man Regelungen über 2 Parameter richtig macht, und vergiss deine 
ganze Schaltung.

So lange kauft euch einfach ein digital steuerbares Labornetzteil, das 
kostet in der Leistung nicht die Welt.

von MaWin (Gast)


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Marius H. schrieb:
> Der MCP4922 ist ein 2x-DAC und ist zusammengeschaltet, um theoretisch 24
> Bit auszugeben. Davon nutze ich aber maximal 20 Bit.

Noch abstruser. Du hast wirklich alle Grundlagen geschwänzt. 
Schülerbastelniveau.

von Marius H. (Firma: optoneer) (optoneer)


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Hallo MaWin,

danke für deine Beiträge. Leider nicht sehr konstruktiv. Außerdem hast 
du scheinbar nur die Hälfte gelesen.
"Schülerbastelniveau" würde ich das nicht nennen. Vergessen tue ich die 
Schaltung definitiv nicht. In dem letzten Test hat die Schaltung über 6h 
hinweg immerhin auf +/- 0,2 mA geregelt. Zugegeben, nur intern gemessen, 
aber das ist ein guter Start für das Projekt.

Achso, bitte überlies deine Beiträge nochmal hinsichtlich 
Rechtschreibung und Grammatik, ich verstehe dich nicht bei allen 
Details. Weitere Beiträge von dir werde ich ignorieren. Wenn du weiter 
so herablassend bist, dann werde ich deine Beiträge melden.

Gruß und danke an alle anderen!

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Marius ist eine der jungen, aufsteigenden und ambitionierten Fachkräfte, 
die dieses unser Land so dringend benötigt, um mit der Konkurrenz 
Schritt halten zu können. Kleinere hier zu Tage tretende Defizite werden 
sich sicher in zukünftigen Experimentierphasen nicht mehr zeigen.

Ich fand die einleitende Beschreibung des Aufbaus und des Problems 
sorgfältig und umfangreich angefertigt, verglichem mit sonst oft 
gelesenen Fragestellungen.

MfG

von hinz (Gast)


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In der Sache hat MaWin allerdings vollkommen recht.

von Marius H. (Firma: optoneer) (optoneer)


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Hallo zusammen,

also, der kleinere Shunt-Widerstand hat die Problematik für mich gelöst. 
Auch die Kontrolle, ob die ausgegebenen Werte korrekt sind, hat mir 
Sicherheit verschafft. (Danke, Christian)

An alle:

Was ist an dem Aufbau Mist? Und bitte konkrete Punkte, nicht "Regelung 
mit Holzhammer" ... Viele Teile der Schaltung sind aus Datenblättern der 
Hersteller (zB auch das Zusammenschalten der Ausgänge des MCP4922) oder 
aus App-Notes (Regelung des Schaltreglers).

Wenn alle meinen, dass die Schaltung so wie sie ist, Käse ist, wie wird 
es denn richtig gemacht?

Es soll eine "kleine" Platine sein, die den Strom ~1,6 A bis 20V auf 1mA 
konstant hält (VCC = 24V). Zu teuer sollte sie auch nicht sein, max. 100 
EUR. Bin für Vorschläge offen.
Wäre natürlich schön, wenn ich noch zusätzlich ein kleines OLED-Display, 
einen Schrittmotor (SPI/I2C/UART gesteuert, zB TMC2130) und ein paar 
Sensoren anschließen könnte. Außerdem haben wir schlechte Erfahrungen 
mit Potis gemacht (nach wenigen Jahren im 24/7 Betrieb), also lieber 
ohne die Dinger. Wie sieht so eine Lösung - nach euren Vorstellungen - 
denn ungefähr aus?

Danke für alle Anregungen.

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