Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auslegung einer OP-Amp/Mosfet-KSQ


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von jwagn (Gast)


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Hallo,
ich möchte eine Konstantstromquelle bauen, die mit bis zu 30V betreiben 
kann und einstellbare maximal 1250mA ausgibt. Die Einstellung soll per 
Poti erfolgen. Im Forum-Wiki habe ich ein Setup mit OP-Amp LM358 und 
einem Mosfet gesehen und denke, dass dieses sich am besten eignet. Auf 
einem Steckbrett habe ich versucht, die Schaltung zu testen. Bis auf den 
Messwiderstand R1 hatte ich alles zur Hand. Für R1 musste ich 1Ohm 
verwenden. Den Strom stelle ich an Pin 2 mit einem 2.2M-Poti als 
Spannungsteiler ein. Als Mosfet verwende ich bisher einen IRFU310, 
solange ich nichts passendes gefunden habe.

Ich habe die Schaltung unter geringerer Last getestet (28V, max. 160mA) 
und sie scheint zu funktionieren. Der OP-Amp wird aber fast wärmer als 
der Mosfet. Vermutlich soll das auch nicht so sein. Meine Vermutung ist, 
dass R1 jetzt zu groß ist. Liege ich da richtig?

Ich möchte die Schaltung als Prototyp drucken lassen und mit 
SMD-Bausteinen bestücken. Vorher will ich aber wissen, wie ich R1 
richtig dimensioniere und wie ich den Strom auf max. 1250mA begrenze. 
Hat da jemand noch Infos für mich?

Außerdem:
1: Kennt jemand ein LM358-Equivalent, das im SMD-Package erhältlich ist 
und in derselben Schaltung verwendet werden kann?
2: Wo beziehe ich kleine SMD-Messwiderstände am besten und welche 
Genauigkeit ist da notwendig?
3: Welchen Mosfet würdet ihr für die Anwendung empfehlen/ woran erkenne 
ich im Datenblatt, ob er im Linearbetrieb verwendet werden kann?

Liebe Grüße

: Verschoben durch Moderator
von Andrew T. (marsufant)


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jwagn schrieb:
> 1: Kennt jemand ein LM358-Equivalent, das im SMD-Package erhältlich ist
> und in derselben Schaltung verwendet werden kann?

LM2904B

von hinz (Gast)


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jwagn schrieb:
> 1: Kennt jemand ein LM358-Equivalent, das im SMD-Package erhältlich ist
> und in derselben Schaltung verwendet werden kann?

Den gibts nicht nur in DIP-8.

von mkn (Gast)


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Das da bis zu 37,5W Verlustleistung entstehen, je nach Spannung am 
Verbraucher, ist Dir klar?

von Peter D. (peda)


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jwagn schrieb:
> ich möchte eine Konstantstromquelle bauen, die mit bis zu 30V betreiben
> kann und einstellbare maximal 1250mA ausgibt.

D.h. der MOSFET muß bis zu 37,5W verheizen.

jwagn schrieb:
> Ich habe die Schaltung unter geringerer Last getestet (28V, max. 160mA)

Für die 4,5W brauchst Du aber einen Kühlkörper am MOSFET.

von Peter D. (peda)


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jwagn schrieb:
> 1: Kennt jemand ein LM358-Equivalent, das im SMD-Package erhältlich ist

https://de.rs-online.com/web/p/operationsverstarker/0858427/

Beitrag #6650161 wurde vom Autor gelöscht.
von jwagn (Gast)


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mkn schrieb:
> Das da bis zu 37,5W Verlustleistung entstehen, je nach Spannung am
> Verbraucher, ist Dir klar?

Der Verbraucher ist eine LED-Reihenschaltung mit 18V Flussspannung. 
Entschuldigt mein Irrtum, aber die Versorgung geschieht mit 24V anstatt 
30V. Mein heutiger Test hat an einem anderen Verbraucher stattgefunden, 
der mit höherer Spannung versorgt werden sollte. 1250mA sind auch das 
absolut maximal zumutbare für die Leuchtdioden. I.d.R. werden sie eher 
mit deutlich weniger mA betrieben.
Daher denke ich auch, dass sich auch die Verluste im Normalbetrieb in 
Grenzen halten werden.

von Der müde Joe (Gast)


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Mit 0,1 Ohm als Messwiderstand wäre das schon gut.
Ich würde die Messschaltung für 0,1 Volt oder 0,2 Volt auslegen. Dann 
ist der Verlust am Messwiderstand nicht so hoch. Da geht dann ein 
2512-Gehäuse oder kleiner.
Wenn es den Messwiderstand so nicht gibt, kannst du 10 Stück mit 1 Ohm 
parallel schalten.
1 Prozent Genauigkeit reicht völlig aus.

von Andrew T. (marsufant)


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jwagn schrieb:
> LM358 und  einem Mosfet gesehen

Tja, es gibt wohl mehr als eine Schaltung. Las uns raten welche Du 
meinst.

> Für R1 musste ich 1Ohm  verwenden.

1 Ohm 3Watt oder mehr geht.

>  Den Strom stelle ich an Pin 2 mit einem 2.2M-Poti als
> Spannungsteiler ein.

2,2M sind wenig sinnvoll da der hohe  Biasstrom des LM358 da schon 
stört.
10K oder 2,2 k Poti nehmen.

>  Als Mosfet verwende ich bisher einen IRFU310,
> solange ich nichts passendes gefunden habe.

Würde gehen.

>   Der OP-Amp wird aber fast wärmer als
> der Mosfet. Vermutlich soll das auch nicht so sein. Meine Vermutung ist,
> dass R1 jetzt zu groß ist. Liege ich da richtig?

Der 358 ist ein Doppel Verstärker.  Nutzt Du nur einen der beiden?
Dann sollte der zweite gemäß  DaBla (ti.com  358) beschaltet sein.


Poste bitte mal Deine Schaltung hier!

von Harald W. (wilhelms)


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Der müde Joe schrieb:

> Mit 0,1 Ohm als Messwiderstand wäre das schon gut.
> Ich würde die Messschaltung für 0,1 Volt oder 0,2 Volt auslegen.
> Dann ist der Verlust am Messwiderstand nicht so hoch.

Dann braucht man aber auch einen OPV mit niedriger Offsetspannung.
Der "Grossvater" LM358 ist da eher nicht geeignet.

von MaWin (Gast)


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jwagn schrieb:
> Vermutlich soll das auch nicht so sein. Meine Vermutung ist, dass R1
> jetzt zu groß ist. Liege ich da richtig?

Vermutlich schwingt's.

Erst recht, wenn die Verdrahtung nicht sternförmig ausgeführt ist.

Der 100R sollte den OpAmp von der kapazitiven Last des MOSFET Gates 
entkoppeln, aber dazu muss C1 genug bremsen. Vielleicht reicht es nicht.

Überprüfe halt mit einem Oszilloskop und passe ggf. C1 an.

von hinz (Gast)


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jwagn schrieb:
> die Versorgung geschieht mit 24V

Woher kommen die denn?

von Falk B. (falk)


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jwagn schrieb:

> verwenden. Den Strom stelle ich an Pin 2 mit einem 2.2M-Poti als
> Spannungsteiler ein.

Waerum so tierisch hochohmig, das macht nur sinlose Probleme. Nimm mal 
eher 10K oder so.

> Als Mosfet verwende ich bisher einen IRFU310,

Vollkommen daneben. Wozu soll ein 400V, 3,6Ohm MOSFET hier gut sein? Ein 
BUZ11 oder ähnlich ist brauchbarer.

> Ich habe die Schaltung unter geringerer Last getestet (28V, max. 160mA)
> und sie scheint zu funktionieren. Der OP-Amp wird aber fast wärmer als
> der Mosfet. Vermutlich soll das auch nicht so sein.

Der OPV darf maximal lauwarm werden.

> Meine Vermutung ist,
> dass R1 jetzt zu groß ist. Liege ich da richtig?

Nö.

> Ich möchte die Schaltung als Prototyp drucken lassen und mit
> SMD-Bausteinen bestücken. Vorher will ich aber wissen, wie ich R1
> richtig dimensioniere und wie ich den Strom auf max. 1250mA begrenze.

Mit der passenden Dimensionierung und nicht zu großer Steuerspannung.

> 1: Kennt jemand ein LM358-Equivalent, das im SMD-Package erhältlich ist
> und in derselben Schaltung verwendet werden kann?

Den gibt es als SMD.

> 2: Wo beziehe ich kleine SMD-Messwiderstände am besten und welche
> Genauigkeit ist da notwendig?

Keine nennenswerte, denn du stellt ja so oder so nur frei Hand mit einem 
Poti ein.

von Falk B. (falk)


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jwagn schrieb:
> Daher denke ich auch, dass sich auch die Verluste im Normalbetrieb in
> Grenzen halten werden.

Du "denkst" nicht, du glaubt. Das sit das Gegenteil von WISSEN! Das wäre 
aber dringend angeraten. Berechne die maximale Verlustleistung am 
Transistor und pack den auf einen passenden Kühlkörper.

von Falk B. (falk)


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von Klaus R. (klara)


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jwagn schrieb:
> 3: Welchen Mosfet würdet ihr für die Anwendung empfehlen/ woran erkenne
> ich im Datenblatt, ob er im Linearbetrieb verwendet werden kann?

Zur Anspeuerung von LED ist Linearbetrieb nicht erforderlich, sondern 
auch nicht zeitgemäß. Oder willst Du einen Ofen bauen?

Peter D. schrieb:
> jwagn schrieb:
>> ich möchte eine Konstantstromquelle bauen, die mit bis zu 30V betreiben
>> kann und einstellbare maximal 1250mA ausgibt.
>
> D.h. der MOSFET muß bis zu 37,5W verheizen.
>
> jwagn schrieb:
>> Ich habe die Schaltung unter geringerer Last getestet (28V, max. 160mA)
>
> Für die 4,5W brauchst Du aber einen Kühlkörper am MOSFET.

Wie gesagt, tue Dir das nicht an. Der MOSFET wird dabei in der Regel 
noch nicht einmal warm.
mdf Klaus

von Der müde Joe (Gast)


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Excerpt aus dem Artikel von Falk:

https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Ksq_opv_mosfet.png
Dein Poti kommt an den nicht-invertierenden Eingang des OpAmp.

Hier gibt es auch noch etwas dazu:
Beitrag "Konstantstromquelle für Lserdiode"

Das Prinzip kann man mit Microcontroller sehr schön umsetzen, indem man 
die Spannung, die am Strommesswiderstand abfällt, 10fach verstärkt und 
dann dem uC zuführt. Entweder an den Komparator oder ADC.

Viel Erfolg!

von jwagn (Gast)


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hinz schrieb:
> jwagn schrieb:
>> die Versorgung geschieht mit 24V
>
> Woher kommen die denn?
aus dem Schaltnetzteil eine Bearbeitungszentrums (PS2001-2405-0000, 
Hersteller: Beckhoff)

MaWin schrieb:
> Vermutlich schwingt's.

Hab's schon fast vermutet.

Andrew T. schrieb:
> Poste bitte mal Deine Schaltung hier!
Jup. In der Zeichnung ist schlecht ersichtlich, dass das der OP-Amp 2 
Kanäle hat. War mir bisher auch nicht bewusst, dass beide zwingend 
beschaltet sein müssen. Aber Datenblatt richtig lesen hilft natürlich 
:).
Macht dann nicht einer mit nur einem Kanal viel mehr Sinn?

hinz schrieb:
> Den gibts nicht nur in DIP-8.

Ja, gibts auch z.B. in SOIC, aber bekommen hab ich leider nur die DIP-8. 
Daher ja meine Suche nach etwas, das vielleicht einfacher in SO 
erhältlich sind.

von Falk B. (falk)


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jwagn schrieb:
> Andrew T. schrieb:
>> Poste bitte mal Deine Schaltung hier!

AHHHHH! So nicht! Erstens ist RP1 viel zu hochohmig und 2. ist der 
Stellbereich viel zu groß! Du willst nur 0-1V einstellen, nicht 0-24V. 
Also braucht man noch einen Vorwiderstand! Nimm 22k und einen 2K Poti 
und alles wird gut. Außerdem sollte man dem LM358 noch 1uF an seiner 
Versorgung spendieren.

> Ja, gibts auch z.B. in SOIC, aber bekommen hab ich leider nur die DIP-8.
> Daher ja meine Suche nach etwas, das vielleicht einfacher in SO
> erhältlich sind.

So ein Käse. LM358 in SMD gibt es ÜBERALL, vermutlich sogar mitten im 
Winter in Sibirien!

von hinz (Gast)


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jwagn schrieb:
> hinz schrieb:
>> jwagn schrieb:
>>> die Versorgung geschieht mit 24V
>>
>> Woher kommen die denn?
> aus dem Schaltnetzteil eine Bearbeitungszentrums (PS2001-2405-0000,
> Hersteller: Beckhoff)

Dann reicht doch ein Leistungswiderstand, so ca. 5 Ohm.

von jwagn (Gast)


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Der müde Joe schrieb:
> Viel Erfolg!

Vielen Dank!

Klaus R. schrieb:
> Zur Anspeuerung von LED ist Linearbetrieb nicht erforderlich, sondern
> auch nicht zeitgemäß. Oder willst Du einen Ofen bauen?

Das ist das, Was in eurem Artikel zu besagter Konstantstromquelle drin 
steht. Und die hab ich erstmal weitestgehend nachgebastelt. Ich bin kein 
Profi und freue mich, was bei dem Projekt zu lernen. Was wäre denn ein 
alternativer Vorschlag? Step-down?

Falk B. schrieb:
> Du "denkst" nicht, du glaubt. Das sit das Gegenteil von WISSEN! Das wäre
> aber dringend angeraten. Berechne die maximale Verlustleistung am
> Transistor und pack den auf einen passenden Kühlkörper.

Ist mir klar. Aber Wissen fällt auch nicht von Bäumen, sondern kommt 
durch FRAGEN. Genau das mache ich hier.

von Falk B. (falk)


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hinz schrieb:
> Dann reicht doch ein Leistungswiderstand, so ca. 5 Ohm.

Dann ist aber nix mit Stromeinstellung.

von Falk B. (falk)


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jwagn schrieb:
> Das ist das, Was in eurem Artikel zu besagter Konstantstromquelle drin
> steht. Und die hab ich erstmal weitestgehend nachgebastelt. Ich bin kein
> Profi und freue mich, was bei dem Projekt zu lernen. Was wäre denn ein
> alternativer Vorschlag? Step-down?

Sicher. Aber einstellbare Konstantstromquellen mit 24V und 1,2A gibt 
es fertig für wenig Geld zu kaufen.

von hinz (Gast)


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Falk B. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Dann reicht doch ein Leistungswiderstand, so ca. 5 Ohm.
>
> Dann ist aber nix mit Stromeinstellung.

Dann eben sowas:

https://www.reichelt.de/led-trafo-2-30-v-1200-ma-mit-litzen-mw-ldd-1200lw-p185738.html?&nbc=1

von Falk B. (falk)


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BINGO!

von Helmut Hungerland (Gast)


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jwagn schrieb:
> Hab's schon fast vermutet.

Die Eingänge sind in deiner Schaltung vertauscht! Dann schwingt's 
natürlich erst recht (Mitkopplung).

von hinz (Gast)


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Falk B. schrieb:
> BINGO!

Allerdings ist Flackerlicht (PWM) bei rotierenden Maschinen nicht so 
gern gesehen.

von Helge (Gast)


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paar fehler weniger.

von Jens G. (jensig)


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Helge schrieb:
> paar fehler weniger.

Die OPV-Stromversorgung sieht interessant aus ...

von Helge (Gast)


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wenige Mosfet sind für Gatespannungen >20V spezifiziert. wenn überhaupt.

von Hans-jürgen H. (hjherbert) Benutzerseite


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Und jetzt noch zwischen R1 und C1 in die blaue Leitung einen Widerstand 
(100k), damit C1 als Integrator wirken kann. Und in Reihe mit C1 noch 
einen Widerstand, (2,2 kOhm oder ähnlich) damit Du nicht nur einen 
I-Regler sondern einen PI-Regler gebaut hast.
Dann spielst Du mit den Reglerieinstellungen bis der Strom
- nicht mehr schwingt,
- schnell genug einem Sollwertwechsel folgt.
- schnell genug einem Lastwechsel folgt.

Siehe Bild: rechter Teil ist der Stromregler, linker Teil ist der 
Spannungsregler.

von hinz (Gast)


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Nimm sowas:

https://www.ebay.de/itm/Original-XL4015-E1-5A-DC-zu-DC-Step-Down-Modul/114716114671

Und der eine Trimmer wird durch ein Poti ersetzt.

von hinz (Gast)


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hinz schrieb:
> Nimm sowas:
>
> Ebay-Artikel Nr. 114716114671
>
> Und der eine Trimmer wird durch ein Poti ersetzt.

Und hier gibts Infos dazu:

https://www.electroschematics.com/dc-module/

von Bernd K. (bmk)


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Dann stelle ich mal meine Schaltung vor.
Vom Funktionsprinzip vergleichbar mit der Schaltung des TO.

Optimiert mit LTSpice auf geringen Eigenbedarf von 70µA
und sauberes Verhalten in allen Betriebpunkten.
Funktioniert in der Praxis tadellos.

Der Strom ist einstellbar von 100....700mA.
R7 besteht aus 6 x 1 Ohm parallel.
Mit z.B. 9 x 1 Ohm parallel hätte man dann 1A max und 150mA min.

Eine ausführliche Beschreibung zur Anwendung findet sich hier:
https://www.ledstyles.de/index.php?thread/27635-portabler-flutlichtstrahler-2800-lm-hocheffizient-mit-dimmung/

von hinz (Gast)


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von MaWin (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> Dann stelle ich mal meine Schaltung vor

Die arme LED, die erst mal wenn der Akku angeklemmt wird voll einen 
übergebraten bekommt, weil der OpAmp erst mal (langsam gebremst) 
runterregeln muss.

von Falk B. (falk)


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hinz schrieb:
> Hocheffizient und Linearregler passen nicht zusammen.

Naja, rechne doch erstmal den Wirkungsgrad aus. Bei 90% und mehr haben 
es auch Schaltregler schwer, da noch groß was zu reißen. Wenn gleich die 
Beschreibung etwas arg vollmundig ist, kommt es der Realität schon eher 
nah. Denn bei 25V Akkuspannung und ca. 7x3,3V~23V LED Flußspannung hat 
man ca. 92% Wirkungsgrad. Bei sinkender Akkuspannung steigt der sogar 
;-) Im Mittel über die Entladekennlinie kann man schon mit grob 95% 
rechnen.

Wieviel mehr an Akkulaufzeit würde ein SEHR guter Schaltregler mit 
vielleicht 98% Wirkungsgrad hier bringen? 5% mehr? Lohnt sich das?

von Bernd K. (bmk)


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Das ist der Punkt.

Wenn die Versorgungsspannung nur wenig über der Brennspannung liegt, hat 
ein Linearregler seine Daseinsberechtigung und einen guten Wirkungsgrad.

@MaWin
Gut erkannt. War mir auch bewusst.
Eine LM301B wird in der Anwendung mit 50mA betrieben.
Der erlaubte Peak Strom ist mit 300mA angegeben; also Faktor 6.
Laut Simulation wird das aber nicht überschritten.

Der C1 mit 4,7n ist ja dafür verantwortlich und tatsächlich etwas hoch 
gewählt, weil der verwendete MOSFET eine Gate-Kapazität von typ. 9nF hat 
und das Ganze nicht schwingen sollte.

Der IRFB3806 mit Gate-Kapazität 1,1n ist da schon besser und C1 könnte 
auf 1n oder weniger gesenkt werden.

Der IRFB3806 wie auch der CSD18536 ist im SOA Diagramm mit DC Betrieb 
angegeben. Ob das tatsächlich erforderlich ist, weiß ich nicht.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Falk B. schrieb:
> 25V Akkuspannung

Die ist nicht so konstant.

von Rainer V. (a_zip)


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Jetzt artet das wieder in eine Grundsatzdiskussion über Schalt- gegen 
Lin. Dazu fällt mir folgendes immer wieder ein. In unserem Studentenhaus 
(private Initiative) lebte seinerzeit einer der späteren ELSA-Gründer 
und zeigte uns eines Tages stolz sein Schaltreglernetzteil mit 4 
Sekundärspannungen und einem Wirkungsgrad von stolzen 85% bei Nennlast. 
Sehr beeindruckende Schaltung (damals) und als Schmankerl auch noch 
Primär-Widerange...90-240V. Was ich sagen will, würde heute niemanden 
mehr vom Hocker hauen :-) war aber jeck!
Gruß Rainer

von Dummy (Gast)


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MaWin schrieb:
> Die arme LED, die erst mal wenn der Akku angeklemmt wird voll einen
> übergebraten bekommt, weil der OpAmp erst mal (langsam gebremst)
> runterregeln muss.

Wie kann man das denn umgehen?
Größeren Gate-Widerstand oder schnelleren OP?

von Bernd K. (bmk)


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Dummy schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Die arme LED, die erst mal wenn der Akku angeklemmt wird voll einen
>> übergebraten bekommt, weil der OpAmp erst mal (langsam gebremst)
>> runterregeln muss.
>
> Wie kann man das denn umgehen?
> Größeren Gate-Widerstand oder schnelleren OP?

Der OP ist schnell genug.
Er wird ja durch C1 künstlich eingebremst, damit in Verbindung mit der 
hohen Imput-Kapazität 9nF des MOSFET ein Aufschwingen vermieden wird.

Abhilfe:
MOSFET mit möglichst niedriger Input-Kapazität und C1 deutlich kleiner.
Beispiel: IRFB3806 mit 1,1nF und C1 mit 560pF sollte passen.

BTW:
Der teure OPA251 kann durch den SGMOP07EXS8G/TR ersetzt werden.
OP + MOSFET kosten dann beim Reichelt zusammen 1,24€

von Harald W. (wilhelms)


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jwagn schrieb:

> Aber Wissen fällt auch nicht von Bäumen, sondern kommt durch FRAGEN.

Nein, Wissen kommt durch lernen. Und es kann nicht die Aufgabe eines
Forums sein, Grundlagenwissen zu lehren.

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