Wie funktioniert diese MOSFET Schaltung als Strombegrenzer

[Martin B. (speerwerfer)]

Hallo zusammen,

ich würde gerne verstehen, wie diese Schaltung funktioniert. Bezüglich 
Schaltungstechnik bin ich eher Einsteiger.

Bicker hat ein Board im Angebot, auf dem ein MOSFET verbaut ist, mit der 
man den Einschaltstrom begrenzen kann (externe Link: 
https://www.bicker.de/be-dceb5a_dc_einschaltstrombegrenzung_8-40vdc_5a_open_frame)

Ich sehe da außer dem MOSFET nur noch zwei Widerstände, zwei 
Kondensatoren und eine Diode. Die Schaltung wird also nicht so 
kompliziert sein.

Wie funktioniert diese Schaltung grundsätzlich und wie wird die 
Begrenzung auf 13A gelöst?

Martin

[Michael B. (laberkopp)]

Martin B. schrieb:
> Wie funktioniert diese Schaltung grundsätzlich und wie wird die
> Begrenzung auf 13A gelöst?

Ein nicht ganz durchgesteuerter MOSFET begrenzt den Strom ähnlich einer 
Konstantstromquelle, man muss also nur durch ein RC-Glied dafür sorgen, 
dass die Gate-Spannung beim Einschalten langsam steigt.

Die Z-Diode verhindert dann, dann nach dem Ansteigen die UGS nicht über 
20V geht.

---+----+--IRF4905---
   |    |      |
 ZD15  1uF    100R
   |    |      |
   +----+------+
        |
       220k
        |
--------+----------

Die Schaltung ist aber Scheisse weil a) der Strom sehr toleranzabhängig 
vom MOSFET ist, man muss also den passend selektieren. b) nach dem 
Einschalten erst mal nichts passiert bis die UGS auf UGS(th) gestiegen 
ist c) der Übergang von aus nach voll ein dann eher schnell erfolgt also 
4 Sekunden Pause für 1 Sekunde Strombegrenzung oder so d) die 
Strombegrenzungszeit von der Betriebsspannung abhangt, doppelt so hoch, 
hslb so lang.

Billigpfusch der nur annähernd (sehr kurzzeitig) das tut was versprochen 
wurde.

[Mark S. (voltwide)]

Ich sehe da gar keine Wiederstände.
Ohne die Schaltung zu kennen, läßt sich folgendes schon sagen:
Eine echte Strombegrenzung, die bei 40V kontinuierlich 7A durchläßt, 
müßte ständig 40Vx7A=280W in dem Transistor verheizen.
Das ist allerdings ein Ding der Unmöglichkeit,
der gezeigte Transistor ohne jede Kühlung ist für ca 1W Verlust gut.
Vit ist es aber auch gar keine echte Strombegrenzung, sondern eine 
elektronische Sicherung, die bei Überstrom abschaltet.
Damit stelt sich die Frage: Was genau suchst Du?

[Mark S. (voltwide)]

Ich sehe da gar keine Wiederstände.
Ohne die Schaltung zu kennen, läßt sich folgendes schon sagen:
Eine echte Strombegrenzung, die bei 40V kontinuierlich 7A durchläßt, 
müßte ständig 40Vx7A=280W in dem Transistor verheizen.
Das ist allerdings ein Ding der Unmöglichkeit,
der gezeigte Transistor ohne jede Kühlung ist für ca 1W Verlust gut.
Vit ist es aber auch gar keine echte Strombegrenzung, sondern eine 
elektronische Sicherung, die bei Überstrom abschaltet.
Damit stelt sich die Frage: Was genau suchst Du?
Laberkopp war schneller - und dürfte Recht haben in seinem vernichtenden 
Urteil

[Klaus H. (hildek)]

Mark S. schrieb:
> Vit ist es aber auch gar keine echte Strombegrenzung,

Ist es auch nicht, es ist eine Einschaltstrombegrenzung. Solange die 40V 
anliegen, fließen keine 7A und wenn die fließen, dann ist die 
DS-Spannung schon viel niedriger.

Mark S. schrieb:
> Ich sehe da gar keine Wiederstände.

Ja, aber Widerstände: R1 und R2 ...

[Arno R. (arnor)]

Martin B. schrieb:
> Wie funktioniert diese Schaltung grundsätzlich und wie wird die
> Begrenzung auf 13A gelöst?

Ich werfe mal die angehängte Schaltung in den Ring. Da ist der Verlauf 
fast genau wie in der Originalschaltung und der C2 ist auch 
untergebracht.

[Rainer W. (rawi)]

Mark S. schrieb:
> Eine echte Strombegrenzung, die bei 40V kontinuierlich 7A durchläßt,
> müßte ständig 40Vx7A=280W in dem Transistor verheizen.

Bei einer Einschaltstrombegrenzung geht es um die Energie und nicht um 
die Leistung. Der Puls ist so kurz, dass die Wärme so schnell gar nicht 
aus dem Chip raus kommt.

[Εrnst B. (ernst)]

Wenn man einen Transistor dazupackt, geht das auch kontrolliert.
Verliert aber 0.7V am Shunt, wenn volle Leistung gezogen wird.

Screenshot ist für ca. 48V/10A dimensioniert, zum Begrenzen des 
Kondensator-Ladestroms (~20mF).
Kühlung des FET ist dabei nebensächlich, die Kondensatoren sind voll 
bevor die Hitze überhaupt am Gehäuse ankommt.
Shunt war als 2× 0R1 SMD in 2512 ausgeführt, hat auch keine 
Hitzeprobleme in der Anwendung.

Für Dauerleistung muss das natürlich anders berechnet werden.

[Michael B. (laberkopp)]

Εrnst B. schrieb:
> Wenn man einen Transistor dazupackt

Ja, das wäre eine wesentlich schlauere Schaltung, aber 13A über 0.7V 
gind dann doch nicht.

[ArnoNym (bergler)]

Die Schaltungen haben irgendwo alle das Problem, dass sie entweder nur 
Kurzschlüsse aushalten (aber oft keine Überlast), oder von Tolaranzen 
abhängig sind.
Eine Schaltung zu bauen, die Überströme unter allen Umständen sauber 
behandelt (=ohne magic smoke) ist nicht trivial.

Für einen einfachen Kurzschlussschutz würde ich etwas in der Art 
empfehlen:
https://www.mouser.de/datasheet/2/115/DIODS21825_1-2541911.pdf

Oder einfache High-Side-Switches wie solche:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BTS740S2-DS-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d4625a888733015aa390ea280fe0

Von solchen IC gibt es eine Menge, für alle möglichen Spannungen und 
Ströme. Auch solche, mit einigermaßen präzisen Stromlimits.

Im Prinzip machen die auch nicht viel anderes als die Schaltungen, aber 
sie eine zuverlässige Übertemperaturabschaltung und im Datenblatt 
garantierte Werte.
Das deckt dann alles ab. Schalten, Inrush, Überlast, Kurzschluss und so 
weiter. Oft auch induktive Lasten.
Diese IC sind speziell für Anfänger auch einfacher zu handhaben, also 
diskret aufgebaute Schaltungen. Und es ist halt auch nur ein einzelnes 
Bauteil, das nicht mal teuer sein muss.

[Alfred B. (alfred_b979)]

@ArnoR: Das muß sie wohl sein. Turbo-reverse-engineered. :-)


Ok, geben tut es zum Glück schon fast alles - und klar, mit
allen Schikanen. Jedoch braucht man gar nicht immer alles.

Angenommen, es ginge (laut Topic) nur um Inrush.

@Ernst:
Das wäre bei kleineren Leistungen/Strömen weniger ein Ding.
Aber HIER war Thema: Inrush (und Dauerstrom) ein wenig höher.

Zwar verstehe ich daß man sowas nicht "verkomplizieren" will
und daher am liebsten ohne IC auskäme, aber:

Imho käme für höhere Leistungen/Ströme allein die Verstärkung
mittels OPV in Frage. Und auch wenn (oder grade weil) es hier
ja gar nicht auf exakte Stromwerte ankommt.

Option: Den Lowside-Shunt (samt dessen P_tot) sparen - statt
dessen Spannungsfall einfach nur den an U_DS/Fet auswerten...
Anforderungen an den OPV entspr. der Anwendung minimalst.

(Außerdem könnte dieser meistens einfach via U_ein versorgt
werden, so lange U_ein <= U_supply(max). Man muß ja keinen
5V OPV ("Single Cell Application" oder sowas) für 12V Rails
nutzen wollen.)


Setzte man alles Lowside, tät's hier locker ein alter LM358.
Und vor allem reichte dann auch ein günstigerer N-Kanal Fet.

Für P-Kanal Highside reichte nicht jeder LM358 (manche davon
kommen Ausgangs elend schlecht in Richtung pos. Rail, sogar
noch schlechter als Eingangs). Jeder nur minimal bessere -
und gleich direkt mit "RRIO (Rail-to-Rail-Input-and-Output)"
beworbene OPVs sowieso.


Dürften viele eh schon daheim haben, was man dafür brauchte.
Oder übersehe ich was Wesentliches? Bitte um Kritik.