Guten Abend, ich muss für eine Projektarbeit einen stromregler entwerfen. Es geht darum eine konstanten Strom von 10A durch einen unbekannten Widerstand Rpa (+ seine leiterwiderstände auf der rechten Seite)zu leiten und durch den Spannungsabfall den Widerstand zu errechnen. Zur Erklärung: wir haben nur eine 24V spannungsquelle die die Steuerung und die Last speisen soll. Der operationsverstärker soll die Messspannung (welche ja mit dem zu messenden Widerstand Rpa auf einem Strang liegt) mit der Referenzspannung vergleichen und über den Mosfet so regeln das konstant 10 A darüber laufen. Kann das so funktionieren? Ich bin mir nur nicht sicher wie der grün markierte Strang gelegt gehört, ich muss die 24V ja noch iwie in den arbeitststrang bekommen. Wäre sehr dankbar für Tipps Beste Grüße
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Kevin schrieb: > Wäre sehr dankbar für Tipps Was soll der OPV denn messen? Der + Eingang liegt auf GND.
Kevin schrieb: > Kann das so funktionieren? Auf gar keinen Fall. Da sind mehrere gravierende Fehler drin. Woher hast du die Schaltung?
Der -Eingang auf Source, der +Eingang aufs Poti... Die Last auf Drain gegen +Ub, der Widerstand (blau unterlegt) wird durch eine Drahtbrücke ersetzt... Die beiden Widerstände in Serie zur Last müssen weg... 10 Ampere wird sehr sportlich mit sehr großem Kühlkörper...
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Kevin schrieb: > Kann das so funktionieren Nein. Dein billigster und daher ziemlich ungenauer OpAmp misst immer 0V und selbst wenn er den Spannungsabfall an rpa messen würde, regelt er damit nicht den Strom, dazu muss er schon die Spannung an einem bekannten Widerstand, z.B. 0.1 Ohm messen. Selbst wenn grün der rpa wäre und rpa die 0.1 Ohm, gibt es viele Gründe warum die Schaltung nicht funktioniert: der LM358 treibt eine hohe kapazitive Last, das Gate des MOSFETs, nur ungern, er kommt ins schwingen und du hast nichts dagegen unternommen. Dein Poti aus 24V erzeugt kaum eine stabile Vergleichsspannung, die 24V werden nicht sonderlich genau sein. 24V mit 10A waren 240 Watt Verlustleistung am MOSFET, welches Modell wolltest du da nehmen ? einfache elektronische Konstantstromsenke
1 | +12V |
2 | | |
3 | +--R---+---------Rpa----------+ |
4 | | | | |
5 | Poti----|+\ | |
6 | | | >--+--R6---+--------|I PowerMOSFET |
7 | | +--|-/ | | |S auf KK |
8 | | | | Ci |BC547 | |
9 | | | | | >|--100R--+ |
10 | | | | Rp E| | |
11 | | | | | | | |
12 | | +---(----+--Rx---(---------+ |
13 | | | | | |
14 | | | | Shunt |
15 | | | | | |
16 | +------+------------+---------+--o |
Erklärungen in https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.24.1
Kevin schrieb: > 10A durch einen unbekannten Widerstand > Rpa (+ seine leiterwiderstände auf der rechten Seite)zu leiten Also der Leistungswiderstand soll unbekannt sein und zudem sollen die Widerstände seiner Zuleitungen noch berücksichtigt werden? "Leiterwiderstände" sind genau was? Sollen diese bekannt sein? mfg
Kevin schrieb: > Wäre sehr dankbar für Tipps Was soll mit dem Messwiderstand gemessen werden? Der Laststrom fließt dort jedenfalls nicht durch. p.s. Gib den Bauteilen im Schaltplan vernünftige Bezeichnungen (z.B. R1, Q1, ...), damit man keine Romane der Form "der rechte, obere Widerstand" schreiben muss.
Wenn die Referenspannung des OPVs aus der Versorgungsspanung abgeleitet wird, ist es keine Konstantstromsenke, sondern ein Konstant-Widerstand, da der Laststrom proportional zur Eingangsspanung nachgeregelt wird. Die Referenzspannung muss aus einer konstanten Spannung abgeleitet werden, wie TL431, LM4040, LM317 oder sonst was.
Kevin schrieb: > Es geht darum eine konstanten Strom von 10A durch einen unbekannten Widerstand > Rpa Wenigstens den Bereich, in dem sich der Wert von Rpa zzgl. Leitungswiderständen bewegen kann, solltest du kennen, um den Regler auslegen zu können. > ... > Zur Erklärung: wir haben nur eine 24V spannungsquelle die die Steuerung > und die Last speisen soll. Einen Stromregler für 10A bei 24V wird man heutzutage eher selten als Linearregler aufbauen. Im Worst-Case würde das immerhin eine Verlustleistung von 240W bedeuten, die mit entsprechendem Kühlaufwand abgeführt werden will. Mit einem Step-Down-Wandler würde die Verlustleistung i.A. nur einen Bruchteil davon betragen. Ist in der Aufgabenstellung für die Projektarbeit ein Linearregler fest vorgegeben?
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Die Aufgabenstellung hat einige grundsätzliche Widersprüche die man erst einmal aufdröseln muss. 10A konstant bei max 24V damit kann man Widerstände bis ≤ 2,4Ω bestimmen, höher reicht die Spannung nicht.
Alexander schrieb: > Die Aufgabenstellung hat einige grundsätzliche Widersprüche die man erst > einmal aufdröseln muss. > > 10A konstant bei max 24V damit kann man Widerstände bis ≤ 2,4Ω > bestimmen, höher reicht die Spannung nicht. Wo siehst du da einen Widerspruch? Das wäre einzig eine Randbedingung für einen rein linearen Stromregler - sonst nichts. Falls man mehr möchte, muss man mehr Aufwand treiben. p.s. Dein '≤' kannst du besser durch ein '<' ersetzen, weil es Leitungswiderstände gibt.
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Kevin schrieb: > (..) > ich muss für eine Projektarbeit einen stromregler entwerfen. Es geht > darum eine konstanten Strom von 10A durch einen unbekannten Widerstand > Rpa (+ seine leiterwiderstände auf der rechten Seite)zu leiten und durch > den Spannungsabfall den Widerstand zu errechnen. Weshalb braucht man dafür 10A? Anders gefragt, wie klein können die zu messenden Widerstände sein und mit welchem Messgerät wird die Spannung gemessen? Das ist doch eigentlich eine klassische 4-Pol Messung.
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Erstmal danke für die zahlreichen Antworten, ich versuche mal es klarer zu formulieren. Ich hab das mit Rechereche, Beispielschaltungen und Chatgpt zusammengezimmert. Leider war unser Elektronikdozent ein ziemlicher Reinfall, der konnte bei garnichts helfen. Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten um Ihn danach mit einem Voltmeter zu messen, das ist einfach eine 4-Leiter Messung, wir sollten eben die Stromversorgung dafür entwerfen. Eigentlich wollte ich den Strom über ein Poti regeln, allerdings liegt der zu messende Widerstand zwischen 1 mOhm und 1 Ohm und das ist mit einem Poti nicht präzise einstellbar und so bin ich auf eine Schaltung dieser Art gekommen. Erwarteter unbekannter widerstand: 1 mOhm bis 1 Ohm Spannung: 24V (12V wären auch möglich, wenn die Verlustleistung zu hoch wird) Benötigter Laststrom: 10A (Vorgabe des Herstellers) Problem dabei ist das nur eine Quelle für Last und Steuerspannung zur Verfügung steht. Die Idee war, das der OPV den Strom über den Messwiderstand misst und vergleicht mit der Einstellbaren Referenz, aber kann das so überhaupt funktioneren? Und wäre ein LM317 denn besser geeignet um die Last am Gate des Mosfet zu verringern? Als Mosfet hatte ich einen IRLZ44N angedacht, weil der lt. Datenblatt bis u 25A Last verträgt Das der Lastwiderstand direkt an die Spannung muss verstehe ich mittlerweile, die Leiterwiderstände sind eigentlich unwichtig und können zusammengefasst werden, ich werde den Plan nochmal überarbeiten und hochladen, evtl macht das die Sache dann schon einfacher.
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Kevin schrieb: > Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten > Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten um Ihn danach mit einem > Voltmeter zu messen Kevin schrieb: > Leider war unser Elektronikdozent ein ziemlicher Reinfall, der konnte > bei garnichts helfen. offensichtlich. Man muss keinen konstanten Strom verwenden, um einen Widerstandswert messen zu können. Man muss nur den Spannungsabfall am zu messenden Widerstand IM VERHÄLTNIS zum Spannungsabfall an einem bekannten Widerstand der in Reihe geschaltet ist und daher von demselben (unbekannten) Strom durchflossen wird messen, ratiometrisch. Schon ist man das Problem los, wie man einen messgenauen Strom bei unterschiedlichen Lasten erzeugen muss. Siehe Beispielschaltungen des ICL7106 für Multimeter im Ohm Messbereich. ABER: Extrem niedrige Widerstände produzieren Messspannungen im Mikrovoltbereich die ähnlich hoch sind wie Thermospannungen. Damit man darauf nicht reinfällt, muss man in beiden Polaritätsrichtungen messen und den Mittelwert bilden. Wenn du lieber beim Konstantstrom bleibst, hast du ja eine Quelle und beachtenswertes bekommen. In der findet sich auch eine Schaltung für ein Millivoltmeter auf Konstantstrombasis. Kevin schrieb: > und Chatgpt zusammengezimmert Da kommt natürlich auch nur Stuss raus. Merke: KI kann helfen wenn man selbst das Ergebnis auf Richtigkeit bewerten kann. Ohne das sollte man KI lieber sein lassen, es ist peinlich.
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Kevin schrieb: > Als Mosfet hatte ich einen IRLZ44N angedacht Der hat keine DC-Kurve im SOA Diagramm. Bei 24V und einem sehr kleinen Widerstand ist man bei 10A schon über der 10ms Kurve und bei 12V nur knapp darunter.
Kevin schrieb: > Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten > Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten um Ihn danach mit einem > Voltmeter zu messen, das ist einfach eine 4-Leiter Messung, wir sollten > eben die Stromversorgung dafür entwerfen. ja. > Eigentlich wollte ich den > Strom über ein Poti regeln, allerdings liegt der zu messende Widerstand > zwischen 1 mOhm und 1 Ohm und das ist mit einem Poti nicht präzise > einstellbar Und warum nicht? > Erwarteter unbekannter widerstand: 1 mOhm bis 1 Ohm > Spannung: 24V (12V wären auch möglich, wenn die Verlustleistung zu hoch > wird) > Benötigter Laststrom: 10A (Vorgabe des Herstellers) 10A bei 12 oder 24V sind 120 bzw. 240W. Die muss man erst einmal loswerden. Das ist dann schon ein kleiner Heizlüfter. Obman sowas z.Z. braucht? > Die Idee war, das der OPV den Strom über den Messwiderstand misst und > vergleicht mit der Einstellbaren Referenz, aber kann das so überhaupt > funktioneren? Im Prinzip schon. Brauchbare Schaltungen für Konstantstromquellen findest Du hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle > Als Mosfet hatte ich einen IRLZ44N angedacht, weil der > lt. Datenblatt bis u 25A Last verträgt Als Schalter, nicht aber als Linearregler. Grundsätzlich würde ich da eher ein fertiges sog. Labornetzteil nehmen, welches man auf Stromregelung umschaltet.
Was bisher noch nicht gesagt wurde: Da der Widerstands-Messbereich ja nun auf 0.001...1Ohm festgelegt wurde kann man -- um den Trnsistor von der Verlustleistugn etwas zu entlasten -- auch den Shunt grosszügig auf 1 Ohm erhöhen. MAcht dann 100W Verlust am Shunt (das packen die DALE Widerstände im Metallgehäuse gut auf eine Kühlkörper weg, und 40...140W am FET.
Vielleicht ein 10A-Linearregler nach Art des LM317 https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/158125fa.pdf Die Beschaltung ist ja einfach, wenn man einen ausreichend großen Kühlkörper einbaut. Und das Poti muss leider auch die 10A aushalten: https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Linearreglern
Ist die Last an der positiven oder negativen Speisung oder an GND. Bei Lasten an GND nach Howland Stromquelle schauen. Der Strom spielt erst mal keine Rolle. Allenfalls muss man eben die Spannung nachfuehren, sodass wenig Spannung ueber dem Regeltransistor abfaellt. Ich habe Stromquellen gesehen da wurde die Spannung auf 3V ueber der Last geregelt, bei einer DC Last, bei 60A. Die Bandbreite der Last waere noch interessant.
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Purzel H. schrieb: > Bei Lasten an GND nach Howland Stromquelle schauen Bitte nicht, ungenau und instabil.
Michael B. schrieb: > ABER: Extrem niedrige Widerstände produzieren Messspannungen im > Mikrovoltbereich die ähnlich hoch sind wie Thermospannungen. Thoermospannungen hängen bei gepaarten Kontaktstellen von der Differenztemperatur ab, Messspannungen dagegen von dem Strom. Bei den o.g. 1mΩ und 10A Messstrom hast du bestimmt keine Messspannung im Mikrovoltbereich. Selbst bei 1/10 des Stromes ist das noch recht handlich, hängt aber natürlich von den Anforderungen bzgl. der Messgenauigkeit ab.
Kevin schrieb: > Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten > Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten Ein Konstantstrom hat mit Potentialausgleich rein gar nichts zu tun. Das ist nur eine Erfindung von deinem Freund ChatGPT. > um Ihn danach mit einem > Voltmeter zu messen, das ist einfach eine 4-Leiter Messung, wir sollten > eben die Stromversorgung dafür entwerfen. Kann man so machen. > Eigentlich wollte ich den > Strom über ein Poti regeln, allerdings liegt der zu messende Widerstand > zwischen 1 mOhm und 1 Ohm und das ist mit einem Poti nicht präzise > einstellbar Muss man gar nicht. Der Strom kann und sollte konstant sein, egal ob 1 oder 1000mOhm. Den Meßwert liefert das Multimeter bei der Spannungsmessung. > und so bin ich auf eine Schaltung dieser Art gekommen. Du hast eine Brückenschaltung mit einer Konstantstromquelle zusammengewürfelt. Das ist Unsinn. > Erwarteter unbekannter widerstand: 1 mOhm bis 1 Ohm > Spannung: 24V (12V wären auch möglich, wenn die Verlustleistung zu hoch > wird) > Benötigter Laststrom: 10A (Vorgabe des Herstellers) Dann tu das. Siehe Konstantstromquelle. https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst%C3%A4rker_und_Transistor Als Shunt kann man 0,1Ohm nehmen, macht 1V Spannungsabfall bei 10W. Das ist OK. Dann braucht man 1V Referenzspannung, in Grenzen einstellbar zum justieren/kalibrieren. Die bekommt an von einer Referenzspannungsquelle ala LM4040 oder ähnlich, gefolgt von einem passenden Poti. > Problem dabei ist das nur eine Quelle für Last und Steuerspannung zur > Verfügung steht. Das ist kein Problem, denn man kann damit auch die Referenzspannungsquelle speisen. Die regelt die Schwankung der Versorgungsspannung aus. > Die Idee war, das der OPV den Strom über den Messwiderstand misst und > vergleicht mit der Einstellbaren Referenz, aber kann das so überhaupt > funktioneren? Ja. > Und wäre ein LM317 denn besser geeignet um die Last am Gate des Mosfet > zu verringern? Nein. > Als Mosfet hatte ich einen IRLZ44N angedacht, weil der > lt. Datenblatt bis u 25A Last verträgt Aber nur im Schaltbetrieb. Du hast hier aber Linearbetrieb. https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#SOA_Diagramm Außerdem verkraftet ein MOSFET im TO220 Gehäuse keine 100W. Bestenfalls 30W mit einem ausreichend großen Kühlkörper. Wenn wir mal max. 10V bei 10A ansetzen, sind das satte 100W. Dafür braucht man 3-4 einzelne MOSFETs parallel, sinnvollerweise auch einzeln geregelt.
Falk B. schrieb: > Außerdem verkraftet ein MOSFET im TO220 Gehäuse keine 100W. Bestenfalls > 30W mit einem ausreichend großen Kühlkörper. Das kommt drauf an, wie lange man für die Messung braucht. Ein paar Millisekunden geht das schon. Ein Keysight 34450A bspw. schafft fast 200 Messungen pro Sekunde. Aber wie schon gesagt - bei 10A und 24 bzw. 12V will man nicht unbedingt eine lineare Stromquelle.
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Rainer W. schrieb: > Wo siehst du da einen Widerspruch? Kevin schrieb: > Erwarteter unbekannter widerstand: 1 mOhm bis 1 Ohm Der hat sich gerade verflüchtigt. Ich war irgendwie nicht davon ausgegangen dass man kleine Shunt-Widerstände ermitteln will - eigentlich nutzt man die ja um den Strom zu ermitteln, und nicht umgekehrt.
Falk B. schrieb: > Kevin schrieb: > >> Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten >> Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten > > Ein Konstantstrom hat mit Potentialausgleich rein gar nichts zu tun. Das > ist nur eine Erfindung von deinem Freund ChatGPT. Lies richtig. Kevin meint den Widerstand der Potentialausgleichsleitung. In der Regel ein Kupfer oder verzinkter Stahl, ziemlich hoher Querschnitt und ordentlich Ausdehnung (Länge). Typisch bei Blitzschutzanlagen. Ist doch nun wirklich nicht so schwer zu verstehen
Alexander schrieb: > Ich war irgendwie nicht davon > ausgegangen dass man kleine Shunt-Widerstände ermitteln will Ist letztlich das gleiche Verfahren, ob Shunt oder Leitermessung und früher (tm) eine Aufgabe mit Thomson Brücke (a.k.a. Kelvin Brücke) gelöst.
@Falk @Michael Die 10A sind vorgabe des Herstellers, über Spannungsabfall soll bei einem Strom von 10A über den PA gemessen werden. Mir ist klar das es egal ist welchen Strom man nimmt, aber das ist nunmal die Vorgabe. Früher wurde der PA mit 25A gemessen. Ich werde die Quellen mal durchgehen. Tatsächlich ist für die Prüfdauer auch >5s festgelegt, also schnell messen geht da auch nicht. Okay also wie ich jetz bei mehreren gelesen habe ist die Leistung am Transistor selbst mit 12V zu hoch, ich bin auch flexibel es muss keine lineare Stromquelle sein. Theoretisch könnte ich ja auch einen Spannungsregler nehmen, wenn der über den PA mit mit 0,001 - 1 Ohm angelegt wird, müsste er von 0,01-10V regelbar sein um die 10A zu erreichen. Vllt denke ich da auch viel zu kompliziert. https://eckstein-shop.de/Pololu-12V-15A-Step-Down-Spannungsregler-Voltage-Regulator-D24V150F12 so eine Bspw.
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Nimm ein Labornetzteil auf Schaltreglerbasis mit 24V/10A, das ist klein, leicht und preiswert. Das ist kurzschlußfest. Klemm es an und miss mit dem Multimeter den Spannungsabfall. Fertig.
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