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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungs-Strom-Wandler für Induktive Last


Autor: Schoasch (Gast)
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Hi

Ich hab da wiedermal ein Projekt, wo ich ein paar Ideen und Hinweis 
brauchen könnte.

Das Projekt soll folgendens können:
Ich hab ein Sinusförmiges Eingangssignal mit einer Amplitude von 5V 
(DC-Offset=0). Die Frequenz des Eingangssignals liegt zwischen DC und 
1MHz. Nun soll je nach Spannungswert ein gewisser Strom fliessen. Also 
eigentlich soll bei +5V gleich 100mA fliessen, bei 0V gleich 50mA und 
bei -5V gleich 0mA.
Also im grunde ist es eigentlich "nur" ein Spannungs-Strom-Wandler.
Das Problem was aber ist, dass die Last eine Ohmsch-Induktive Last ist 
(0.33Ohm/53uH). Dadurch ändert sich die Impedanz so wie die 
Phasenverschiebung mit der Frequenz.

Zuerst einmal die Frage: Haltet ihr dies Projekt für machbar(Vorallem 
bis zu dieser Frequenz)?

Durch ein Blick in den Tietze/Schenk bin ich dann auf folgende 
Schaltung(Siehe Anhang).Das Eingangssignal hab ich natürlich vorher 
schon dementsprechend angepasst(also eigentlich nur mit 5V addiert, 
somit bekomme ich ein Signal zwischen o und 10V heraus)

Darüber hab ich mich natürlich zuerst einmal sehr gefreut, aber dann bin 
ich darauf gekommen das ich ja eine Phasenverschiebung zwischen Spannung 
und Strom beim Lastkreist bekomme. Dadurch sind die Spannungen am 
Invertierenden und nicht-invertierenden Eingang des OPVs ja auch 
Phasenverschoben.
Nun stellt sich mir die Frage: Regelt sich das System Automatisch nach 
oder wird es anfangen zu schwingen?
Oder muss ich schauen, dass ich die Phasenverschiebung irgendwie 
ausgleichen?

Hättet ihr einen anderen Schaltungsvorschlag ?

Wie immer, bin ich für alle brauchbaren Hinweise sehr dankbar.
mfg Schoasch

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Soll deine Eingangsspannung den aktuellen Stromwert i(t) angeben, oder 
soll das der Effektivwert sein??

Also willst du den Sinusförmigen Stromverlauf selbst bauen, oder soll 
der von allein erzeugt werden?
So ne Art Sinusgenerator mit (spannungs)gesteuertem Stromausgang..?

>Regelt sich das System Automatisch nach
>oder wird es anfangen zu schwingen?

Du hast doch einen Regler gebaut => Stell die 
Führungsübertragungsfunktion auf und prüfe sie auf Stabilität...

Achja, ich würde wohl eher einen bipolaren Transistor nehmen..

Autor: Schoasch (Gast)
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Hi

Die momentane Eingangsspannung soll den momentanen Ausgangstrom angeben.

Am Eingang bekomme ich eine Sinunsförmige Spannung. Ich selbst brauch 
mich also nur um den U/I-Wandler bzw den Treiber kümmern.

>>Stell die Führungsübertragungsfunktion auf und prüfe sie auf >>Stabilität...

Ähm... und wie komme ich auf diese Funktion?

Ich wollte das ganze auch schon in SwCAD simulieren... aber irgendwie 
ist er da etwas überfordert...bzw weis ich nicht, wie ich die 
Schrittweite einstellen kann, damit die Simulation etwas schneller 
verläuft.

An einen Bipolar habe ich auch gedacht, jedoch bekomme ich dadruch eine 
abweichung rein. Aber ich kann ja mal beide Varianten probieren.

mfg Schoasch

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Ähm... und wie komme ich auf diese Funktion?

Diese Funktion lautet etwa so;
i(t) = Funktion von: u(t), R5, T1, V2
(umformen)
I(s) = Funktion ( U(s), R5, T1, V2 )

Das s ist (natürlich) die Laplace-variable.

Damit kann man dann Rechnen, was rauskommt.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Die Schaltung die du hast, ist eher für DC ausgelegt.
Ich habe das ganze jetzt nicht durchgerechnet, aber vermutlich wird der 
Stromabfall an der Spule durch die Diode so stark verlangsamt, dass 
diese nur  in einer Richtung dem Eingangssignal folgen kann.

Dur brauchst also einen Leistungs OP (bzw. bau soetwas diskret auf) der 
Strom liefern und auch aufnehmen kann.
Und dieser muss mit etwa +/-20V versorgt werden, um die 100mAss liefern 
zu können (wenn ich mich nicht verrechnet habe).
Der OP muss also eine Slewrate von mindesten 50-100V/µs haben, damit das 
ganze einigermaßen funktioniert.
Ganz einfach wird das also nicht, dass kann schnell schwingen.

Autor: Schoasch (Gast)
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Hi

Die Diode war nur als vorsichtsmassnahme gedacht, falls am Eingang 
eventuell ein Rechtecksignal kommen würde. Also wenn ich davon ausgehe, 
dass ich nur Sinusförmige Signale habe, kann ich sie ja weg lassen.

>Leistungs OP...Und dieser muss mit etwa +/-20V
Das wird sich dann wohl auf einen Current-feedback typen hinaus 
laufen...
Ich werd mal schauen ob mir da ein Teil unterkommt.

mfg Schoasch

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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> Also wenn ich davon ausgehe,
>dass ich nur Sinusförmige Signale habe, kann ich sie ja weg lassen

Du kannst sie auch bei Rechteck weglassen, du musst nur sicherstellen, 
dass der Strom irgendwo lang fließen kann, SONST baut sich eine hohe 
Ind.spannung auf
Zum Beispiel durch den anderen Zweig einer Brückenschaltung, oder in den 
OPV rein, oder....

Autor: Schoasch (Gast)
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Hi

Ich hab jetzt etwas weiter herumgeforscht und wenn ich das Richtig 
verstanden habe, dürfte ein Stromspiegel die Lösung sein.

Also zuerst einen U/I-Wandler und danach eine Stromspiegel. Dadurch 
entkopple ich sozusagen den Induktiven Strompfad vom eigentlichen 
Regelpfad.

Mal schauen ob das funktioniert.

mfg Schoasch

Autor: Frank (Gast)
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Ich hab das im Praktikum mal gesehen. Aufgabe war, einen Metallstab zu 
magnetisieren, der dann zur Wegmessung eingesetzt wurde. Die Spule hatte 
ca 10 mH AFAIR. Leistungs OP mit +- 250 V Versorgung und einigen 100 W 
Leistung hat bis knapp unter 10 MHz gereicht. Da du ja weit davon 
entfernt bist, würde ich es mit einem schnellen OP als U/I Wandler und 
einer B-Endstufe versuchen. Die Freilaufdiode nichtparallel zur Spule, 
weil so nur in einer Richtung gestellt werden kann und der Strom in der 
Spule nichts mit dem in der Rückkopplung zu tun hat.

Autor: Schoasch (Gast)
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Hi

Aber durch die B- Endstufe hab ich aber ja nur eine Spannungsverstärkung 
oder wie meinst du denn das genau? Ich weis ja so nicht genau wieviel 
Strom am Ausgang fliesst.

Weist du noch eventuell die Bauteilbezeichnung?

mfg Schoasch

Autor: Frank (Gast)
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Nein, eine B-Endstufe hat keine Spannungsverstärkung. 
Collectorschaltung. Sie verstärkt in diesem Fall nur den Strom, weil die 
meisten OPs keine 100 mA können. Wenn du einen ausreichend schnellen 
findest, der das kann, um so besser. Billiger könnte die B-Endstufe aus 
z.B. BC337 und Komplementärtyp sein.

Bauteilbezeichnung weiß ich nicht mehr. War auf jeden Fall ein 
Hybridschaltkreis. Ist bei deinen moderaten Anforderungen aber auch 
nicht nötig sein.

Wieviel Strom fließt, sagt dir der Spannungsabfall über dem Shunt zur 
I/U Wandlung. Allerdings nur, wenn du die Freilaufdiode weglässt.

Autor: Unbekannter (Gast)
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Also, das geht schon, Strom durch Induktivitäten zu regeln. Man muss nur 
höllisch auf die Phasenverschiebungen aufpassen. Die Induktivität macht 
ruck-zuck 90°. Da bleibt nicht mehr viel für den Regelkreis übrig.

Auch aufpassen muss man, dass unzulänglichkeiten in der Ausgangsstufe 
nicht auf den Regelkreis zurück wirken.

Und immer schön die Phase kontrollieren.

Eine Lösung die ich mal gebaut hatte, sah so aus, dass zwei Regelkreise 
verschachtelt waren und dazwischen noch ein gedämpfter Hochpass 
geschaltet war um der Phase wieder auf die Sprünge zu helfen. Also:

   Strom-Regler -> Hochpass -> Spannungsregler für Ausgangsstufe.

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