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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik elektronische Last


Autor: C.Wiggum (Gast)
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Hallo und Frohe Ostern,

ich brauche Hilfe zur Realisierung einer "stromgesteuerten Stromsenke" 
bzw einer elektronischen Last.

Die elek. Last soll in Abhänigkeit der schwankenden Stromaufnahme einer 
gegebenen Schaltung gesteuert werden. Ziel ist es eine konstante 
Stromaufnahme der Schaltung zu realisieren. Die Last muss dabei in der 
Lage sein 3-4 Watt zu "verbrauchen".

Wie könnte man dieses Problem angehen.

Mfg C. Wiggum

Autor: Arno H. (arno_h)
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Parallelregler?

Arno

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Könnte eventuell funktionieren.
Gibts andere (erprobte) Lösungen?

Autor: 6643 (Gast)
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Ein dicker MosFET auf einem Kuehlkoerper.

Autor: HildeK (Gast)
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Anbei ein Prizipbild, mit dem ich sowas mal gelöst habe. Also erprobt - 
aber dennoch nur Shuntregler. Ich fürchte, was anderes gibt die 
Aufgabenstellung nicht her ...

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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http://eiskaltmacher.de/gallery/main.php?g2_view=c... 
so mache ich das, wohlgemerkt ist das spannungsgesteuert. wenn es 
stromgesteuert sein soll, schickst du statt einer steuerspannung den 
steuerstrom über einen passenden widerstand gegen masse. der opamp 
regelt den fet dann so, dass die spannung am shunt gleich der spannung 
über dem widerstand am steuerstrom ist. für 3-4w würde ich einen to220 
auf nem niedlichen kühlkörper nehmen. für wechselströme lässt sich das 
auch erweitern

Autor: Magnus Müller (Gast)
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Du kannst auch was fertiges (Bausatz) von ELV nehmen.

http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&de...

Oder als Anregung kannst du dir auch einfach die Bauanleitung 
reinziehen. Da ist der Schaltplan gleich mit drin.

http://www.elv-downloads.de/service/manuals/EL2010...

Gruß,
Magnetus

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Danke für die Vorschläge.
Die Variante mit dem OPV funktioniert gut.
Leider noch nicht direkt so, wie ich es benötige. Noch mal zum 
Sachverhalt:

Uin=20V -> Iin=100mA
Uin=10V -> Iin=200mA

d.h. mit sinkender Eingangsspannung steigt die Stromaufnahme der 
Schaltung. Die Stromaufnahme soll aber konstant gehalten werden
Ich brauch also eigentlich eine stromgesteuerte Stromquelle (oder 
Stromspiegel), die invertierend wirkt.
Wenn die Stromaufnahme der Schaltung sinkt, muss die Stromaufnahme der 
zusätzlichen Last steigen, sodass die gesamte Stromaufnahme in etwa 
konstant bleibt.

Autor: 6645 (Gast)
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Vieles ist machbar. Was soll denn die Bandbreite der Schaltung sein ? 
Falls die Bandbreite tief genug ist, wuerde sich ein Controller 
anbieten, irgendwelche Charakteristiken zu rechnen

Autor: Ma (Gast)
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Nicht erprobt, nur Prinzip.

Autor: Erik D. (dareal)
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Die EL2010 sollte eigentlich genau für deine Vorstellungen genügen:

http://dareal.info/test/last_2010.gif
mal der Grundschaltplan ohne den firlefanz ... I = konstant


Kannst du dann je nach bedarf Dimensionieren ...

- größerer/kleinerer Shunt (je nach Strombereich)
- Anpassung der OPV-Verstärkung (ne nach gewähltem Shunt)
- Andere MOSFET(s) für evtl. mehr Leistung
- Anpassung der Ansteuerung ...



aber halt Vorsicht, sonst kann auch sowas passieren:
http://dareal.info/test/last_1003.jpg

;)

Autor: HildeK (Gast)
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@Ma (Gast)
Was unterscheidet deine Variante von meiner (25.03.2008 19:59) - 
zumindest was das Prinzip angeht? Auch die von Erik D. funktioniert nach 
dem selben Prinzip.

@ C.Wiggum (Gast)
Unklar bleibt, warum du mit dem Ergebnis nicht zufrieden bist? Die 
vorgestellten Schaltungen erfüllen die bisher von dir genannten 
Kriterien. Mit dem Fühlwiderstand und der Referenzspannung (bzw. den 
Spannungsteilern R3 und R3 bei Ma) musst du die Stromaufnahme so 
einstellen, dass 200mA fließen - unabhängig davon, was deine 
nachfolgende Schaltung braucht.
Erläutere mal, was die OP-Schaltungen liefern und was dir daran nicht 
gefällt.

Nicht erwarten kannst du bei den Bedingungen
>Uin=20V -> Iin=100mA
>Uin=10V -> Iin=200mA,
dass unabhängig von Uin immer nur 100 mA fließen ...  :-)

Autor: Ma (Gast)
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@HildeK: Sorry, ist natürlich das gleiche in umgekehrter Polarität, ich 
hatte in Deiner Schaltung die Hälfte übersehen, zuviel Kaffee am 
Nachmittag vorher...

Grüße

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Hallo,

die oben gezeigten Schaltungen verhalten sich schon so wie ihr es auch 
beschrieben habt.

Ich denke ich habe meine Anforderung nicht klar dargelegt.

Also was ich suche ist folgendes:

Es ist ein Gesamtstrom Iges gegeben, der möglichst konstant bleiben 
soll. Dieser Strom setzt sich aus dem Strom Ilast und Izu zusammen.

Ilast schwankt über mehrere 100mA. Izu soll diese Schwankungen 
ausgleichen sodass Iges unabh. von der Eingangsspannung konstant bleibt.
Es kann z.B. sein, dass Ilast=100mA bei Ub=10V aber auch bei Ub=20V. Es 
gibt kein lineares Verhalten zwischen Ub und Ilast.


Die Idee mit dem Shuntregler ist schon der richtige Ansatz denke ich.

Autor: Magnus Müller (Gast)
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C.Wiggum wrote:
> Also was ich suche ist folgendes:
>
> Es ist ein Gesamtstrom Iges gegeben, der möglichst konstant bleiben
> soll. Dieser Strom setzt sich aus dem Strom Ilast und Izu zusammen.
>
> Ilast schwankt über mehrere 100mA. Izu soll diese Schwankungen
> ausgleichen sodass Iges unabh. von der Eingangsspannung konstant bleibt.
> Es kann z.B. sein, dass Ilast=100mA bei Ub=10V aber auch bei Ub=20V. Es
> gibt kein lineares Verhalten zwischen Ub und Ilast.
>
>
> Die Idee mit dem Shuntregler ist schon der richtige Ansatz denke ich.

Jau, der Shuntregler ist die richtige Wahl.

Bei deinem Anwendungsfall müsstest du halt die vorhandene Schaltung 
parallel zu Drain und Source von T1 der oben erwähnten Schaltung 
(http://dareal.info/test/last_2010.gif) hängen.

Gruß,
Magnetus

Autor: Erik D. (dareal)
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hmm .. du willst also eine Schaltung mit konstandem Strom betreiben oder 
verstehe ich das falsch?

Falls doch, dann so eine "elektronische Last" in reihe zum Verbraucher, 
die Last dann auf die gewünschte Stromstärke einstellen und dann 
versucht die Last den eigenen Innenwiderstand so zu regeln, dass immer 
100 mA z.B. fließen ...

Autor: Marco S. (masterof)
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Ich verstehe es so, der Energiequelle soll einen konstanten Strom 
entnommen werden.

Autor: Magnus Müller (Gast)
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So wie ich ihn verstanden hab, soll die Summe des Stromes, welcher 
durch die bestehende Schaltung und die zusätzliche Last fließt, einen 
festen Betrag aufweisen.

Sprich:    I(Schaltung) + I(Shunt) = Konstant

Gruß,
Magnetus

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Genau so wie masterof es schreibt! Die Gesamtschaltung soll nach außen 
hin immer die selbe Stromaufnahme haben. Die Stromaufnahme der 
"eigentlichen" Schaltung schwankt, sodass eine Last parellel geschaltet 
wird umd die Differenz in der Stromaufnahme auszugleichen.

Autor: Erik D. (dareal)
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Na dann einfach deine schaltung parallel zum Mosfet in der 
elektronischen last schalten ...

Somit wird der gesamtstrom über dem Shunt gemessen und der Mosfet immer 
so gesteuert, dass der gleiche strom fließt.

Autor: C.Wiggum (Gast)
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mit welcher hier gezeigten Schaltung würde dass denn am besten 
funktionieren.
Ein weiteres Problem dabei ist, dass ich den Strom nur High Side messen 
kann.
Wie geh ich das an?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Bis auf das High-Side-Kriterium erfüllt die Schaltung von
 Autor:  HildeK (Gast)
Datum: 25.03.2008 19:59

doch genau deine Bedürfnisse. Oder sehe ich das falsch? Unabhängig von 
der Versorgungsspannung regelt der Verstärker doch immer einen 
konstanten Strom durch den Feedback-Widerstand. (Vorausgesetzt die 
Referenzspannung ist unabhängig von der Versorgungsspannung)

Schöne Grüße,
Alex

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Hallo,

ja genau die Schaltung würde am besten passen. Jetzt besteht das Problem 
der High Side Messung noch. Muss ich das mit ein em zweiten OPV machen 
oder geht das auch anders?

Autor: HildeK (Gast)
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>Bis auf das High-Side-Kriterium erfüllt die Schaltung von
>Autor:  HildeK (Gast)
>Datum: 25.03.2008 19:59
>
>doch genau deine Bedürfnisse.

Die High Side Variante wurde im Vorschlag von

Autor: Ma (Gast)
Datum: 11.04.2008 18:30

gezeigt. Notwendig ist ein OP, der bei der Versorgungsspannung messen 
kann und bis fast zu VCC aussteuern kann. Stichwort Rail-to-Rail. 
Alternativ die Versorgung des OP ca. 3V höher legen als die Spannung der 
Last.

Also - es ist alles vorhanden, du musst es nur aufbauen ...

Autor: Martin A. (nitram12)
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Hallo,

Du kannst den Strom auch mit einem MAX4080/4081 messen.
Ich versuche gerade so einen ähnliche Schaltung aufzubauen.
Der EL2010 von ELV ist ganz nett, doch versuche ich
eine Stromsenke aufzubauen die mir 100W verheizen kann.

Das einzige was mich bei den Schaltungen bislang stört, ist das 
einstellen des gewünschten Stroms über ein Poti. Ich suche noch nach 
eine Lösung, um den FET mit einem µC zu Steuern.

Hat heirfür jemand einen Denkanstoß?

Autor: Magnus Müller (Gast)
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Martin A. wrote:
> Das einzige was mich bei den Schaltungen bislang stört, ist das
> einstellen des gewünschten Stroms über ein Poti. Ich suche noch nach
> eine Lösung, um den FET mit einem µC zu Steuern.
>
> Hat heirfür jemand einen Denkanstoß?

Poti durch PWM mit Tiefpass ersetzen...?

Gruß,
Magnetus

Autor: nemon (Gast)
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bei mir habe ich das poti durch einen dac ersetzt. die strommessung 
erfolgt über einen stromsensor (csnp661 von honeywell).

Autor: Erik D. (dareal)
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HildeK wrote:
> Alternativ die Versorgung des OP ca. 3V höher legen als die Spannung der
> Last.

3V höher als die herabgesetzte Spannung (durch spannungsteiler) der 
Last.
Beim EL2010 hat man als Vorgabe durch den Spannungsteiler z.B. eine 
Stromvorgabe die mit 0 - ~1V in den OPV geht. Diese kann direkt mit der 
über dem Shunt abfallenden Spannung verglichen werden.

10A bei 0,1 Ohm -> 1 Volt Spannungsfall.

Die min. Ausgangsspannung des OPVs ist weniger wichtig, da die meisten 
FETs erst ab einigen Volt leitend werden. Hauptsache die obere 
Ausgangsspannung ist hoch genug um den FET ausreichend durchzusteuern.

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Ich habe nun die Schaltung von
Autor:  Ma (Gast)
Datum: 11.04.2008 18:30
aufgebaut.

Leider noch ohne die erhoffte Funktion.Bei Ub=10V messe ich an OPV- 9,8V 
an OPV+ 9,7V und an OPVout 9,7V.
Unabhängig der nachgeschalteten Last bleibt OPVout immer gleich und es 
flißet kein Strom über den PMOSFET.
Wieso?

Autor: HildeK (Gast)
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Welchen OPV hast du verwendet? An welche Versorgung hast du ihn 
angeschlossen?
Poste mal die Schaltung mit Dimensionierung.

Autor: C.Wiggum (Gast)
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OPV ist der OP291. Wird direkt von der selben Versorgung versorgt, an 
der auch die Last hängt.

Bei Ub=10V messe ich an
OPV- -> 9,98V;
OPV+ -> 9,77V;
OPVout->9,93V

Bauteilewerte bezogen auf den Stromlaufplan von
"Autor:  Ma (Gast)
Datum: 11.04.2008 18:30":

R1=1R
R2=18k
R3=470k
R4=10k

Last:
RL=100R IL=100mA bei Ub=10V

Irgendwo ist doch noch ein Denkfehler. Ube von Q1 wird nicht klein genug 
um den Transistor leitend werden zu lassen.

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Keiner eine Idee? Ich trete auf der Stelle...
In der Spice Simulation funktiniert die Schaltung auch so wie sie soll, 
in der Realität leider überhaupt nicht.
Ich kann die Messwerte aus der Simulation auch in der aufgebauten 
Schaltung nachmessen, bis auf OPVout (Ua).

Autor: JensG (Gast)
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vielleicht Eingange vertauscht beim OPV?
Oder Transistor im Ar......gen. (BE-Schluß?)

Autor: HildeK (Gast)
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>OPV ist der OP291. Wird direkt von der selben Versorgung versorgt, an
>der auch die Last hängt.
Die Versorgungsspannung des OP muss vor R1 angeschlossen sein, also an 
der Z-Diode. Damit ist sichergestellt, dass die Eingänge des OP nicht 
außerhalb des Versorgungsbereichs betrieben werden. Ev. mal, zum Testen, 
VCC um 2-3V höher anlegen. Außerdem: wie soll der OPA versorgt werden, 
wenn er an der geschalteten Spannung hängt, für die er erst den 
Transistor öffnen soll?
Henne-Ei-Problem?

Mögliche andere Probleme, aber eher unwahrscheinlich:
- Der Spannungsteiler aus R2 und R3 ist vielleicht etwas hochohmig. 
Teste mal mit Faktor 5 kleineren Werten.
- Zur Offsetstromkompensation sollten +Eingang und -Eingang eigentlich 
etwa den gleichen Quellwiderstand sehen, allerdings hat dieser OP einen 
recht geringen Wert.
- Siehe Beitrag von JensG

Autor: HildeK (Gast)
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>Außerdem: wie soll der OPA versorgt werden,
>wenn er an der geschalteten Spannung hängt, für die er erst den
>Transistor öffnen soll?
>Henne-Ei-Problem?
Natürlich Quatsch! War wohl gedanklich beim Längsregler.

Autor: Marco S. (masterof)
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Wenn es nach der schaltung von Ma (Gast) ist dann sind die Eingänge 
vertauscht.

Autor: JensG (Gast)
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@Marco Schwan (masterof)

>Wenn es nach der schaltung von Ma (Gast) ist dann sind die Eingänge
>vertauscht.

nöö, würde ich nicht sagen - scheinen richtig rum zu sein

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Eingänge waren nicht vertauscht. Habe leider noch nicht weiter suchen 
können.

Autor: C.Wiggum (Gast)
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Kann das Problem auch an der VICR (common mode input voltage range) 
liegen?
Die Eingangsspannungen des OPVs liegen ja sehr dicht an der 
Versorgungsspannung des selbigen.

Autor: JensG (Gast)
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kommt drauf an, was das Datenblatt dazu sagt. Sowas sollte dort ja 
angegeben sein (zumindest, wenn es im Gleichtakt nicht bis an die 
Versorgungsspannung gehen darf)

Autor: JensG (Gast)
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Dat steht im DB:
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS1
Supply Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
. . . . 16 V
Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND to 
VS 10 V
Differential Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
. . . 7 V



-> Inputvoltage dürfte das Problem sein, wenn Betriebspannung > 10V 
(wobei ich "GND to VS" nicht so richtig verstehe).
Aber egal, wenn ich mir das "Simplified Schematic" anschaue, dann sind 
die Eingänge zumindest richtung +Ub nicht R2R, weil da PNP's hinterm 
Eingang sind. D.h., für diese Schaltung musste wohl einen anderen OPV 
suchen.

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