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
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 ?
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.
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?
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.
(..)
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.
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.
Grundaufgabe war es einen Konstanten Strom durch einen unbekannten
Widerstand (Potentialausgleich) zu leiten um Ihn danach mit einem
Voltmeter zu messen
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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)
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.
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.
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.
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
@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.
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.
Ja, daß tust du. Die Schaltung ganz oben ist totaler
Unsinn. Wenn es darum geht Widerstände unter 1 Ohm zu
messen, muß der Strom nicht konstant und auch nicht
genau 10A sein, wenn der Strom 9A oder 11A ist, funktioniert
daß genau sogut. Nimm eine Autobatterie und ein 1 Ohm
Widerstand, den du aus dicken Eisendraht, vielleicht Zaundraht,
baust. Wird billiger als wenn du bei deinen Experimenten
teure Transistoren zerstörst. Nun schaltest du einfach
ein Strommesser der um die 10A messen kann, den 1 Ohm
Widerstand und den zu messenden Widerstand in Reihe an
die Autobatterie. Dann die Spannung über dein unbekannten
Widerstand messen und durch den Strom den dein Strommesser
anzeigt teilen, fertig.
Nimm eine Autobatterie und ein 1 Ohm
Widerstand, den du aus dicken Eisendraht, vielleicht Zaundraht,
baust. Wird billiger als wenn du bei deinen Experimenten
teure Transistoren zerstörst. Nun schaltest du einfach
ein Strommesser der um die 10A messen kann, den 1 Ohm
Widerstand und den zu messenden Widerstand in Reihe an
die Autobatterie. Dann die Spannung über dein unbekannten
Widerstand messen und durch den Strom den dein Strommesser
anzeigt teilen, fertig.
Ich weiß das es viel leichter gehen würde, und was du sagst mach total sinn. Die Aufgabe war nur eine Schaltung zu erstellen, welche einen konstanten strom von 10A über einen Unbekannten Widerstand leitet, damit der widerstand genau bei diesem Strom gemessen werden kann
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