Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : einstellbare Konstantstromquelle
Hallo zusammen,
ich bin auf der suche nach einer Konstantstromquelle deren Strom ich über einen Mikrocontroller (Atmega32) einstellen kann (0-2A). Idealerweise will ich nur den gewünschten Strom an die Konstantstromquelle übergeben, und die Hardware soll dann die komplette regelung auf den Konstanten strom erledigen. Ich brauch das um NiMh Akkus verschiedener Kapazität zu laden. Der Atmega soll in der schaltung die "steuerzentrale" bilden.
Ich hab mich schon mal mit dem "Buck Regler" befasst, denn diesen Begriff liest man in Verbindung mit Ladegeräten immer wieder. Mir ist zwar mittlerweile klar, wie die als Konstantspannungsquelle arbeiten, jedoch ist mir noch nicht klar wie so etwas als Konstantstromquelle funktioniern soll. Jedoch habe ich hierbei auch das problem, dass dich permanent eine nachregelung über den Atmega vornehmen muss.
Was meint ihr dazu? Bin ich mit dem Buck Regler auf dem richtigen weg, oder hat jemand eine kompeltt andere Lösung. Kann gerne auch längegeregelt sein.
Eigentlich könntest doch den hier wieder löschen:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=51181&highlight=
Theoretisch ja, praktisch NEIN,
denn ich hätte trotz alle dem mal gern die Funktion eines Buck Wandlers als Konstantspannungsquelle gekannt, nachdem ich mich jetzt schon so lange damit beschäftigt habe.
Besserwessi
19.11.2009, 16:23
Vieles steht schon in der Atmel Appl Note 450 drin. Da ist auch gleich beschieben, wie man das Ladeende erkennt. Ist zwar für andere µCs (Tiny15 und Tiny26, wenn ich mich richtig erinnere), aber die umsetzung auf einen anderen µC sollte das kleinste Problem sein.
Die Apl. Notes gibts hier:
http://www.atmel.com/dyn/products/app_notes.asp?family_id=607
Trotzdem behandeln beide Threads haargenau das gleiche Thema, da Du hier ja auch nach anderen Lösungen als die mit Buck Regulator fragst...
Im Anhang eine Konstantstromquelle mit FET. Angesteuert wird Sie über ein simples PWM-Signal (~15kHz), dass Du mit einem µC oder auch diskret erzeugen kannst. Die Schaltung ist zufälligerweise schon auf 0..2A dimensioniert.
Gruß,
askazo
Danke askazo,
das ist genau so etwas wie ich suche!
Jetzt aber noch 3 banale Fragen:
1. muss ich eine Nachregelung mittels PWM vornehmen, oder geschieht das durch die Hardware?
2. Müssen die OPs unbedingt mit den +15 / -15V versorgt werden? oder gitb es eine möglichkeit diese mit 0V und 15V zu steuern?
3. und gehe ich richtig in der Annahme, dass ich durch verändern des Puls/Pausenverhältnisses den Konstantrom beliebig einstellen kann?
1) Die Regelung erfolgt durch die Hardware.
2) Wenn Du statt dem TL082 einen Single-Supply-fähigen OP (z.B. den LM358) nimmst, kannst Du auf die -15V verzichten.
3) Ja, durch Änderung des Puls/Pausenverhältnisses kannst Du den Strom beliebig von 0...2A einstellen.
Gruß,
askazo
Besserwessi
19.11.2009, 17:37
Bei der Linearen Schaltung läßt sich der Strom per PWM linear einstellen, das nachregeln , z.B. bei Schwankender Spannung übernimmt die Hardware.
Die OPs müssen nicht mit +-15 V versorgt werden. Mit einem LM358 oder TLC272 als OP würden auch 0V und +9...15 V reichen.
Super!!
Wisst ihr wie Ihr mir gerade geholfen habt?
Ich suche mir seit Tagen schon nen Wolf nach einer machbaren Konstantstromschaltung, die ich ein Ladegerät einbauen kann, und hab nicht mal annähernd was gefunden. Und hier hab ich in so kurzer Zeit eine richtig brauchbare Lösung!
Aber nochwas:
Hierbei wird doch dann die Verlustleistung die der Transistor verbrät wohl eine entscheidende Rolle spielen?
Muss ich beim 4 maligen Anbau dieser Schaltung an eien Atmega schon aktiv kühlen, oder reicht mir noch ein ordentlicher Kühlkörper?
Besserwessi
19.11.2009, 18:43
Den µC braucht man nicht kühlen. Die Leistung ist da fats unabhängig davon was er macht. Die Verlustleistung wird an den MOSFETs und ein wenig an den Widerständen zum Strommessen freigesetzt.
Die MOSFETs sollte man kühlen. Ggf würde es sich auch lohnen die Spannung per Buck Wandler soweit zu reduzieren, dass nur etwa 0,5 V den FETs abfallen. Dann könnte man eventuell auf Kühlkörper für die FETs verzichten.
Natürlich meinte ich die MOS FETs ;-)
wäre ja noch schöner wenn man auch noch anfangen müsste und den ATMEGA zu kühlen.
Aber Danke für die Auskunft und den Tip mit dem Buck Wandler. Gibt es da ein "Buck Wandler IC" das sich für solche Anwendungen eignen würde?
Besserwessi
19.11.2009, 19:50
Für 2-3 A könnte so etwas wie LM2576 gehen. Da gibt es auch einstellbare Versionen von.
Eventuell könnte man auch den PWM Ausgang des Mega32 und einen externen MOSFET nutzen. Die Spannung muß ja nicht so genau geregelt werden. Es könnte schon reichen mit einem festen PWM Verhältnis zu arbeiten.
Ich habe als Quelle für diese Schaltung den LM2576 eingesetzt.
Der ist relativ einfach zu handhaben und braucht nicht viel an externer Beschaltung. Bei dem Strom brauchst Du am Ausgang allerdings einige Low-ESR-Kondensatoren.
Gruß,
askazo
LOL @Besserwissi:
Jetzt haben wir schon 2x zeitgleich fast dieselbe Antwort gegeben :D
gibts die schaltung auch für größere ströme und spannungen?
also 24 V und 10 A?
gibt es auch eine möglichkeit die ganze schaltung mit einem P Kanal FET zu betreiben, sodass der Minus Pol des Akkus direkt auf Masse liegt?
Das würde die Spannungsmessung am Akku während des Ladens deutlich erleichtern.
@dremler:
Maximale Spannung und Strom hängt prinzipiell nur von den verwendeten Bauteilen im Lastpfad ab, also T1 und R10. Bei Deinen Vorgaben müsste T1 im Extremfall 220W und Dein R10 20W verballern können. Das werden schon ziemliche Monster.
Ansonsten musst Du nur das Teilerverhältnis von (R11+R9)/R13 ändern, um die Regelung anzupassen. Der OP regelt das Ganze halt immer so aus, dass die Spannungen an R10 und R13 identisch sind.
@eule:
Wenn Du das ganze mit einem P-FET aufbauen wolltest, würde die Ansteuerung des Gates aufwendiger werden. Einfacher wäre es da wohl, einen einfachen Differenzverstärker zur Messung der Akkuspannung aufzubauen.
Gruß,
askazo
Hallo askazo,
wie würde eine solche Beschaltung für ein P FET aussehen?
Ich habe angst, dass ich durch Bauteiltoleranzen bei einer Differenzschaltung zu große Abweichungen bekomme. Und da gerade die momentane Akkuspannung wichtig ist, um ein abschlatkriterium des Ladevorgags zu bestimmen. Da würde ich eine kompliziertere beschaltung des FET gerne in kauf nehmen.
Gibt es da eine Schaltung?
Da kann ich Dir aus dem Stehgreif jetzt leider auch keine Schaltung zaubern. Mit P-FETs habe ich bisher noch nicht gearbeitet.
Aber wenn es Dir auf genaue Messwerte ankommt, solltest Du die Spannungsmessung sowieso kalibrieren, bevor Du einen Akku anschließt.
Damit hast Du die Bauteiltoleranzen dann auch wieder raus.
Gruß,
askazo
Besserwessi
20.11.2009, 14:25
So kompliziert ist die Schaltung mit einem P Fet im Prinzip nicht.
Allerdings könnte es dann schwierig werden ohne negative Versorgungsspannung, wenn die Spannung für die Akkus unter etwa 6 V liegt. Als OP wird man dann auch einen echten Rail-Rail OP brauchen, oder ein genügende Positive Spannung. Außerdem braucht man die Spannung aus dem PWM Signal dann relativ zur positiven Versorgung und nicht mehr auf GND bezogen. Man braucht dann auch so etwas wie einen Differenzverstärker, nur halt um das Steuersignal auf die andere Seite zu bekommen.
Man kann die Stromregelung noch etwas anders aufbauen, damit der Differenzverstärker weniger kritisch wird. Die Last kommt nicht an die Drain, sondern an die Source Seite des MOSFETs.
Der Differenzverstärker muß dann nur noch die kleine Spannung (z.B. 0,5 V) am Strommesswiederstand abziehen. Diese Spannung ist dann auch noch weitgehend konstant.
@Besserwessi
Versthe ich das jetzt richtig,
ich kann den Akku in die Schaltung wie sie askazo hier gepostet hat an der Source des des FET anschließen, den Drain auf + legen, und den Shuntwiderstand an seiner Position belassen. Die Spannung die ich auf den OP zurückkopple müsste ich dann zwischen Akku und Shuntwiederstand abnehmen. Sehe ich das richtig, oder meinst du das komplett anders?
Ich weiß, sind für euch sicherlich banale frage, aber ich bin wenn es um FET und OPs geht leider gar nicht fit.
Da fällt mir grad noch eine Frage ein: Kann der Shuntwiderstand auch etwas kleiner sein als 0,2 Ohm? Hab hier grad was mit 0,15 Ohm gefunden. Leistung des Widerstandes reicht jedoch dicke.
Besserwessi
20.11.2009, 16:40
Ich hatte gedacht die Teile in der Rehienfolge FET - Akku - Shunt - GND zu haben. Die Rückkopplung zur Stromregelung geht dann zwischen shunt und Akku ab. Für die Akkuspannung bräuchte man zwar einen Differenzverstärker, der hat aber raletiv wenig zu tun, denn die Spannung am Shunt wird konstant etwa 0,2 ... 0,5 V sein je nach gewähltem Strom.
Man könnte auch die reihenfolge FET - Shunt - Akku nehmen. Dann müßte man für den Shunt einen Differenzverstärker nehmen und könnte die Spannung direkt gegen GND Messen. Man könnte auch die Reihenfolge VCC - Shunt - FET - Akku wählen, und trotzdem einen N-MOSFET nehmen. Wird vielleich mit der Stabilität etwas schlechter, sollte aber auch gehen. Gegenüber der Lösung per P-MOSFET bräuchte man immerhin keine negative Spannung, eine Spannung von etwa 5 V über der Akkuspannung würde reichen.
Der Widerstand kann auch kleiner werden. 0,15 Ohm und 2 A gäben immerhin 300 mV. Das sollte genau genug sein, schließlich erfolgt die Ansterung ja auch nur per PWM.
Hallo,
ich hab mir jetzt nochmal zu dem n paar Gedanken gemacht was Besserwessi geschrieben hat.
Und wenn ich das richtig verstanden habe, sollte das doch so funktionieren (Anhang). Oder??
Jetzt noch 2 Fragen: Passt die Beschaltung des Differenzierers (auch die Widerstandswerte)? So sagts zumindest mein guts altes Tabellenbuch ;-)
Und wozu dienen die 100 Ohm Widerstände zwischen IC1b und FET, sowie zwischen IC2a und IC1b? Wie ich letzte Woche in der Schule gelernt habe, sollten OP und FET doch theoretisch Leistungslos angsteuert werden können.
Besserwessi
20.11.2009, 22:06
Der Widerstand R12 wird gebraucht, damit der Kondensator C4 sinnvoll wirken kann und die Schleife für hohe Frequenzn schließt.
Der Widerstand R7, vor dem gate des FETs wird gebraucht, damit der OP nicht die recht große Kapazitive Last des Gates sieht. Mit so viel Kapazität am Ausgang neigen OPs leicht zum Schwingen. Außerdem kann ohne den Widerstand auch der FET selber anfangen zu schwingen, wenn das Layout ungünstig ist.
Die größe von R12 und R7 ist auch gar nicht so wichtig. Ich würde hier lieber etwas mehr als 100 Ohm nehmen.
Die Schaltung hat noch einen kleinen Haken: Für die Ansteurung des Gates muß die Spannung am Gate ca. 4 V höher als an der Batterie sein. Da wird man so also recht viel Leistung verschwenden müssen. Die OPs sollten idealerweise 6-10 V mehr bekommen als der Laststrom für die Akkus.
Wenn die Spannung über 20 V wird muß man dann schon aufpassen mit der maixmalen gate Spannung.
Die Glättung des PWM Signals kann man noch einfacher und besser machen. Der OP 1a ist nicht wirklich nötig. Der Filter wird besser wenn das 2 te RC Glied das 1. wenig belastet. Normal wird das 2 te 10 mal hochohmiger ausgelegt. Den Spannungsteiler kann man auch gleich mit dem 2 ten RC Gleid kombinieren. Durch den Teiler wird man wieder niederohmiger und man kann ausnahmnsweise 2 gleiche Kondensatoren nehmen. Es sollten da also 2 Kondensatoren (z.B. 68 nF) und 3 Widerstände (10 K, 150 K , 10 K) ausreichen.
Hallo!
Man könnte anstatt 2 x LM358 nur 1 x LM324 nehmen, weil gleiche OpAmps drin sind.
MfG
@ Besserwessi:
Ich werde aus dem Abschnitt nicht schlau:
Die Schaltung hat noch einen kleinen Haken: Für die Ansteurung des Gates muß die Spannung am Gate ca. 4 V höher als an der Batterie sein. Da wird man so also recht viel Leistung verschwenden müssen. Die OPs sollten idealerweise 6-10 V mehr bekommen als der Laststrom für die Akkus.
Wenn die Spannung über 20 V wird muß man dann schon aufpassen mit der maixmalen gate Spannung.
Die Verschwendung der Leistung steht für mich vorerst mal an 2. Stelle. Ich möchte damit 1,2V NiMh Akkus laden, deren Kapazität unterschiedlich sein kann, deshalb auch der Aufwand mit der veränderbaren Konstantstromquelle. Und wenn ich das richtig sehe, kann meine Gatespannung bei der Betriebsspannung von 12V doch auf alle fälle 4V höher werden? Ich bin nicht an die Betriebsspannung gebunden, die kann ich auch noch höher ansetzten.
Aber was meinst du mit dem Satz: Die OPs sollten idealerweise 6-10 V mehr bekommen als der Laststrom für die Akkus.
Wie darf ich das versthen, dass meine Spannung am OP um 6-10V höher sein muss als mein Strom? Meinst du mit "Strom" die Spannung am Shuntwiderstand?
Die dimensonierung des RC Gliedes werde ich dann vornehmen, wenn ich die die ganzen Bauteile habe. Aber ich werde deinen Rat berücksichtigen! und verschieden Varianten probieren.
Besserwessi
21.11.2009, 09:47
Wenn es nicht auf die Verlustleistung ankommt, und die Akkuspannung unter etwa 6 V liegt geht das so. Für einzelne Zellen ist das also kein Problem.
Die dimensionierung der RC Gleiger sollte recht unkrietisch sein, denn der Ladestrom muß sich ja nicht schnell ändern, und kleine Schwankungen wären auch kein großes Problem. Die gezeigte Schaltung geht, es geht nur auch einfacher (1 OP weniger).
weiß zufällig jmd ob es OPVs mit den geforderten dimensionen gibt?
natürlich soll einer dann keine 100€ kosten...
Besserwessi
24.11.2009, 17:07
Die Anforderungen an die OPs sind hier wirklich nicht groß. Der LM324 (4 fach OP) ist so ziehmlich das billigste was man kreigt, sollte unter 20 Cent zu kriegen sein.
Es gibt auch OPs die direkt 2 A schaffen, z.B. L165.
Hallo zusammen,
Danke nochmals für euere Hilfe mit der Konstantstromquelle. Habe die Bauteile gestern bekommen, und das ganze mal provisorisch auf einem Steckbrett aufgebaut. Lief alles soweit ganz gut, der Strom kann stufenlos eingestellt werden. Genau wie ich mir das vorgestellt habe!
Jetzt wollte ich das ganze heute mit selben Bauteilwerten auf ein Lochrasterplatine aufbauen. Und es will einfach nicht funktioniern. Ich habe die Schaltung nun schon zig male auf Fehler im Layout überpfrüft, jedoch scheint das Layout zu stimmen. Der Fehler verhält sich volgendermaßen: Der Strom ist nicht von 0 - 2A einstellbar, sondern man kann die Pulszeit erhöhen, erhöhen und es passiert nichts, und plötzlich fließt schon ein Strom von 200mA-400mA. Jedoch kann ich ab dann Strom via größerer Pulszeit verstellen.
Jetzt die Frage, gibt es beim Umgang mit OPs irgndwelche Grundlegenden Dinge die ich falsch gemacht haben könnte. Behandlung der ICs ist mir klar, wenngleich ich hier auch keine ESD Vorkehrungen getroffen habe. Pufferkondensator der OP Betriebsspannung ist vorhanden.
Was ich messen konnte zwichen meiner Steckbrett - Schaltung und der auf Lochrasterplatine: Die Spannung die zum FET geht, war einmal 4V (Steckbrett) und einmal 6V(Lochraster), was dann auch den detulich höhren Strom erklären würde. Dei restlichen Spannugen sind soweit ich das beurteilen kann relativ identisch.
Hat jemand von euch einen Ansatz dazu? Ich such seit ungefähr 5 Stunden rum und probiere Lösungen aus, aber bis jetzt hat noch nichts geklappt.
Besserwessi
25.11.2009, 16:35
Der LM358 ist nicht besonders empfindlich auf ESD, und erstmal wird er nur schlechter. Ganz kaput kommt per ESD da kaum vor.
Es könnte sein dass die Schaltung Schwingt, weil R12 zu klein ist. Ggf mal R12 größer machen. Man kann auch etwas exemplarabhängigen Offset haben, also eine Verschiebung des Nullpunktes.
Wie genau kann ich ein Schwingen in meiner Schaltung feststellen?
@ Bersserwessi: Ich hab deinen Ratschlag befolgt und den R12 (100 Ohm) gegen 1K getauscht. Geändert hat sich gar nichts, außer das ich das Puls/Pausenverhältnis hochsetzen musste, damit überhaupt ein Strom fließt.
Aber was ich gerade noch festgestellt habe: Ich muss einen gewissen Tastgrad erreichen, damit ein Strom fließt. Verkleinere ich den Tastgrad jeoch weiter, so bleibt mein Strom immer auf dem selben Wert. Also funktioniert die komplette Regelung ja nicht.
Jetzt hab ich die Schltung so umgebaut, dass der Shunt an Masse liegt, und damit der Differenzierer komplett unnötig wird. Dann funktioniert alles wies soll. Jedoch ist mein Akku dann nicht auf Masse bezogen und das möchte ich ja nicht.
Dann habe ich den Differenzierer probiert, indem ich über ein Poti eine variable Spannung angelegt habe. Die Spannung war jedoch höher als die des Shunts (z.B. 12V -8V =4V) Sollte doch soweit auch passen?
Füge ich jedoch beides wieder zusammen, so kommt der selbe Mist wieder bei raus.
Ich versteh langsam die Welt nicht mehr.
Hat noch jemand einen Tip für mich?
Danke schonmal!
Besserwessi
26.11.2009, 18:43
Wenn sich etwas merklich verändert mit eine größeren Widerstand als R12, spricht das schon mal dafür, dass die Schaltung schwingt. Ohne Schwingungen sollte R12 praktisch ohne Einfluß sein, da er nur gegen einen Kondensator arbeitet, und der ändert nichts an der Gleichspannung.
Die OPs können etwas an Offset haben. Das kann schon mal etwa von der Größenornung 5 mV sein. Es kann damit möglich sein, das ganz kleine Ströme (Spannung am shunt unter etwa 5 mV) nicht richtig funktionieren.
Bei dieser Schaltung könnte man etwa dagegen tun, indem man sich ein Hilfsspannung von z.B. 0,6 V erzeugt und die an Stelle von GND beim Differenzverstärker und dem Spannungsteiler am Eingang. Dann arbeiten die OPs mit einer Spannung von etwa 0,6 V am Eingang. Man hat dann eine leichte Verschiebung des Nullpunktes beim PWM Signal und muß über eine kleine Schwelle (z.B. 10% PWM) kommen, damit überhaupt Strom fließt.
Wie genau kann ich ein Schwingen in meiner Schaltung feststellen?
@ Bersserwessi: Ich hab deinen Ratschlag befolgt und den R12 (100 Ohm) gegen 1K getauscht. Geändert hat sich gar nichts, außer das ich das Puls/Pausenverhältnis hochsetzen musste, damit überhaupt ein Strom fließt.
Aber was ich gerade noch festgestellt habe: Ich muss einen gewissen Tastgrad erreichen, damit ein Strom fließt. Verkleinere ich den Tastgrad jeoch weiter, so bleibt mein Strom immer auf dem selben Wert. Also funktioniert die komplette Regelung ja nicht.
Jetzt hab ich die Schltung so umgebaut, dass der Shunt an Masse liegt, und damit der Differenzierer komplett unnötig wird. Dann funktioniert alles wies soll. Jedoch ist mein Akku dann nicht auf Masse bezogen und das möchte ich ja nicht.
Dann habe ich den Differenzierer probiert, indem ich über ein Poti eine variable Spannung angelegt habe. Die Spannung war jedoch höher als die des Shunts (z.B. 12V -8V =4V) Sollte doch soweit auch passen?
Füge ich jedoch beides wieder zusammen, so kommt der selbe Mist wieder bei raus.
Ich versteh langsam die Welt nicht mehr.
Hat noch jemand einen Tip für mich?
Danke schonmal!
da lief wohl was schief mit dem letzen Eintrag ;-) sorry
Danke für deinen Tip Besserwessi.
Das klingt Logisch das ganze, also habe ich habe jetzt gerade ein Poti genommen, mit dem ich eine Spannng von ca. 0,6V erzeugt habe anstatt GND am Differenzverstärker und anstatt GND am untersten Widerstand des Spannungsteilers angelegt. Es hat nichts geändert. Fehler wie gehabt: es fließt kein strom bis zu einem gewissen Tastgrad, ab dann fließt schlagartig ein relativ großer Strom, der sich durch ändern des Tastgrades auch nicht vergrößern bzw. verkleinern lässt.
Ich versteh das nicht.
Hast du noch ne Idee?
Besserwessi
26.11.2009, 20:22
Ohne oszilloskop ist es schwer mögliche Schwingungen zu finden. Ersatzweise ggf. mal versuchen Wechselspannungen zu messen.
Wenn der FET ziehmlich groß ist, im Vergleich zum shunt, könnte das ein Grund für Schwingungen sein. Dann wirkt der FET mit dem Widerstand als Verstärker und der OP wird instabil, wegen zusätzlicher Verstärkung. Dazu müßte allerdings schon das Produkt aus S von FET und dem shunt größer als 1 werden damit es stört. Es kann also sein, das testweise ein größerer Widerstand als Shunt nicht geht ! Später kann einem der Innenwiederstand des Akkus noch retten, aber der Fehlt vermutlich bei den Tests. ggf. da mal auch einen Widerstand oder eine Diode als Ersatz nehmen.
Man könnte testweise mal den Kondensator am OP größer machen, ruhig ein 100 µF Elko. Dann sollte man so weit sein, das wirklich die Kombination Kondensator - R12 die Bandbreite so weit begrenzt, das nichts mehr schwingt. Ruhig R12 auch größer als 1 K. Die Zeitkonstante R12*C gibt nur vor ab wo die Schleifenvertärkung kleiner wird, und das sollte ruhig schon ab 1-10 Hz der Fall sein.
Wie groß ist denn der Widerstand vor dem Gate ? Die 100 Ohm sehr ich schon etwa als Minimum. Mehr als 220 Ohm sollten aber auch nicht nötig sein.
Sonst mal sicherstellen, das am Eingang wirkliche keine Reste vom PWM mehr durchkommen, also z.B. ein Poti zum einstellen des Stromes.
Wenn du mir erklärst was ich wo messen muss um Schwingungen festzustellen. Ich hab ein Oszi da stehen, das ist nicht das problem. Bin nur ziemlich unerfarhen wenn es um OPs geht.
Habe vorhin mal das Signal gemessen das vom Differenzverstärker zurück an den andern OP geht, und hatte da oberschwingungen von etwa 50mV drauf. Hat mich jedoch nicht weiter beunruhtig, da auf meiner Steckbrettschaltung nahezu das doppelte an Oberschwingungen da war.
Was meinst du mit FET ziemlich groß im Vergleich zum Shunt?
Und bei meiner momentanen Schaltung habe ich einen Widerstand als erstatz für den Akku verbaut.
Das mit dem Poti und dem großen C werde ich gleich mal ausprobiern.
Besserwessi
27.11.2009, 10:44
Mit oszilloskop wird das messen schon einiges einfacher.
Hinter dem Differenzverstärker sollte keine messbare Wechselspannung sein. 50 mV klingen nicht viel, aber 50 mV am Shunt von rund 0,1 Ohm sind immerhin schon 100 mA.
Welche Frequenz ist das denn; 50 Hz, 100 Hz , die PWM Frequenz oder was anderes ?
50/100 Hz wäre ein problem mit der Abschirmung.
Die PWM Frequenz eines mit dem Filter.
Was anderes ein Zeichen das die Schaltung selber Schwingt.
Der andere Interessante Testpunkt ist das Signal das aus dem PWM Signal zum 1 ten OP geht. Da sollte auch keine Wechselspannung zu sehen sein.
Zum "Probelm" mit dem FET:
Mit einem Widerstand an der Source seite, also statt akku sollte man kein Problem haben. Ohne den Widerstand wäre es möglich das der FET mit dem Shunt trotz des kleinen Widerstandswertes für den Shunt noch einen Spannungsverstärkung ergibt. Ein Verstärung in der Rückkopplung des OPs der den Strom regelt kann aber zu Schwingungen führen.
Beim FET gibt der Parameter S (Steilheit) an wieviel Stromänderung entsteht, wenn sich die Gatespannung andert. Der Widerstand gibt dann die Umrechnung vom Strom wieder in eine Spannung. Die Gesamtverstärkung ist damit also S*R_Drain. Beim großen FETs kann S schon mal über 10 A/V gehen.
So also ich hab jetzt mal mehrere Messungen vorgenommen, die Messerte habe ich gerde mal unten angfügt.
Den Versuch das PWM Signal gegen ein Poti zu ersetzen war erfolglos, genau wie den Kondensator gegen einen größeren zu tausche. Einziger effekt bei größerem Kondensator war, dass der Konstantstrom nicht mehr so hoch war.
Hier die Messwerte:
PWM Signal:
- Frequenz: 14 KHz
- Puls: 20µs
- Pause: 52µs
nach Filter:
-1V keine Oberschwingungen
Impedanzwandler:
- Ausgang: 1,2V keine Oberschwingungen (warum ist mir gerade ein Rätsel, sollte doch Verstärkung 1 haben und somit 1V am Ausgang)
Regel OP
- + Eingang: 0,2V , keine Oberschwingungen
-- Eingang: 0,1V daruaf Oberschwingungen von 10mV Spitze Spitze Frequenz ca. 16MHz
Ausgang: 9V selbe Oberschwingungen, selbe SS Spannung, selbe Frequenz
Shuntwiederstand
(nicht auf Masse bezogen)
- 25mV, Oberschwingungen ca 8mV, selbe Frequenz, jedoch verzerrtes Signal
Differenzverstärker
- +Eingang: 5,8V keine Oberschwingungen
- - Eingang: (nicht richtig Messbar, sobald ich mit Tastkopf drauf komme bricht der Konstantstrom zusammen), dann eine Spannung 6,1V keine Oberschwingungen.
-Ausgang: 0,1V Oberschwingungen 8mV, signalverlauf wie gehabt.
So das sind die Messwerte die ich machen konnte. Jedoch habe ich momentan folgende Änderungen an der Schaltung:
-100µF zum Stabilisieren der Eingangsspannung
-1,1 µF anstatt C4
-R4 = 33K
-R5= 22K
-R6= 10K -->ergibt etwa selbes Spannungsteielerverhältnis
Und wenn ich das ganze mit der Steckbrettschaltung vergleiche die genauso dimensoniert ist, sind bei dieser die Oberschwingungn noch etwas größer, aber die funktioniert.
Ach und was mir noch aufgefallen war. wenn ich den Tastkopf mit der Masseklemme an Minus angelgt habe und dann mit der Prüfspitze an Minus komme, erhalte ich etwa den selben Kurvenverlauf mit einer Spitze Spitze Spannung von 10mV.
Hast du noch ne Idee wo ich ansetzen soll?
Besserwessi
27.11.2009, 16:17
Eine Frequenz im MHz bereich ist bei einer Schaltung mit dem LM358 oder LM324 viel zu hoch. Die Bandbreite ist ja nur bei 1-2 MHz. Mehr als etwa 2 MHz sollten da nicht so ohne weiteres möglich sein. Die hohe Frequenz spricht dafür, dass störungen vom µC über die Versorgung einkopplen.
Ist denn eine Kondensator an der Versorgungsspannung der OPs. Ist zwar nicht so kritisch wie bei den digitalschaltungen, aber auch hier sollte eine Abblockkondensator an die Versorgung.
Mit einer Spannung von 0,2 V am Eingang des Regelverstärkers ist die Regelung wohl schon an der Grenze. Wie sieht denn die Spannungsversorgung aus, kann es da Probleme geben ? Mit 9 V am Gate könnte der FET doch schon ziehmlich weit leiten.
Also zuerst mal, der Abblockkondensator ist an jedem OP, also da sollte es keine Probleme geben.
zur Spannungsversorgung: Ein stabiliertes Schaltnetzteil von einem Laptop 12V/ 3A. Ändert sich aber auch nichts, wenn ich das ganze an einen 12V Bleiakku hänge.
Falls es störungen sind die ich über meine MC einkopple, wie könnte ich sie auskoppeln?
Besserwessi
27.11.2009, 21:13
So ein Laptopnetzteil kann schon einiges an Störungen verursachen. Da könnte man schon ein bischen Restwelligkeit im Frequenzbereich von etwa 20-100 kHz finden. Man kreigt auch eventuell extra Störungen, wenn man das Oszilloskop an verschiedene Stellen mit der Masse anklemmt, denn im Netzteil können HF Störungen gegen Erde anliegen.
Ich würde Erwarten dass bei 9 V am Gate der transistor schon fast ganz durchschaltet. Wie groß ist denn die Spannung Drain-Source bzw. Gate Source. Die 9 V könnten schon das maximum sein was der OP an positiver spannung ausgeben kann.
Für tests mit dem Oszilloskop wäre es auch sinnvoll das PWM Signal nicht konstant zu haben, sondern da eine Niederfrequenze Wechselspannung (z.B. 50Hz) als Vorgabewert für den Stromregler zu nehmen. Dann hat man auf dem Oszilloskop gleich die Funktion für verschiedene Eingangsspannungen auf einen Blick.
Also der OP auf dem Steckbrett schafft ca 11V am eingang des FET. Also können die 9V die auf der Lochrasterplatine rauskommen wohl nicht alles sein.
Drain Source Spannung = 9V, Gate Source = 4V
Das mit den 50 Hz wäre schön, jedoch habe ich keinen Frequenzgenerator, ich erzeuge mir meine PWM Signal über einen Atmega 32, dem flashe ich halt kurz neu um einen andern Tastgrad zu erhalten.
Was ich gestern noch fesgestellt hatte: Auf meiner Steckbrettschaltung habe ich die Masse für die 2 LM358 von getrennten Punkten abgegriffen. Mein Ohmmeter hat gesagt, dass dazwischen ein Widerstand von 1 Ohm lag. Hab ich dann gleich geändert und Masse vom sleben Punkt abgegriffen, dann hatte ich den sleben Effekt wie auf der Lochrasterplatine, nachdem ich den Spannungsteilerwiederstand gegen Masse (R6) ebenfalls geändert habe lief es wieder.
Besserwessi
28.11.2009, 13:11
Wenn man ein Oszilloskop, aber keinen Frequenzgenerator hat, wäre ein Frequenzgenerator eine sinnvolle Anschaffung oder ein sinnvolles Projekt zum Selberbau. Das muß ja auch nichts kompliziertes sein, die Typische Schaltung um einen XR2206 ist schon gar nicht schlecht.
Ein Zeitlich variabeles PWM Signal ließe sich auch noch mit dem Mega32 erzeugen. Zumindestens für so etwas wie 50 Hz geht das noch. Sonst macht man einen Funktionsgenerator per µC etwas anders.
Ich werde einen Frequenzgenerator auf meinen Wunschzettel für Weihnachten schreiben ;-), bzw werde mir in absehbarer Zeit selbst mal eins bauen
Aber ich hab das ganze jetzt etwas umschifft und siehe da, es läuft wunderbar stabil. Siehe Schaltplan im Anhang. Allerdings ist mein Akku jetzt nicht mehr Massebzogen, das ganze habe ich dann durch nen differenzierer gelöst, und meine Eingangsfrequenz hab ich durch den 1µF Kondensator nochmal deutlich heruntergesetzt.
Jetzt werde ich die Schaltung mal auf Herz und Nieren test.
Vielen herzlichen Dank nochmal an alle, vor allem Besserwessi, die mir immer so gute Tips gegeben haben. GROßES DANKESCHÖN
Besserwessi
28.11.2009, 17:21
So ähnlich hätte ich die Schaltung auch eher aufgebaut. Wenn für den OP mehr Spannung als für den Strom zu den Akkus hat, könnte man den Akku auch an die Source seite der FETs tun, dann hatte der Differenzverstärker nur sehr wenig auszugleichen.
Der Kondensator C4 solle direkt zum neg. Eingang des OPs und kann auch kleiner. So wie gezeichent macht R5 wenig Sinn.
Den Filter für das PWM Signal kann man einfacher machen, ohne den OP. Hatte ich oben schonmal beschrieben: einefach 3 Widerstände von z.B. 10 K, 330 K und 10 K in Reihe mit den 10 K gegen GND. Die Ausgangsspannung ist am 10 K Widerstand. Ziwschen den Widerständen dann jeweils ein Kondensator (ca. 100 nF) nach GND.
OK, das mit dem abändern des Tiefpasses, sodass kein zusätzlicher OP mehr benötigt wird ist noch eine Idee, das werde ich gleich mal ändern.
Und bei R5 lief was schieß, ich habe vergessen den Wert abzuändern, der hat nur 100 Ohm (hab ich in der Schaltung die mir hier mal gepostet wurde so gesehen)
Und was mir noch so im Kopf rumschwirrt:
Wie kann ich den Ausgangsstrom berechne?
Eingangsseitig sollte ich ja durch die Frequenz die Ausgangsspannung des Tiefpasses ermitteln können, wie bring ich jedoch den Tastgrad mit ein?
Und wie komme ich auf die Ausgangsspannung des OPs, sodass ich im Datenblatt den Strom ablesen kann?
P.S. im Anhang nochmal die Schaltung, wie sie momentan tatsächlich ist.
Wie gesagt, die Änderung mit dem Impedanzwandler werde ich noch vornehmen.
Besserwessi
29.11.2009, 21:59
Die Filterschaltung verändert die Gleichspannung nicht, gibt als 5 V * PWM verhältnis raus. Der Teiler reduziert die Spannung um einen festen Faktor. Der regler sorgt dafür, dass am Shunt so viel Spannung anliegt wie am Eingang des OPs.
Ich hab gerade mal nachgemssen und gerechnet:
Pause: 0,2ms, Periodendauer: 1,2ms.
= Tastgrad: 0,1666
5V x Tastgrad = 0,8333V, soviel zur Theorie
Wenn ich nachmesse, bekomme ich eine Spannung unter 0,7V, muss ich durch die Wiederstände und den theoretisch unendlich hohen Eingengswiederstand des Impedanzwandlers noch irgendwelche Verluste mit einrechne? Weil die differenz der beiden Werte möchte ich der genauigkeit halber nicht vernachlässigen.
Besserwessi
30.11.2009, 20:53
Ein Tastgread von genau 1/6 ist eher unwahrscheinlich, da 256 nicht durch 6 teilbar ist. Den Tastgrad sollte man besser aus dem Programm entnehmen als messen.
Auch muß die Spannung des µC nicht genau 5 V betragen. Besonder an AVCC hat man auch mal etwas weniger. Wenn der µC sonst viel Strom verbraucht, ist auch die Spannung auf dem Chip nochmal kleiner als extern am VCC Pin. Ein ähnlicher Effekt kann auch noch bei GND auftreten und die Spannung da anheben.
Der Impedanzwandler sollte keinen Verlust geben, höchstens etwas Offset in der Größenordnung +-5 mV. Duch den Biasstrom kommt da noch mal etwa +5-20 mV dazu.
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