Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strombegrenzung mittels Transistor


von DR (Gast)


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Tag zusammen,

ich plane, mir für meine Basteleien ein Netzteil zu bauen. 5V=, max. 1A. 
Die Spannung soll fest bei 5V bleiben, allerdings möchte ich eine 
einstellbare Strombegrenzung einbauen. Den Strom möchte ich über einen 
low-Side-Shunt mit 0,1Ohm messen. Meine Schwierigkeit ist im Moment, die 
Strombegrenzung umzusetzen, da ich mir nicht sicher bin, was hier wohl 
am sinnvollsten ist. Die Gesamteffizienz des Netzteils ist nicht so 
wichtig und die Begrenzung muss auch nicht sehr genau sein, vielleicht 
10-50mA pro Schritt.

Momentan stelle ich mir das so vor: Nach einem Trafo mit Gleichrichter 
und Glätt-/Siebelkos kommt ein Transistor, der den Strom begrenzt. 
Dahinter dann ein 7805. Macht das so Sinn?

Bin für jede Kritik/Anregung dankbar. Die Strombegrenzung kann auch 
anders realisiert werden, solange sie nicht zu teuer wird und die 
Bauteile gut erhältlich sind.

von zukünftiger Bahner (Gast)


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Ich denke nicht, dass der 7805 hinter der Strombegrenzung soviel Sinn 
macht.

Konstantstromquellen findest du aber viele hier im Wiki, auch eine die 2 
Transistoren und Widerstände nur benötigt und darüber eingestellt wird.

von Ina (Gast)


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>Momentan stelle ich mir das so vor: Nach einem Trafo mit Gleichrichter
>und Glätt-/Siebelkos kommt ein Transistor, der den Strom begrenzt.
>Dahinter dann ein 7805. Macht das so Sinn?

Ja, schon. Schau mal hier, Figure 22:

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/a/0s922lq6p7gwsc2hhzx6z4e3pl3y.pdf

von DR (Gast)


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zukünftiger Bahner schrieb:
> Konstantstromquellen findest du aber viele hier im Wiki

Ich möchte eine Konstantspannungsquelle mit 5V bauen.

@Ina: Das ist nicht ganz das, was ich meine. Ich hatte es mir so 
vorgestellt, dass der Transistor direkt vor den 7805 kommt. Also so, 
dass die geglättete Spannung vom Gleichrichter an den Kollektor kommt 
und der Emitter mit dem Eingang des 7805 verbunden wird. Macht das Sinn?

von Ina (Gast)


Angehängte Dateien:

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>Ich möchte eine Konstantspannungsquelle mit 5V bauen.

Ja, schon klar, aber die Konstantstromquelle sitzt vor der 
Konstantspannungsquelle und begrenzt den Strom auf den eingestellten 
Konstantstromwert.

>@Ina: Das ist nicht ganz das, was ich meine. Ich hatte es mir so
>vorgestellt, dass der Transistor direkt vor den 7805 kommt. Also so,
>dass die geglättete Spannung vom Gleichrichter an den Kollektor kommt
>und der Emitter mit dem Eingang des 7805 verbunden wird. Macht das Sinn?

Genau so? Nein. Ein einzelner Transistor ist noch keine Strombegrenzung. 
Dazu mußt du ihm noch den Basisstrom wegnehmen, wenn der Maximalstrom 
erreicht wird. Die Schaltung im Anhang kann so etwas. Sie ist hier aber 
am Ausgang angeordnet, als Kurzschlußsicherung. Der zusätzliche 
Spannungsabfall ist hier nicht schlimm. Bei dir müßte eine solche 
Schaltung vor dem 5V Regler angeordnet sein.

Schau dir noch mal meinen Link an, und versuche die Schaltung zu 
verstehen. Eine Konstantstromquelle mit LM317 könnte man durchaus als 
Strombegrenzer verwenden.

von HildeK (Gast)


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DR schrieb:
>> Konstantstromquellen findest du aber viele hier im Wiki
>
> Ich möchte eine Konstantspannungsquelle mit 5V bauen.

Aber deine gewünschte Strombegrenzung ist nichts anderes als eine 
Konstantstromquelle. So wirkt sie, wenn die Strombegrenzung einsetzt.

DR schrieb:
> @Ina: Das ist nicht ganz das, was ich meine. Ich hatte es mir so
> vorgestellt, dass der Transistor direkt vor den 7805 kommt.

Nimm den Hinweis von Ina auf. Bis auf die Tatsache, dass du hinten einen 
7805 nimmst und vorne einen LM317 statt eines Transistors verwendest, 
erfüllt das deinen gewünschten Zweck.
Mit dem von dir vorgesehenen 100mΩ-Widerstand kannst du mit Transistoren 
sowieso nur Ströme oberhalb von 6A begrenzen (0.6V/0.1Ω) - da wäre noch 
ein Operationsverstärker notwendig.

von DR (Gast)


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Ina schrieb:
> Genau so? Nein. Ein einzelner Transistor ist noch keine Strombegrenzung.
> Dazu mußt du ihm noch den Basisstrom wegnehmen, wenn der Maximalstrom
> erreicht wird.

HildeK schrieb:
> Mit dem von dir vorgesehenen 100mΩ-Widerstand kannst du mit Transistoren
> sowieso nur Ströme oberhalb von 6A begrenzen (0.6V/0.1Ω) - da wäre noch
> ein Operationsverstärker notwendig.

OK, hab mich glaub ich etwas zu kurz mit meiner Erklärung gefasst. Der 
Kern des Ganzen wird ein Mikrocontroller, der anhand des gemessenen 
Stroms und der eingestellten Strombegrenzung den Transistor steuern 
soll. Nicht direkt natürlich, da wird wohl noch ein Treiber vor der 
Basis nötig sein. Und der Spannungsabfall am Low-Side-Shunt wird durch 
eine Schaltung mit OpAmp verstärkt, sodass der ADC des Mikrocontrollers 
was damit anfangen kann. Ich möchte hier übrigens einen Mikrocontroller 
benutzen, da gemessene Spannung, gemessener Strom und eingestellte 
Strombegrenzung auf einem Display angezeigt werden sollen, sonst würde 
ich ihn mir sparen.

Ich bin mir eben nur nicht sicher, ob das mit dem Transistor vor dem 
7805 grundsätzlich eine gute oder schlechte Idee ist.

von DR (Gast)


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Kleines Update: Ich hab mich jetzt dazu entschieden, einen LM 317 zu 
benutzen. Diesen werd ich dann über einen Impedanzwandler mit einem DAC 
ansteuern. Mal sehen, wie weit ich mit der Idee komme.

von Route_66 (Gast)


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Hallo!
Such doch mal im Netz nach LM723. Damit ist sehr viel möglich im Bereich 
Spannungsregelung  Strombegrenzung  Fold-Back-Verhalten.

von DR (Gast)


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Route_66 schrieb:
> Hallo!
> Such doch mal im Netz nach LM723. Damit ist sehr viel möglich im Bereich
> Spannungsregelung  Strombegrenzung  Fold-Back-Verhalten.

Den kenn ich, mit dem und einem 2N3055 hab ich schonmal ein Netzteil 
gebaut. Allerdings wollte ich diesen diesmal nicht verwenden, da man in 
fast jedem Thread über den Chip liest, dass er ineffizient und veraltet 
sei. Keine Ahnung, ob das stimmt (bei mir funktioniert er wunderbar), im 
Zweifelsfall würde ich mich heute aber wahrscheinlich für einen L200 
entscheiden, die waren (bis auf die Gehäuse) sehr einfach zu benutzen 
und recht günstig mit 1,50€.

Bei diesem Projekt geht es mir v.a. auch darum, meine 
Microcontroller-Kentnisse zu verbessern. Sonst würde ich das 
selbstverständlich komplett ohne Microcontroller bauen, aber da ich eh 
noch ein kleines Netzteil für meine Studentenbude brauche, bot es sich 
grad an, das miteinander zu verbinden.

von Harald Wilhelms (Gast)


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DR schrieb:
> Tag zusammen,
>
> ich plane, mir für meine Basteleien ein Netzteil zu bauen. 5V=, max. 1A.
> Die Spannung soll fest bei 5V bleiben, allerdings möchte ich eine
> einstellbare Strombegrenzung einbauen.

Dann nimm einen L200. Dieses IC kann sowohl Spannung wie auch Strom
regeln. Schaltung steht im Datenblatt.
Gruss
Harald

von Ulrich (Gast)


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Sowohl beim L200 als auch LM723 ist die Stromregelung nicht besonders 
genau. Das ist mehr eine Strombegrenzung als Schutzschaltung. Beim LM723 
ließe sich aber auch ein genaue Stromregelung hinzufügen. So schlecht 
ist das IC auch nicht, sonst hätte es sich kaum so lange gehalten. Ist 
halt alt und bewährt.

Den Shunt zur Strommessung sollte man größer (z.B. 0,5 - 1 Ohm) wählen, 
wenn man an kleinen Strömen interessiert ist. Wenn der Spannungsregler 
hinter dem Shunt sitzt, stört der größere Widerstand kaum.  Der Regler 
sollte dann aber einer mit konstantem Stromverbrauch sein, so wie der 
LM317, der 7805 ist da nicht so gut.

Mit dem LM317 kommt man aber nur schwer unter etwa 1,2 V - da braucht 
man dann in der Regel eine negative Hilfsspannung.

von DR (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Den Shunt zur Strommessung sollte man größer (z.B. 0,5 - 1 Ohm) wählen,
> wenn man an kleinen Strömen interessiert ist.

In welcher Größenordnung wäre man dann? Ich hab vor, die Ströme auf etwa 
1 - 5mA genau zu messen. Die 0,1 Ohm hab ich aus einem Datenblatt des 
LM358, in dem ein Schaltplan für einen Current Monitor war.

Mein momentaner Plan sieht so aus:
Trafo - Sicherung - Gleichrichter/Glättkondensator - LM317 - Shunt

Dazu kommt dann noch das ganze MC-Zeugs, also Display, ATmega8, 
Stromversorgung, etc. Mir ist aber v.a. der Zweig des "eigentlichen" 
Netzteils wichtig.

von Ulrich (Gast)


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Die normalen DMMs haben am Shunt einen Spannungsabfall von 200 mV am 
Bereichsende. Das ist schon ein ganz passender Kompromiss zwischen 
Auflösung und Wärmeentwicklung. Für 1 A wären das dann 0,2 Ohm und 0,2 W 
als Leistung.
Für 1 mA müsste man eine Spannung von 0,2 mV auflösen, was nach einem 
Nullabgleich noch relativ leicht ist.
Da der Shunt hier vor dem Regler liegt, stört etwas mehr Spannungsabfall 
eigentlich nicht und man könnte den Shunt auch größer Wählen. Nur hat 
man dann auch entsprechend mehr Wärmeentwicklung.

Wenn man die Schaltung für den Current monitor wählen will, sollte man 
den Shunt hinter dem Regler haben, aber dann den Teiler für die 
Rückkopplung erst hinter dem Shunt. So kann man den OP mit der Spannung 
vor dem Regler versorgen und hat so kaum Probleme mit dem 
Gleichtaktbereich. Mit dem Shunt vor Regler müßte der OP bis an die 
Versorgung arbeitenm was z.B. der LM358 nicht kann.

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