Hallo, Ich arbeite an einer Schutzschaltung fuer einen Current-Shunt. Ein Mosfet soll den Shunt ueberbruecken falls ein bestimmter Strombereich ueberschritten wird. Das ist im angehaengten Schaltbild nicht enthalten. Die Spannungsquelle links im Schaltplan ist die Information wann die Schutzschaltung aktiv werden soll ( kann Werte im Bereich 0V bis 3V annehmen ). Bei Ueberschreiten von ca. 0.32V input soll der FET durchgeschalten werden, bei Unterschreiten von ca. 0.27V soll der FET wieder deaktiviert werden ( Widerstaende passen evtl. noch nicht ganz, nur so ca. dimensioniert fuer die Simulation ). Diese Spannungswerte sind nur schwer aenderbar, werden durch andere Schaltungsteile so vorgegeben. In der Simulation funktioniert alles prima, auf dem Breadboard natuerlich nicht. Die Probleme fangen schon direkt nach dem Komperator an. Der Ausgang des LM339 steigt ueber einen ( zu ) weiten Bereich linear an....dass das an seinem endlichen Verstaerkungsfaktor liegt ist mir inzwischen klar. Dieser langsame Anstieg wird dann durch den Rest der Schaltung so weiter gereicht. Das ist ein Problem, da der FET bis zu 6A verkraften muss, daher sauber durchgeschaltet sein sollte. Ein weiteres Problem ist sicher um den Transistor zu suchen. In der Simulation bekomme ich sauber 9V am FET Gate, real werden es gerade mal 3-4V wenn der LM339 voll aussteuert. Da muss ich sicher auch nochmal ran, aber erstmal das Problem mit dem LM339 loesen. Wie koennte man die Schaltung verbessern? Ich bin auch offen fuer wegwerfen und neu machen ;) Es muss nicht unbedingt ein LM339 sein, nur ist der halt sehr guenstig und ich brauche diese Schutzschaltung gleich mehrfach im Aufbau. Gruss, Ingo
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Ingo B. schrieb: > Wie koennte man die Schaltung verbessern? Der LM339 hat Open Collektor Outputs. Du brauchst einen Pullup am Ausgang damit du den Transistor vernünftig und schnell durchsteuern kannst.
Die obere Schaltschwelle liegt bei über 40V. Willst Du das wirklich? Mitlesa schrieb: > Du brauchst einen > Pullup am Ausgang R4 ist der Pullup!
Mitlesa schrieb: > ... oooh jetzt seh ich ihn, den Pullup ..... OldMan schrieb: > R4 ist der Pullup!
Ingo B. schrieb: > Der Ausgang des LM339 steigt ueber einen ( zu ) weiten Bereich > linear an....dass das an seinem endlichen Verstaerkungsfaktor liegt ist > mir inzwischen klar. Wie weit ist der Spannungsbereich? Der Verstärkungsfaktor des LM339 ist 200000, das solltest du kaum etwas lineares beobachten können. Möglicher Erklärung: wenn du versehentlich den Ausgang auf den falschen Eingang rückkoppelst (Gegenkopplung statt Mitkopplung), dann bekommst du tatsächlich einen nennenswerten linearen Bereich. Ingo B. schrieb: > In der > Simulation bekomme ich sauber 9V am FET Gate, real werden es gerade mal > 3-4V wenn der LM339 voll aussteuert. Voll ausgesteuert nach oben bedeutet bei deiner Beschaltung ca. 1V am Komparatorausgang. Um mehr Spannung zu sehen, müsste der Pullup niederohmiger und/oder der Basiswiderstand höherohmig sein. Aber auch so muss das reichen, dass das Gate des FET nahe 0V liegt. Voll ausgesteuert nach unten bedeutet, dass an der Basis 0V anliegen und Q1 sperrt. Das Gate des FET muss dann auf der Spannung der Zenerdiode liegen, sonst ist was faul. Entweder falsche Zenerdiode oder Q1 falsch rum eingebaut (im Inversbetrieb lässt er auch ohne Basisstrom einen nennenswerten Kollektor-Emitter Strom fließen). OldMan schrieb: > Die obere Schaltschwelle liegt bei über 40V. Ich fürchte, das hast du dich verrechnet. Auch wenn die Widerstandswerte völlig daneben wären (was sie nicht sind) kann die Schaltschwelle nicht über 3,3V liegen (wo soll die höhere Spannung herkommen?)
Noch ne Idee zu den 3-4V am Gate des FET: wenn du statt einer Mitkopplung eine Gegenkopplung gebaut hast, dann kannt der Komparator schwingen. R8 und C1 bilden dann den Mittelwert über die Schwingung und du siehst etwas, das unter der halben Zenerspannung liegen muss. Würde die 3-4V auch erklären. Eine Oszimessung schafft ggf. Klarheit.
Hi, ohne die Schaltung anzusehen... > Ein Mosfet soll den Shunt ueberbruecken falls ein bestimmter > Strombereich ueberschritten wird > Bei Ueberschreiten von ca. 0.32V input soll der FET > durchgeschalten werden, bei Unterschreiten von ca. 0.27V soll der > FET wieder deaktiviert werden Woher soll die Schaltung wissen daß der Strom gesunken ist, und nicht nur die Spannung am Shunt durch den eingeschalteten FET? Wenn Du irgend eine krumme Spannung am Gate mißt kann es gut sein daß Du in Wirklichkeit den Mittelwert einer Dauerschwingung hast.
Also...kleine Berichtigung: nach einem viel zu grossen linearen Bereich werden dann die 9V erreicht. Das mit dem 3-4V war mein Fehler. Das Basteln wurde fuer Tage durch den Beruf unterbrochen, und dann hab ich glatt den 7815 vergessen...fand der natuerlich nicht so gut dass ich die Schaltung mit 5V versorgen wollte. Also, 20V rein, dann passen die Spannungen und die 9V werden auch erreicht. Im "linearen" Bereich schwingt tatsaechlich die Schaltung, die Gate-Spannung ergibt sich in dem Bereich aus einer "0V/9V PWM". In der Schaltung liegen eigentlich 2 Shunts in Serie, der parallel zum FET fuer den niedrigen Strombereich, und danach einer fuer den hoeheren Strombereich. @Martin: Der Eingang im Schaltplan kommt von diesem Shunt darueber, ich zieh mir also nicht den Input unter den Fuessen weg wenn der FET durchschaltet. Wie auch immer...diese Shunt-Kette versorge ich zum Testen mit einem Netzteil im CC Mode. Und dieses Netzteil ist wohl ein ziemlicher Mist. Wenn der FET durchschaltet werden die 100 Ohm Last abgeworfen ( der Shunt parallel zu dem FET ), das Netzteil kommt da nicht hinterher, der Strom bricht kurz ein, damit erreicht der LM339 wieder die untere Hysterese, schaltet den FET wieder aus....u.s.w. Das verhaelt sich dann wie eine regelbare PWM, dadurch der lange lineare Bereich, bis sich die Schaltung dann stabilisiert und das Gate sauber bei 9V liegt. So indirekt hat Martin also schon recht, durch das lausige Netzteil bricht mir der Eingang weg. Ironischerweise war die Unzuverlaessigkeit eben dieses Netzteils der Anstoss zu der ganzen Schaltung. Ich werd es also mal raus nehmen und mir eine regelbare Stromquelle 0-20mA zusammenstecken, und dann mal sehen welche Probleme verschwinden.
@ Ingo B. (ingob) >Ich arbeite an einer Schutzschaltung fuer einen Current-Shunt. Ein >Mosfet soll den Shunt ueberbruecken falls ein bestimmter Strombereich >ueberschritten wird. Welcher Strombereich? Wie groß ist der Shunt? Normalerweise macht man das rein passiv mit einer Klemmdiode. Bis 0,5V lässt die nur Mikroampere durch, ab 0,7V übernimmt sie nahezu den gesammten Strom. >Wie koennte man die Schaltung verbessern? Dein Problem ist auch, dass du damit einen Oszillator baust. Strom zu hoch -> Spannung am Shunt zu hoch -> Schaltung schaltet MOSFET ein -> Spannung am Shunt zu klein -> Schaltung schaltet MOSFET aus -> Spannung am Shunt zu hoch
Kann man nicht einfach alles entfernen und stattdessen eine fette Diode zum Current-Shunt parallel schalten?
dterkrad schrieb: > Kann man nicht einfach alles entfernen und stattdessen eine fette Diode > zum Current-Shunt parallel schalten? Hat Falk Brunner bereits angemerkt.
Ingo B. schrieb: > Ich arbeite an einer Schutzschaltung fuer einen Current-Shunt. Ein > Mosfet soll den Shunt ueberbruecken falls ein bestimmter Strombereich > ueberschritten wird. Mit einem Haufen von Silizium (und selbst mit nur einer Hochstromdiode) ein Stück Konstantan schützen zu wollen, kommt mir irgendwie wiedersinning vor. Ein Shunt, der 50A oder 100A verträgt, ist doch kein Problem. Ich hab letztens ein billiges V-A Pannelmeter gekauft, da war ein 50A gleich mit bei. http://de.aliexpress.com/item/J35-Free-Shipping-DC-100V-50A-Dual-LED-Digital-Voltmeter-Ammeter-Amp-Volt-Meter-Current-Shunt/2055594022.html War zwar nicht dieser Anbieter, gibts aber bei tausend anderen auch. MfG Klaus
Es gibt schon shunts für 100 A, aber mit denen kann man kaum mA Ströme vernünftig messen. Bei einem 100 Ohm Shunt wird es mit 10 A schon schwer. Der Standard bei Multimethern ist die Diode (oder eher 2-3 in Reihe) zur Begrenzung der Spannung. Im Prinzip sollte es gehen den Shunt für den kleinen Strom per MOSFET zu überbrücken - für die eine Richtung hat man schon eine Diode mit drin. Die sich ändernde Impedanz kann aber halt die Quelle stören und zurückwirken, ggf. bis zum schwingen. Das Ansprechen bei ca. 0,3 V am kleineren Shunt könnte schon reichlich spät sein - da hätte man dann schon einige Volt am Shunt den man Überbrückt. Ich hätte ein Ansprechen eher so bei etwa 50 mV erwartet - das wären dann 500 mV am 10 mal größeren Shunt. Vom Aufbau wäre es logischer den Shunt für hohe Ströme auf der GND Seite zu haben. Da sollte man ggf. den Plan noch mal ergänzen.
@Mitlesa: die 1k/2.2uF sollte eine Zeitkonstante sein, um das Umschalten bei kurzen Peaks zu vermeiden...der FET ist dazu da dass der Widerstand nicht abbrennt. Hab ich aber im derzeitigen Testaufbau auch nicht eingebaut. Waere vielleicht auch geschickter eine Zeitkonstante eher vor dem Transistor einzubauen, mit den momentanen Problemen ist das aber nicht wirklich wichtig. Das Ganze ist Teil des Stromtracking eines Netzteils, das sowohl hoch bis 6A liefern soll, aber auch den Verbrauch eines Mikrocontroller im Sleep Modus irgenwo im uA Bereich sauber messen soll. Fuer die 6A ist ein 0.01 Ohm Shunt verbaut. Man koennte das alles ueber den einen Shunt laufen lassen und dann halt die Verstaerkung des Current Sense Verstaerkers hochschalten. Ein richtig grosser Verstaerkungsfaktor multipliziert halt auch das Rauschen mit. Daher die Idee mehrere Shunt Stufen zu verbauen, und diese dann schrittweise abzuschalten. So ganz Abwegig ist das nicht, in der Linear AN105 findet sich etwas Aehnliches. Ich habe Schaltungen gesehen die mit Schutzdioden arbeiten. Dort waren die Leckstroeme der Dioden ein Problem, die dann ziemlich haessliche Nichtlinearitaeten verursacht haben, speziell im uA Bereich. So direkten Overkill fand ich die Schaltung jetzt noch nicht, fuer alle Stufen brauch ich in Summe einen lm339, einen 74hc08 und etwas Huehnerfutter. Ich koennte auch die ganze Schaltung rauswerfen und den Mikrocontroller der ohnehin den Rest steuert die FETs schalten lassen. Nur...ein SW Bug oder einen Breakpoint mal unbedacht gesetzt und es riecht nach Ampere... @Falk: Es sollte kein Oszillator warden, da der Wert fuer den Komperator eben nicht von dem Shunt kommt den er ueberbrueckt. Ansonsten gaebe ich dir Recht, das waere Unsinn. Ob der Aufwand dann zum Ergebniss passt ist natuerlich die Frage. Aber zum Glueck ist beim Basteln ja kein Controller anwesend, dann versuch ichs erstmal.
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Angehaengt mal die ganze Schaltung um Missverstaendnisse zu vermeiden...ist aber so noch nicht komplett aufgebaut. @Lurchi: Die Umschaltpunkte / Shunts sind so gewaehlt, dass selbst in den hohen Bereichen max 1/3 Watt verbraten werden. Was in der ersten kleinen Schaltung fehlt sind die Current Sense Amplifier, daher die hoeheren Spannungen als von dir erwartet. Der 100 Ohm Shunt soll z.B. nur bis 6mA gehen, damit fallen 0.6V oder 0.0036Watt ab. Die Current Sense Amplifier sind LT6105, mangels Spice Modell durch stromabhaengige Spannungsquellen simuliert. Ja derzeit stoert wohl die sich aendernde Impedanz die Quelle, wobei die Quelle anscheinend auch ziemlich schlecht ist. In der Simulation funktioniert es wunderbar, inkl. der echten Quelle die ich aber zum Testen noch nicht verwende....erstmal die Komponenten stabil bekommen bevor ich es zusammenbau.
@ Ingo B. (ingob) >Das Ganze ist Teil des Stromtracking eines Netzteils, das sowohl hoch >bis 6A liefern soll, aber auch den Verbrauch eines Mikrocontroller im >Sleep Modus irgenwo im uA Bereich sauber messen soll. ;-) Und du glaubst, eine Strommessung über 3-5 Dekaden ohne Messbereichsumschaltung einfach mal so zu bauen? Dream on. Kein Mensch braucht sowas, das kann man problemlos getrennt messen. Ja, Profis können sowas mit einem logarithemischen Verstärker oder anderen cleveren Ansätzen bauen. Aber der Aufwand ist hoch und lohnt sich hier nicht mal ansatzweise. >multipliziert halt auch das Rauschen mit. Daher die Idee mehrere Shunt >Stufen zu verbauen, und diese dann schrittweise abzuschalten. So macht das jedes normale Multimeter. >Ich koennte auch die ganze Schaltung rauswerfen und den Mikrocontroller >der ohnehin den Rest steuert die FETs schalten lassen. Nur...ein SW Bug >oder einen Breakpoint mal unbedacht gesetzt und es riecht nach Ampere... Und morgen fällt der Mond runter . . .
@Falk: Wir sind uns einig, reden nur aneinander vorbei. Definitiv mit Bereichsumschaltung ueber verschiedene Shunts. Ja getrennt messen, also ausserhalb des Netzteiles ginge schon. Wird aber auch nicht einfacher, dann entweder wieder mit einer hohen Verstaerkung um den Spannungsabfall zu minimieren, oder mit externen Sense-Leitungen um einen hoeheren Spannungsabfall auszugleichen. Nur wenn ich eh schon ein Netzteil bau, kann ich die Mimik auch dort unterbringen, waere in etwa die gleiche Schaltung nur mit kuerzeren Verbindungen.
Die Übergrückung der Shunts reduiert den Widerstand der Schaltung und erhöht damit den Strom weiter. Die Schaltung ist damit von der Tendenz instabil und kann je nach äußerer Beschaltung ggf. schwingen - gerade mit der Verzögerung. Man sollte die Rückwirkung also besser klein halten und die nicht mehr benötigten Shunts so früh wie möglich überbrücken. Damit wird der Spannungssprung geringer. Normal reichen etwa 200 mV am Shunt für eine vernünftige Messung - viel mehr will man in der Regel auch nicht als Spannungsabfall haben. Die passende Abschaltung wäre also eher bei etwa 300 mV am Shunt der Überbrückt wird - das wären dann etwa 30 mV am 10 mal kleineren. Für kleine Ströme, unter etwa 10 mA wäre ggf. eine Umschaltung auf einen Transimpedanzverstärker die bessere Wahl - da hat man einen größeren BEreich den man ohne Umschaltung messen kann. Die Leckströme beim Schutz durch dioden kriegt man auch den Griff, wenn man will. In der Regel hat man 2 Dioden in Reihe (wegen der Leckström) - wenn man will, kann man die Spannung an der einen per Bootstrapping auf fast 0 halten. Damit kreigt man auch ein 10 A Diode in den Bereich unter 1 nA. Auch mit MOSFETs hat man nicht zu vernachlässigende Leckströme, müsste also auch da den gleichen Trick nutzen.
Es war ein defektes Netzteil, auf dem Ausgang hatte es mehr als 300mV Ripple, damit funktioniert dann nichts mehr. Jetzt mit einem vernuenftigen Netzteil verhaelt sich die Schaltung wie erwartet. Die FETs sind mit 35mV RdsOn nicht toll, besonders in Relation zu dem 10mOhm Shunt fuer den 6A Bereich. Es waere wohl besser den 100Ohm wie bisher mit einem FET zu bruecken, dann aber den zweiten FET die beiden Widerstande 100+10, und der dritte FET brueckt 100+10+1. Damit waere maximal nur ein FET unter Last statt jetzt bis zu 3. Damit koennen die 2 FETs fuer die 100/10er Shunts auch kleiner ausfallen, und fuer den 6A Bereich ein neuer FET mit 5-10mOhm RdsOn. Ausserdem wuerde 74er Logik damit wegfallen. Derzeit bin ich aber erstmal dabei einen ADC/xMega in Betrieb zu nehmen, und um etwas uefer die Performance zu sagen muss ich dann wohl auf eine Leiterplatte. @Lurchi: Ja die Leckstroeme sind noch ein Thema...
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Ein grunsätzlicher Hinweis: Elektronikbasteln ohne Oszilloskop ist wie Stochern im Dunklen. Selbst mit dem billigsten Oszilloskop hätten sich die Funktionsprobleme der Schaltung ohne viel Fragerei in wenigen Minuten klären lassen.
@Eric: Ja danke fuer den Hinweis, ein Oszi steht sogar am Platz. Ich hab auch fleissig gemessen, es ergab nur keinen Sinn. Am Labornetzteil hatte ich sogar noch ein zusaetzliches DMM, sah auch alles super aus da es die symetrische Schwingung schoen rausgemittel hat. Es hat halt eine Weile gedauert bis ich das Netzteil im verdacht hatte, und es dann mal im Leerlauf mit dem Oszi untersucht hab. Bis dahin bin ich davon ausgegangen dass der Fehler an mir liegt und alle beobachteten Effekte durch die Schaltung selbst verursacht warden. Ist ja auch meistens so, aber halt manchmal auch nicht. Vielleicht solltest du aus dem Forum austreten wenn dich Posts stoeren. Fuer mich jedenfalls waren die Anregungen hilfreich, z.B. dass ich mit Leckstroemen bei FETs genauso aufpassen muss hab ich dazu gelernt. Im Uebrigen hab ich eine handvoll Threads gefunden wo ein aehnliches Vorhaben diskutiert wurde - Strommessung mit automatischer Bereichsumschaltung - aber nie bis zu einer Schaltung hin weiterverfolgt wurde. Der Naechste mit dem gleichen Vorhaben findet diesen Thread dann vielleicht hilfreich, sei es als Idee wie man es machen kann, oder als Hinweis wie man es nicht macht.
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