OP Sättigung verhindern

[Rico C. (oss)]

Hallo,

ich habe mir eine Stromsenke wie hier beschrieben gebaut:
http://www.modellflugverein-reinickendorf.de/hp/images/c/c1/HP_Stromsenke_Schematics.png

Im Anhang habe ich noch eine Stufe vereinfacht dargestellt. 
Grundsätzlich funktioniert das Ganze hervorragend, allerdings habe ich 
noch zwei Probleme, die ich gerne lösen würde:

1) Ist keine Last an der Stromsenke, so geht der OP in die positive 
Sättigung, auch wenn U_Control auf GND ist. Die Leistungstransistoren 
steuern also voll durch und ich habe an U_BAT etwa 0.5V. Schliesse ich 
nun eine Last an, so habe ich im ersten Moment praktisch eine 
Kurzschluss, bis die OPs nachregeln. Dies gibt b4ei höheren Spannungen 
einen ordentlichen Funken.

2) Ich kann bei angeschlossener Last den Strom nicht ganz abstellen, 
auch wenn U_Control auf GND ist, habe ich bei 8 Stufen einen Strom von 
ca. 100mA.

Am liebsten wäre mir eine Art Offsetspannung (0.5V z.B.), sodass der 
Ausgang des OPs auf GND ist, solange U_Control kleiner als diese 
Offsetspannung ist.

Ist dies auf einfache Art realisierbar oder gibt es noch andere 
Möglichkeiten, die Probleme zu beheben?

Besten Dank,
Rico

[Jens G. (jensig)]

>steuern also voll durch und ich habe an U_BAT etwa 0.5V. Schliesse ich
>nun eine Last an, so habe ich im ersten Moment praktisch eine
>Kurzschluss, bis die OPs nachregeln. Dies gibt b4ei höheren Spannungen
>einen ordentlichen Funken.

Getestet? Oder nur vermutet?
Der Kurzschlußstrom kann höchstens dem entsprechen, was R14 in 
Verbindung mit der Ansteuerspannung erlauben würde.
Auch die begrenzte Stromverstärkung des T und dessen Basis-R würde einem 
höheren Kurzschlußstrom entgegenwirken.
Auch dürfte die Einregelzeit ziemlich kurz sein, so daß in Summe wohl 
kaum ein stärkerer Funken entstehen kann (es sei denn, Du hast einen 
dickeren C am Ubat noch dran).

[ArnoR (Gast)]

Rico C. schrieb:
> Ich kann bei angeschlossener Last den Strom nicht ganz abstellen,
> auch wenn U_Control auf GND ist, habe ich bei 8 Stufen einen Strom von
> ca. 100mA.

Du hast einen IO-RtR-OPV, d.h. dass der bei U_control=0 normalerweise 
auch am Ausgang auf 0 geht. Bei dir ist das aber nicht so, weil deine 
Schaltung schwingt. Der OPV hat keine besonders große Phasenreserve und 
das bisschen frisst der Tiefpass aus R10 und dem Transistor auf.

Rico C. schrieb:
> Ist keine Last an der Stromsenke, so geht der OP in die positive
> Sättigung

Dann gib dem doch einen kleinen vertretbaren Offset durch einspeisen 
eines kleinen positiven Stromes in den R14.

[Rico C. (oss)]

Jens G. schrieb:
> Getestet? Oder nur vermutet?
> Der Kurzschlußstrom kann höchstens dem entsprechen, was R14 in
> Verbindung mit der Ansteuerspannung erlauben würde.

Hallo,

Habe den Funken zuerst entdeckt und mich gewundert, warum das sein kann, 
da überhaupt kein C an U_BAT hängt. R14 ist übrigens 100mOhm, und davon 
sind imsgesamt 8 parallel, da kann also ordentlich Strom fliessen.

Aber Du hast recht, es ist nur kurz beim Anschliessen der Last ein 
Problem, habe mich eben gewundert warum das so ist und nun eine 
Erklärung gefunden.

[Eberhard H. (sepic)]

Falls der OpAmp nicht schwingt (schon überprüft?), liegt es evtl. auch 
an deinem Aufbau.

Offensichtlich liegen am nicht invertierenden Eingang auch mit U_Control 
= 0V bereits wenigstens ein paar mV mehr als am invertierenden Eingang 
an (auf jeden Fall deutlich mehr als die typische Offset-Spannung des 
verwendeten OpAmps).

Falls sich das Übel nicht an der Wurzel beseitigen lässt, nimmst du z.B. 
einen 1MOhm-Widerstand vom invertierenden Eingang nach +5V und z.B. 
einen 2,2kOhm-Widerstand vom invertierenden Eingang nach R14 (die 
bisherige Verbindung also auftrennen).

Das hebt die Spannung am invertierenden Eingang um ca. 11mV an.
Vielleicht hilft's ...

[Rico C. (oss)]

ArnoR schrieb:
> Dann gib dem doch einen kleinen vertretbaren Offset durch einspeisen
> eines kleinen positiven Stromes in den R14.

Hallo,

danke für den Tipp. Meinst Du das etwa so wie im Anhang? Das ergäbe dann 
etwa 1.7mV Offset bei 17mA Strom durch R30 (ca. 0.2W). Vielleicht genügt 
dies ja schon...

[isofix (Gast)]

Ich hätte eher an so etwas gedacht wie eine Z-Diode vom Ausgang zum - 
Eingang. Der dann über einen 1k Widerstand an R14 angebunden ist. Steigt 
die Ausgangsspannung über die Z-Spannung, geht - hoch und die 
Ausgangsspannung bleibt.

[Rico C. (oss)]

Eberhard H. schrieb:
> Falls sich das Übel nicht an der Wurzel beseitigen lässt, nimmst du z.B.
> einen 1MOhm-Widerstand vom invertierenden Eingang nach +5V und z.B.
> einen 2,2kOhm-Widerstand vom invertierenden Eingang nach R14 (die
> bisherige Verbindung also auftrennen).

Hallo und vielen Dank für den Beitrag. Ich denke Du meinst das so wie im 
Anhang?

Ich denke das sollte so funktionieren und ist simpel im Aufbau, werde 
ich mal testen!

Werde mal noch mit dem KO testen, wie die Ausgangsspannung der OPs ist.

[Lurchi (Gast)]

Gegen schwingungen sollte noch ein kleiner Kondensator (z.B. 100 pF-1nF) 
vom Ausgang des OPs zum inv. Eingang.

Um das zu weite Hochlaufen des OPs zu verhindern, könnt man die Spannung 
am OP Ausgang begrenzen. Das ging etwa mit einem PNP Transistor in 
Basisschaltung mit dem Emitter zum Ausgang des OPs und dem Kollektor zum 
inv. Eingang. Die Spannug an der Basis legt das Limit fest.

Etwas andere Begrenzung wäre ein Shottkydiode von der Basis zum 
Kollektor - unter etwa 200 mV kommt man dann halt nicht mehr.

[Hp M. (nachtmix)]

Rico C. schrieb:
> Ist keine Last an der Stromsenke, so geht der OP in die positive
> Sättigung, auch wenn U_Control auf GND ist. Die Leistungstransistoren
> steuern also voll durch

Dieses Verhalten hat bei Stromquellen schon einigen Laserdioden das 
Leben gekostet.
Alternativ schliesst man den Lastkreis kurz anstatt ihn zu unterbrechen.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Wenn man den Basiswiderstand weglaesst geht der OpAmp nicht in die 
Saettigung, sondern drueckt den Basisstrom so rein, dass die 
Emitterspannung trotzdem erreicht wird. Bei zu hoher Stromvorgabe ist 
der NPN dann aber kaputt. Vorausgesetzt der OpAmp bringt den Strom.

So erreicht man ziemlich hohe Bandbreiten.

[Lurchi (Gast)]

Wenn man den Transistor durch viel Basisstrom hart in die Sättigung 
treibt, hat man auch einen größeren Peak beim Strom. So etwas wie ein 
2N3055 braucht da schon einige µs um auszuschalten. Wenn es schnell sein 
soll muss man die Sättigung des Transistors verhindern, etwa mit der 
Schottkydidode am Transistor.

Einen Leistungstransistor kriegt so ein kleiner OP nicht kaputt. Da is 
ggf. der Strom schon knapp um auf viel mehr als 1 A zu kommen.

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Rico,

hier mein Weihnachtsgeschenk.

Diese Schaltung löst zwei Probleme.

1.) Verhindern dass der Stromregler-Opamp in Sättigung geht.

2.) Vermeiden dass bei 0V Steuerspannung scheinbar schon einige mV 
anliegen wegen Eingangsoffsetspannung (+/-3mV).

Damit jeder mitsimulieren kann gibt es im Anhang die Dateien für 
LTspice. Einfach den zip-file in ein beliebiges Verzeichnis entpacken 
und dann den .asc File in LTspice öffnen und RUN drücken.


Es ist schon ein ziemlicher Aufwand notwendig um die Übersteuerung zu 
verhindern. Ob du den Aufwand spendieren willst musst du selber 
entscheiden.

Gruß
Helmut

[Rico C. (oss)]

Hallo nochmals,

noch kurz zur Messung die ich gemacht habe: Bei den 8 Stufen waren im 
Leerlauf die Ausgangsspannungen der OPs sehr unterschiedlich: einige in 
Sättigung, einige nahe GND und einige irgendwo dazwischen, Schwingungen 
hatte es aber keine.

Ich habe die Elektronik mittlerweile schon wieder neu gemacht mit dem 
Vorschlag von Eberhard H.(Spannungsteiler 1M/2k2 beim invertierenden OP- 
Eingang). Gestern Abend konnte ich den neuen Aufbau noch testen. Im 
Leerlauf sind nun alle OP-Ausgänge auf GND (unter 2 mV), die 
Leistungstransistoren sperren also schön. Es gibt auch überhaupt keinen 
Funken mehr, wenn ich eine Quelle anschliesse. Bei U_Control == GND 
fliesst bei angeschlossener Quelle ein Strom von ca. 600uA, also auch 
dieses Problem wurde damit erfolgreich gelöst :) Härtetest bei 15V und 
40A (600W) ging auch problemlos, funktioniert nun also alles bestens.

Also nochmals vielen Dank an Eberhard H. für den simplen Vorschlag!

Einzig unter Last habe ich leichte Schwingungen (bei 10A waren es etwa 
+-50mA bei allen 8 Stufen zusammen). Hier hätten die Cs zwischen 
OP-Ausgang und inv. Eingang wahrscheinlich geholfen nehme ich an, leider 
hatte ich auf dem Print keinen Platz mehr. Damit kann ich aber auch gut 
leben.

Vielen Dank natürlich auch allen anderen Beteiligten und frohe Festtage!

Gruss,
Rico

[Lachender Eskimo (Gast)]

Rico C. schrieb:

> Einzig unter Last habe ich leichte Schwingungen

> Hier hätten die Cs zwischen
> OP-Ausgang und inv. Eingang wahrscheinlich geholfen nehme ich an,

Ja.

> leider hatte ich auf dem Print keinen Platz mehr.

Die pins von OP-Ausgang und inv. Eingang liegen direkt nebeneinander.
Da passt bestimmt noch ein SMD-Kondensator dazwischen.

[Andreas H. (ahz)]

Helmut S. schrieb:
> Damit jeder mitsimulieren kann gibt es im Anhang die Dateien für
> LTspice.

Hallo Helmut

Allein das Bild ist ja schon ein Vorzeigebeispiel, wie übersichtlich ein 
LT-Spice Setup aussehen kann.

Wollte ich nur mal anmerken.

Fröhliche X-Mas

Andreas

[Eberhard H. (sepic)]

Freut mich, dass der Tipp so wirkungsvoll geholfen hat. :-)
Nun kann Weihnachten kommen - allen schöne Feiertage!

Eberhard

[Rico C. (oss)]

Lachender Eskimo schrieb:
> Die pins von OP-Ausgang und inv. Eingang liegen direkt nebeneinander.
> Da passt bestimmt noch ein SMD-Kondensator dazwischen.

Hallo, tja, jetzt rächt sich die Faulheit wieder :) Hatte das Layout 
schon fertig als mir das mit den Cs noch eingefallen ist und war dann zu 
faul das nochmals zu ändern... Die OPs sind eben SO-14 und das Layout 
passt leider nicht zum da noch irgendwo die Cs einzubauen. Werde aber 
noch versuchen, 0603er direkt auf die Pins der OPs zu löten.

[Lachender Eskimo (Gast)]

Rico C. schrieb:
> 0603er direkt auf die Pins der OPs zu löten.

Ja, so meinte ich das auch.
Prima!
:-)