Hallo Leute, ich versuche eine mehrkanalige Konstantstromquelle zu bauen Eckdaten sind: 10uA ... 150mA mit 1% Genauigkeit. Die Quelle muss bewusst so tief regeln können. Die Last wird eine andere Schaltung sein, die als veränderbarer Verbraucher mittels eines angesteuerten Power-FETs funktioniert Ich hatte erst mal separate Kanäle wie im Bild nach folgenden Link aufgebaut: https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle Das hat wunderbar funktioniert, die Stromquelle war am Ausgang stromkonstant und je nach FET-Ansteuerung spannungsunabhängig Dieselbe Last hatte mehrere Lastanschlüsse, also mehrere FETs, jedoch einen gemeinsamen Sourceanschluss. Nun möchte ich das ganze weiter aufblähen, sehe aber dass es weit einfach wäre, meine variable Last auf die Emitterseite zu bringen, weil eben die Source aller FETs gemeinsamen verbunden sind. Ziel ist den gleichen Ausgangsstrom 10uA...150mA von vier Quellen mit nur 1 Stellwiderstand für alle den gleichen Ausgangsstrom einzustellen. Verwendung von einer einzigen DC-Quelle. Siehe Bild 3. Funktioniert in der Simulation wunderbar. Aber aufgebaut sehe ich eben, dass die Ströme gewaltig unterschiedlich sind. Einstellbarkeit durch R4 klappt. Ich habe die Lasten direkt mit Amperemeter kurzgeschlossen, also ohne diese "Last-FETs" M3, M4. Die Widerstände R1 und R7 sind aufeinander abgestimmt, damit sie möglichst gleich sind (0,5% Widerstände und nachträgliche noch angepasst). und trotzdem habe ich noch round-about 5% im Hohen wie auch niedrigen Strombereich. Was kann ich das hier noch verbessern? die 4 OPs sind in einem Package, dem TLV2374. Danke an eure konstruktiven Ideen
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Christian schrieb: > Die Widerstände R1 und R7 sind aufeinander abgestimmt, damit sie > möglichst gleich sind (0,5% Widerstände und nachträgliche noch > angepasst). und trotzdem habe ich noch round-about 5% im Hohen wie auch > niedrigen Strombereich. Was kann ich das hier noch verbessern? Du hast einfach den Fehler gemacht, der immer gemacht wird. Du hast in die Rückkoppelschleife des OPV einen fetten MOSFET mit rel. großem Gatewiderstand eingebaut und erwartest, dass das keine Auswirkungen hat. Tatsächlich aber ist damit die Phasenreserve des OPV aufgezehrt und das Ding schwingt. Schau mal mit einem Oszi (mit 10:1-Tastkopf) das Signal am Ausgang eines OPV an.
Christian schrieb: > Ich habe die Lasten direkt mit Amperemeter kurzgeschlossen, also ohne > diese "Last-FETs" M3, M4. vielleicht liegt hier ein Teil des Problems. Du hast die vier Kanäle nacheinander gemessen, oder? Und jeweils die drei Kanäle, an denen gerade kein Amperemeter angeschlossen war, konnten den geforderten Strom nicht treiben (da keine Last vorhanden). Drei der vier OPV im Gehäuse sind damit jeweils völlig übersteuert, nur einer (den du grade misst) kann im vernünftigen Bereich arbeiten. Vielleicht schlägt die Übersteuerung der drei anderen auf die Genauigkeit des gerade betrachteten durch. Miss doch nochmal mit einer Last an allen vier Kanälen (also wenn alle vier Quellen gleichzeitig im linearen Bereich arbeiten)
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@ArnoR Das Ausgang sieht in meinen Augen recht gut aus. @ Achim S. Ich habe an jeden Kanal 1 Multimeter dran hängen und messe bei einem Dummy-Rset z.B. 392uA, 621uA, 455uA, 403uA. Nun, das mit den 5% stimmt wohl doch nicht mehr so ganz, hatte das anders in Erinnerung. Auch sind diese Werte nicht konstrant sondern schwingen minimal mit +-2uA mit anderen RSet: 13,68mA, 13,90mA, 13,74mA, 13,27mA 3 der 4 Multimeter sind gleichen Typs. Dieselben dicken FETs hatte ich schon in meiner Single-Kanal Schaltung verwendung und da eben kein Schwingen gehabt. Ich hatte diese Brummer gewählt, weil sie Eben 150mA x ca 11V an Leistung verbraten können müssen sofern mein LastFET auf Kurzschluss geht.
Christian schrieb: > 392uA, 621uA, 455uA, 403uA. Nun, das mit den 5% stimmt wohl doch nicht > mehr so ganz, hatte das anders in Erinnerung. bei welchen Sollwerten? Oder anders gefragt: wie groß ist der Fehler jetzt konkret? Sollten bei dieser Messung jetzt alle Quellen 400µA treiben oder wie? Wie groß sind dabei RSet und wie groß ist die Eingangsspannung? Ohne diese Info sagen die gezeigten Stromwerte für sich allein erst mal nichts über die Genauigkeit deiner Schaltung. Falls alle Stromwerte eigentlich gleich sein sollten: 1) tausche mal die Multimeter durch und schaue, ob der "Fehler" mit den Messgeräten mitwandert oder ob der Fehler wirklich am Kanal hängt. 2) miss bei allen Kanälen mal den Spannungsabfall am jeweiligen RSet (mit einem Multimeter, einen Kanal nach dem anderen). Siehst du Unterschiede im Spannungsabfall, die zu den Unterschieden im gemessenen Strom passen? Christian schrieb: > Auch sind diese Werte > nicht konstrant sondern schwingen minimal mit +-2uA Nur zur Begriffsklärung: das "Schwingen", von dem weiter oben (Arno) die Rede war, liegt in einem ganz anderen Frequenzbereich als ein Schwingen, das du auf dem Multimeter erkennen kann. Wenn bei dir die letzten Stellen des Multimeters wackeln, kann das einfach an der Streuung des Messgeräts oder an Temperaturdrifts liegen.
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Christian schrieb: > Dieselben dicken FETs hatte ich schon in meiner Single-Kanal Schaltung > verwendung und da eben kein Schwingen gehabt. Naja, kann sein wenn die Last (R2) sehr niederohmig ist. Meine Simu mit deinen Werten zeigt jedenfalls eine nicht ausreichend stabile Schaltung. VG ist 11V mit 100mVss überlagertem Rechteck. Mit kleinerem R4 (1K) sieht es nicht besser aus.
Du musst den OPV kompensieren indem du ne Rückkopplung direkt vom Ausgang auf den negativen Eingang machst. Häufig mit D-Anteil per Kondensator. Davon wird der Regler langsamer aber er schwingt nicht mehr. R2 ändert nichts an der Schwingfähigkeit des Systems, R2 ändert nur die Regelverstärkung. Das sieht man am Diagramm auch sehr schön, sowohl die DC- als auch die AC-Komponente wird mehr oder weniger stark verstärkt.
die Daten des OPs veschlechtern sich auch in der Nähe des positiven Rails. Schau mal ins Datenblatt z.B. Input Offset Spannung über Common Mode Input Spannung.
THOR schrieb: > R2 ändert nichts an der Schwingfähigkeit des Systems Doch, das tut er. R2 bestimmt die Spannungsverstärkung des Mosfet und damit die am Gate wirksame Millerkapazität. Diese Kapazität bildet mit dem Gatewiderstand+Ausgangswiderstand des OPV einen Tiefpass, der die Phasenreserve vermindert. Das sieht man in der Simu daran, dass die Amplitude der Schwingung sich nicht im Verhältnis 3:1, sondern stärker ändert. Außerdem ist bei kleineren Lastwiderständen auch die Spannung am Mosfet größer, was dessen Kapazitäten verringert.
Egal wie klein die Kapazität wird, schwingFÄHIG bleibt das System immer. Es schwingt weniger, ja. Aber es ist immer grundsätzlich in der Lage zu schwingen. Es sei denn, man kompensiert.
THOR schrieb: > Egal wie klein die Kapazität wird, schwingFÄHIG bleibt das System immer. ?Die übliche Haarspalterei? Ein Mosfet ohne Kapazitäten würde keine Phasendrehung in der Rückkoppelschleife machen, die Schaltung wäre so stabil wie der OPV allein.
Achim S. schrieb: > bei welchen Sollwerten? Oder anders gefragt: wie groß ist der Fehler > jetzt konkret? Sollten bei dieser Messung jetzt alle Quellen 400µA > treiben oder wie? Wie groß sind dabei RSet und wie groß ist die > Eingangsspannung? neue Messung R_Set 11k7 VCC 12,0V Kanal Shunt-R Simulation: gemessen mit 4 MM* V(R_top) #1 9,727 13,64 13,89 135,04 #2 9,705 13,67 13,74 133,05 #3 9,727 13,64 13,68 132,83 #4 9,73 13,64 13,72 133,46 ohm mA mA mV *MM: Multimeter das sind an sich wirklich gute Ergebnisse. Doch im kleinen Bereich R_Set 166 ohm Shunt: Simulation: gemessen mit 4 MM V(R_top) #1 9,727 10,28 310 3,03 #2 9,705 10,29 102,5 1,01 #3 9,727 10,28 85,6 0,84 #4 9,73 10,28 146,5 1,44 ohm uA uA mV V_ref=2,08mV Hier sehe ich schon, dass die Regelung nicht mehr richtig greift. auch bei Einstellen für gewünschte Lastströme von 2mA (R_set = 1k) ist die Abweichung von den Lastströme zueinander deutlich: R_Set 1k Kanal Shunt: Simulation: gemessen mit 4 MM V(R_top) I_calc #1 9,727 1,06 1,38 13,32 #2 9,705 1,06 1,17 11,31 #3 9,727 1,06 1,14 11,13 #4 9,73 1,06 1,21 11,73 ohm uA uA mV V_ref=12,38mV Achim S. schrieb: > 1) tausche mal die Multimeter durch und schaue, ob der "Fehler" mit den > Messgeräten mitwandert oder ob der Fehler wirklich am Kanal hängt. > 2) miss bei allen Kanälen mal den Spannungsabfall am jeweiligen RSet > (mit einem Multimeter, einen Kanal nach dem anderen). Siehst du > Unterschiede im Spannungsabfall, die zu den Unterschieden im gemessenen > Strom passen? 1) Bei durchtauschen der MM bleiben die Messwerte an den Kanälen in etwa dasselbe 2) Die Spannungsabfälle an den Shunts sind zu den gemessenen Lastströmen plausibel Mir steht im Vordergrund, dass ich auf allen Kanälen ähnliche Werte mit niedrigen Toleranzen sind anstatt genau die Simulationswerte zu erreichen. Die großen Abweichungen zwischen den Kanälen kann ich noch nicht nachvollziehen. Bei der Wahl vom OP hab ich auf Rail-2-Rail Input u Output geachtet. sind es die hohe offset Spannung, auf die ich nicht besonders Rücksicht genommen habe ?
prima: mit aussagekräftigen Werten kann man sofort sagen, wo das Problem konkret liegt. Christian schrieb: > sind es die hohe offset Spannung, auf die ich nicht besonders Rücksicht > genommen habe ? Ja. Mit einem Offset im Bereich einiger mV kannst du Eingangsspannungen in diesem Bereich natürlich nicht mehr vernünftig bearbeiten. Bei Vref=2,08mV und Vref=12,38mV kommen damit natürlich "Hausnummern" raus. Wenn es wirklich so genau werden muss, dann brauchst du einen OPV mit sehr viel kleinerem Offset (aber sehr viel kleiner als 1mV wirst du nicht so leicht finden). Die bessere Lösung (so sie denn für deine Anwendung möglich ist) besteht darin, den RSet entsprechend groß zu wählen, dass Vref (und damit der Spannungsabfall am Rset) wesentlich größer sind als der Offset des OPV.
Achim S. schrieb: > prima: mit aussagekräftigen Werten kann man sofort sagen, wo das Problem > konkret liegt. Ja, aber nicht so prima ist, dass man erst auf die falsche Fährte angesetzt wird, indem oben geschrieben stand: Christian schrieb: > und trotzdem habe ich noch round-about 5% im Hohen wie auch > niedrigen Strombereich also angeblich auch bei großen Strömen, wo die Offsetspannungen keine große Rolle mehr spielen. Achim S. schrieb: > Die bessere Lösung (so sie denn für deine Anwendung möglich ist) besteht > darin, den RSet entsprechend groß zu wählen, dass Vref (und damit der > Spannungsabfall am Rset) wesentlich größer sind als der Offset des OPV. Wie soll das gehen? Er will einen Strombereich von 15`000:1 mit 1% Genauigkeit, also müsste bei 1mV Offset (-unterschied zwischen den OPV) die Vref=1,5kV sein. Da wird wohl nur die Kombination aus großer Vref, geringem Offset und Reduktion der Anforderungen funktionieren. Man findet OPV mit kleiner Offsetspannung, nur gehen die eingangsseitig nicht bis an +Vcc. Da wird man einen Potentialversatz machen müssen.
ArnoR schrieb: > ?Die übliche Haarspalterei? Studier am besten keinen Ingenieursberuf, die Mathematik wäre nichts für dich.
THOR schrieb: > Studier am besten keinen Ingenieursberuf, die Mathematik wäre nichts für > dich. Ja, das Übliche von dir. Kein Eingehen auf die Widerrede zu deinen dauernden falschen Behauptungen, statt dessen wird's persönlich. Hier noch was: THOR schrieb: > R2 ändert nur die Regelverstärkung. Mumpitz, R2 hat fast nichts mit der Regelverstärkung zu tun, er liegt außerhalb des Regelkreises mit nur geringer Rückwirkung auf die Steilheit des Mosfet.
ArnoR schrieb: > Wie soll das gehen? Er will einen Strombereich von 15`000:1 mit 1% > Genauigkeit, Wenn du sicher bist, dass er den Bereich mit einem einzigen Wert des RSet abdecken will, dann ist das nicht ganz einfach. Ich kenne schon allein kein Poti für die Sollwerteinstellung, mit dem sich 100*15000 Werte auflösen liesen. Da er aber auch bisher schon ständig am Rset rumdreht ist es für mich zumindest denkbar, dass für die Abdeckung des Bereichs auch ein Wechsel des RSet in Frage kommt. Und dann wäre es klug, wenn er sich - wie vorgeschlagen - das Leben einfach machen und mit vernünftig großen VRef arbeiten würde. Deswegen hatte ich ja auch geschrieben, dass das die bessere Lösung sei, so sie denn für die gewünschte Anwendung möglich ist. ArnoR schrieb: > Man findet OPV mit kleiner > Offsetspannung, nur gehen die eingangsseitig nicht bis an +Vcc. Nun, die gibt es schon auch. (Deswegen hatte ich geschrieben "das wird nicht leicht" und nicht "das geht nicht".) Analog Devices hat z.B. bei einem Teil ihrer Rail-to-Rail OPV integrierte Ladungspumpen für die Versorgung, so dass sie den vollen externen Versorgungsbereich abdecken können ohne den sonst üblichen "Sprung" in der Offset-Spannung zu bekommen. Anbei mal eine Auswahl von OPV die vielleicht in Frage kommen: https://www.digikey.de/products/de/integrated-circuits-ics/linear-amplifiers-instrumentation-op-amps-buffer-amps/687?FV=a40070%2Ca40087%2Ca401a5%2Ca4c006c%2Ca4c044b%2Ca4c0071%2Ca4c0072%2Ca4c0495%2Ca4c00ae%2Ca4c00c1%2Ca4c017d%2Ca4c0004%2Ca4c01b2%2Ca4c01d3%2Ca4c0357%2Ca4c0358%2Ca4c005b%2Ca4c039f%2Ca4c03b5%2Cmu0.1%C2%B5V%7C975%2Cmu0.12%C2%B5V%7C975%2Cmu0.2%C2%B5V%7C975%2Cmu0.3%C2%B5V%7C975%2Cmu0.5%C2%B5V%7C975%2Cmu0.55%C2%B5V%7C975%2Cmu0.8%C2%B5V%7C975%2Cmu0.9%C2%B5V%7C975%2Cmu1.5%C2%B5V%7C975%2Cmu1%C2%B5V%7C975%2Cmu10%C2%B5V%7C975%2Cmu12%C2%B5V%7C975%2Cmu14%C2%B5V%7C975%2Cmu15%C2%B5V%7C975%2Cmu17%C2%B5V%7C975%2Cmu2%C2%B5V%7C975%2Cmu20%C2%B5V%7C975%2Cmu23%C2%B5V%7C975%2Cmu25%C2%B5V%7C975%2Cmu26%C2%B5V%7C975%2Cmu28%C2%B5V%7C975%2Cmu3%C2%B5V%7C975%2Cmu30%C2%B5V%7C975%2Cmu35%C2%B5V%7C975%2Cmu37%C2%B5V%7C975%2Cmu4%C2%B5V%7C975%2Cmu40%C2%B5V%7C975%2Cmu5%C2%B5V%7C975%2Cmu50%C2%B5V%7C975%2Cmu6%C2%B5V%7C975%2Cmu8%C2%B5V%7C975%2Cmu9%C2%B5V%7C975%2C1f140000%2Cffe002af%2C2840001%2C284008a%2C2840002&mnonly=0&newproducts=0&ColumnSort=0&page=5&stock=0&pbfree=0&rohs=0&k=operationsverst%C3%A4rker&quantity=&ptm=0&fid=0&pageSize=25&pkeyword=operationsverst%C3%A4rker Ist nun halt ne Fleißarbeit, die durchzugehen und den wirklich passenden zu finden (und dann möglichst auch stabil laufen und nicht schwingen soll). Die würde ich nur machen, wenn ich weiß, dass ein einzelner RSet den vollen Strombereich abdecken muss.
Achim S. schrieb: > Wenn du sicher bist, dass er den Bereich mit einem einzigen Wert des > RSet abdecken will, dann ist das nicht ganz einfach. > Da er aber auch bisher schon ständig am Rset rumdreht ist es für mich > zumindest denkbar, dass für die Abdeckung des Bereichs auch ein Wechsel > des RSet in Frage kommt. Nur den RSet umzuschalten verändert die Situation mit der Offsetspannung nicht. Er müsste den Rtop umschalten, um größere Strombereiche mit einem rel. kleinen Bereich der Eingangsspannung (=Spannung über RSet), aber immer noch groß gegenüber der Offsetspannung, abzudecken.
Tschuldigung, mein Fehler. Ich habe nicht immer wieder nach oben gescrollt, um nachzuschauen, wie die Widerstände genau bezeichnet sind. Klar muss die Spannung am Sense-Widerstand groß genug gehalten werden. Das hatte ich eigentlich gemeint, aber dafür fälschlicherweise Rset statt Rtop geschrieben.
Christian schrieb: > Dieselben dicken FETs hatte ich schon in meiner Single-Kanal > Schaltung verwendung und da eben kein Schwingen gehabt. Ich > hatte diese Brummer gewählt, weil sie Eben 150mA x ca 11V > an Leistung verbraten können ??? 11V * 0.15A sind nicht mal 2W. Das geht notfalls mit 4 PNP im TO92 (obwohl ich das nicht gern so machen würde). Ein einzelner BD136 sollte es aber schaffen.
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