Hallo, ich arbeite grade an meiner Bachelorarbeit und irgendwie fließt dort unerwartet jetzt doch ein bisschen Elektrotechnik mit ein. Dabei stehe ich grade ziemlich auf dem Schlauch. Ich möchte einen Strom messen und abhängig davon eine Spannung (HIGH / LOW) an einen Steuereingang eines Multiplexers (CD4051BE) anlegen. Wenn der gemessene Strom > 1000mA ist, soll HIGH angelegt werden, bei < 1000mA LOW. Am Besten wäre es, wenn es dazu einen schaltungsmäßigen Ansatz gäbe, der ohne Mikrocontroller auskommt, da das ganze am Ende vermutlich ca. 100 mal gebaut werden muss. Ich habe noch eine Skizze dazu angehängt. Danke für eure Hilfe. :)
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Wie genau mußt du denn die 1000mA Schwelle treffen? In dem meisten Fällen wird die Strommessung auf eine Spannungsmessung zurückgeführt. Du hast dann irgendwo eine Spannung, die proportional zum Strom ist. Z.B. bei der Messung mit einem 1 Ohm Shunt sind das 1000mV bei 1000mA. Damit wird daraus das Problem: erkenne, wann eine Spannung größer als 1000mV wird. Dafür gibt es Bauelemente, die heißen Komparator und vergleichen zwei Spannungen. Damit bist du schon fast fertig. Du mußt nur noch eine Referenzspannung für den Vergleich bereitstellen. Damit der Komparator im Übergangsbereich nicht zappelt, erweitert man ihn üblicherweise um eine kleine positive Rückkopplung. Dann heißt die Schaltung Schmitt-Trigger. Kennzeichnend ist, das zwischen den Spannungswerten für den Sprung auf H und dem zurück auf L eine Art tote Zone liegt, wo der Komparator auf dem letzten Wert bleibt. Die Breite der Zone heißt Hysterese. Eine sinnvolle Auslegung könnte sein, auf 10mV Hysterese zu dimensionieren. Dann könnte der ST z.B. bei 1005mV auf H kippen und bei 995mV wieder zurück auf L.
Danke für deine Erklärungen. Bei den Begriffen klingelt sogar etwas bei mir. Die 1000mA-Schwelle hatte ich jetzt einfach angenommen. Sie könnte auch bei 700mA oder 800mA liegen, so genau habe ich den Aufbau noch nicht erforschen können. Ist das für die Dimensionierung der Bauteile relevant? Was würdest du für einen Schmitt-Trigger nehmen? Ich bewege mich spannungsmäßig im 5V-Bereich und ich denke, die Hysteresebreite könnte sogar 50-100 mV sein, da sich die Stromstärke zwischen den zwei Zuständen schon ziemlich eindeutig unterscheidet. Ich kann dann direkt an Ua des Schmitt-Triggers (Aufbau siehe hier: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209241.htm) den Steuereingang des Multiplexers anschließen, oder?
Oh, ich sehe grade, dass der Link hier wohl eher relevant ist: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0311271.htm Dort würde ich dann als U1 die zu messende Spannung und als U2 5V anlegen, oder?
Lolo schrieb: > Ist das für die Dimensionierung der Bauteile relevant? Ja, und ausserdem müsste man noch wissen, welcher Maximalstrom fliessen kann.
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So, ich habe mir jetzt noch mal ein bisschen Gedanken gemacht. Sorry, in Zukunft versuche ich, erst zu denken und dann zu kommentieren. Ich habe einen Schaltungsplan angehängt. Kommt das so hin? Als kleinstmögliche mA-Grenze habe ich jetzt mal 50mA genommen. Die obere liegt bei ungefähr 1100mA. Dadurch müsste sich VCC ja zwischen 0,225V und 5V bewegen: 1100mA = 5V / R -> R = 5V / 1100mA = 4,5 Ohm 50mA = U / 4,5 Ohm -> U = 4,5 Ohm * 400mA = 0,225V 1000mA = U / 4,5 Ohm -> U = 4,5 Ohm * 1000mA = 4,5V Also setze ich die Referenzspannung auf 4,5V. Dadurch sollte ich bei unter 1000mA, also unter 4,5V Ua = LOW und bei über 1000mA, also über 4,5V Ua = HIGH. Ergibt das irgendwie Sinn?
ZXCT1009 mal so hingeworfen, schmittttrigger hinterher
Lolo schrieb: > Die 1000mA-Schwelle hatte ich jetzt einfach angenommen. Sie könnte auch > bei 700mA oder 800mA liegen, so genau habe ich den Aufbau noch nicht > erforschen können. Ist das für die Dimensionierung der Bauteile > relevant? Jein. Viel wichtiger ist, auf welche Art genau du den Strom mißt. Mit einem Shunt-Widerstand? High-side oder low-side? Mit einem Stromsensor? Daraus ergibt sich dann, welche Spannung du hast. Sowohl absolut bezüglich GND und Betriebsspannung als auch mit welchem Hub zwischen den beiden Stromschwellen. Über den Daumen kannst du bis runter auf 50mV Hub noch einfach detektieren, ohne dir um Offsetspannungen oder Bauelementetoleranzen große Sorgen machen zu müssen. Die absolute Spannungslage entscheidet, ob du mit Standard-OPV auskommst (nahe GND) oder nicht. Für ganz einfache "Strom fließt" Sensoren nimmt man auch gerne einen Transistor als Detektor. Sobald die Spannung über dem Shunt ~0.6V erreicht, schaltet der Transistor durch. Ist nicht so genau wie ein echter Komparator, aber unschlagbar simpel und reicht oft aus. Wie immer wäre es hilfreich, die ganze Aufgabenstellung zu kennen. > Ich kann dann direkt an Ua des Schmitt-Triggers (Aufbau siehe hier: > https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209241.htm) den > Steuereingang des Multiplexers anschließen, oder? Im Prinzip ja. Der Ausgang eines Schmitt-Triggers kennt nur zwei Zustände. Wenn man damit z.B. einen CMOS-Eingang steuern wöllte, würde man den Komparator so wählen, daß er passende Pegel liefert.
Bisher messe ich den Strom noch gar nicht, da ich ja nicht weiß, wie ich
das bewerkstelligen kann. Stromsensor wäre vermutlich das einfachste,
wobei die halt auch wieder 2-3€ kosten, was auf die Menge hochgerechnet
schon ins Geld geht.
Im Grunde geht es darum:
- Ich habe die VCC-Leitung eines Micro-USB-Kabels aufgetrennt
- Dort möchte ich den Stromfluss regulieren
- Ich messe die Stromstärke, die momentan durch die Leitung fließt
- Ist diese > 1000mA, dann möchte ich diese auf 50mA verringern
- Dazu habe ich die Leitung aufgesplittet
- An die eine Teilleitung habe ich einen 100Ohm-Widerstand
gelötet
- Die andere Teilleitung wurde nicht modifiziert
- Beide Leitungen gehen ich je einen Eingang des Multiplexers
- Jetzt möchte ich bei einer Stromstärke von > 1000mA ein HIGH an den
Steuereingang des Multiplexers legen, sodass der Eingang ohne Widerstand
durchgeschaltet wird
- In periodischen Abständen möchte ich den Eingang wieder auf LOW
umschalten und messen, ob immer noch > 1000mA fließen
- Wenn ja, wird wieder HIGH angelegt
- Wenn nein, wird LOW angelegt, solange bis wieder > 1000mA fließen
Als ob es nicht schon genügend USB-Port-Bausteine gibt, die genau das machen. Ein Foldback von 1A auf 50mA finde ich schon arg, aber wenn es notwendig ist, ist es notwendig. Einen Strom derart zu verringern und zu schalten, halte ich für keine gute Idee, aber das ist prinzipiell machbar. Ein Relais (oder ein Transistor/ MOSFET) überbrückt einen Reihenwiderstand, solange der Strom klein genug ist. Steigt er überdurchschnittlich an, fällt das Relais (der Transistor/ MOSFET) ab und der Reihenwiderstand begrenzt den Strom. Heutzutage macht man das aber mit deutlich weniger Verlust und ohne Spannungseinbruch. Ein Schaltregler wird in seinem Tastverhältnis einfach so moduliert, dass er nicht den vollen Strom, sondern nur einen Bruchteil davon liefert. Eingangs sagte ich Foldback, der Fachbegriff für soetwas. Du möchtest einen Schaltregler mit Foldback. (Dann wird die Leistung nicht im Widerstand verheizt. Sie wird nur Häppchenweise auf die Leitung gegeben.)
Lolo schrieb: > ich arbeite grade an meiner Bachelorarbeit Darf man fragen, worin? Denn... Lolo schrieb: > und irgendwie fließt dort > unerwartet jetzt doch ein bisschen Elektrotechnik mit ein. es geht aus Deinen Angaben nur hervor, worin offenbar nicht. ;)
Lolo schrieb: > Bisher messe ich den Strom noch gar nicht, da ich ja nicht weiß, wie ich > das bewerkstelligen kann. Stromsensor wäre vermutlich das einfachste, Normalerweise nimmt man da einen Shunt, das ist ein niederohmiger Reihenwiderstand zum Verbraucher, möglichst in der "Minus"-Leitung. Der Komparator wird dann dahinter geschaltet.
Lolo schrieb: > Bisher messe ich den Strom noch gar nicht, da ich ja nicht weiß, wie ich > das bewerkstelligen kann. > Im Grunde geht es darum: > - Ich habe die VCC-Leitung eines Micro-USB-Kabels aufgetrennt > - Dort möchte ich den Stromfluss regulieren > - Ich messe die Stromstärke, die momentan durch die Leitung fließt > - Ist diese > 1000mA, dann möchte ich diese auf 50mA verringern Also effektiv abschalten. Bei der Messung bis du jetzt auf die Hi-Side festgelegt. Bei USB ist die Spannung eh knapp, da solltest du nicht mehr als 0.1 Ohm Shunt vorsehen. Dazu dann einen current monitor wie den oben genannten ZXCT1009 (ähnliche IC gibts auch bei anderen Herstellern). Dann hast du am Ende eine Spannung gegen GND, proportional zum Strom. > - Dazu habe ich die Leitung aufgesplittet > - An die eine Teilleitung habe ich einen 100Ohm-Widerstand > gelötet > - Die andere Teilleitung wurde nicht modifiziert > - Beide Leitungen gehen ich je einen Eingang des Multiplexers Bei 1A würde man eher keinen Multiplexer verwenden, sondern die 100R im Bedarfsfall mit einem MOSFET überbrücken. MOSFET an -> Strom kann fließen, MOSFET aus -> Widerstand limitiert den Strom. Allerdings gibt es all das schon fertig als USB-Switch IC. Z.B. https://www.diodes.com/assets/Datasheets/AP2161_71.pdf
Danke für eure Hilfestellungen. Es muss im "Sperrfall" auf jeden Fall noch ein kleiner Strom fließen, da der PC sonst das USB-Gerät nicht mehr erkennt. Das muss aber dauerhaft gegeben sein. Also keine Abschaltung, sondern wirklich nur eine Reduzierung der Stromstärke. Beim AP2161 steht "1.5A Accurate Current Limiting". Dann muss ich dahinter dann doch noch etwas schalten, das den Strom dann noch geringer hält, oder?
M.A. S. schrieb: > Darf man fragen, worin? Informationstechnik, also hatte ich schon Elektrotechnik-Vorlesungen, aber da ist leider gar nicht so viel hängengeblieben.
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