Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektronische Last Konzeptfrage


von Wilhelm (Gast)


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Hi,

vorweg ich bin Anfänger. Mir kam neulich der Gedanke ob es prinzipiell 
denn möglich wäre, eine Elektronische Last mit einem HiFi Verstärker 
100W (Pab kein PMPO!)  zu bauen.
Mir ist bewusst, dass man eine elektronische Last auch kaufen kann. Mir 
geht`s eigentlich nur darum das Konzept zu diskutieren und dabei was zu 
lernen.

Meine Gedanken hierzu waren, dass im Verstärker Low Side Transistoren 
verbaut sind die an einer negativen Spannung liegen. Somit müsste doch 
die Endstufe bei 10V 10A aufnehmen können. Oder nicht?
Ich frage mich nur ob es überhaupt HIFI Verstärker gibt die auch DC 
können.
Falls ja dann bin ich mir nicht sicher ob das mit den 10V und den 10A 
überhaupt so gerechnet werden darf. Es ist meiner Meinung nach ein 
Unterschied ob ein Sinus mit Oberwellen nur kurzzeitig 100W bringt oder 
die 100W auf Dauer mit DC.

Natürlich benötigt man noch extern einen OPV + Shunt + etwas 
Hühnerfütter um das ganze zu regeln. Aber primär geht's mir darum, ob 
das mit dem HIFI Verstärker als "Black Box Stromsenke" prinzipiell 
funktionieren würde.

Würde mich über ein paar Gedanken von euch hierzu freuen.

von Stefan F. (Gast)


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Der Umbau der HiFi Endstufe wird teurer und aufwändiger, als ein 
kompletter Neubau.

Merke: Man soll nicht alles machen, nur weil es geht.

von neumann (Gast)


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Wilhelm schrieb:
> Mir kam neulich der Gedanke ob es prinzipiell
> denn möglich wäre, eine Elektronische Last mit einem HiFi Verstärker
> 100W (Pab kein PMPO!)  zu bauen.
> Mir ist bewusst, dass man eine elektronische Last auch kaufen kann. Mir
> geht`s eigentlich nur darum das Konzept zu diskutieren und dabei was zu
> lernen.

Wenn Du dich für die Funktion einer Elektronischen Last interessierst, 
dann solltest Du dir mal die Zeit nehmen und dir solche Lasten anschauen 
wie die Aufgebaut sind. Es gibt auch zig Anleitungen und Vorschläge 
dazu.
Deine Suchmaschine kann dir sicher helfen.
Auch wenn Du eine Beschreibung dazu brauchst, du möchtest ja was lernen, 
dann kannst mal nach Elektronischen Lasten von ELV suchen, dort wird die 
Funktion auch beschrieben.
Um welche Leistung geht es eigentlich? max. Spannung, Strom und 
Leistung.

von oszi40 (Gast)


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Für jede Arbeit das RICHTIGE Werkzeug! Wahrscheinlich ist es Deinem Fall 
sinnvoller 3 Autoheizkissen als ohmsche Last zu benutzen?

von Rainer D. (rainer4x4)


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Wilhelm schrieb:
> Mir kam neulich der Gedanke ob es prinzipiell
> denn möglich wäre, eine Elektronische Last mit einem HiFi Verstärker
> 100W (Pab kein PMPO!)  zu bauen.
> .......
> Somit müsste doch
> die Endstufe bei 10V 10A aufnehmen können. Oder nicht?
Das träfe bei einen Widerstand von 1 Ohm zu. Das wird kaum eine 
Audioenstufe so mitmachen. Eine elektronische Last verlangt keine fixe 
Spannung und realisiert keinen fixen Widerstand. Endstufen verhalten 
sich grundsätzlich anders. Die Anforderungen an eine elektronische Last 
sind grundverschieden zu  Audioendstufen. Von Gleichspannungen mal ganz 
abgesehen, das wird sowieso kaum eine Endstufe übertragen können..

von Guest (Gast)


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Rainer D. schrieb:
> Eine elektronische Last verlangt keine fixe
> Spannung und realisiert keinen fixen Widerstand.

So pauschal ausgesagt stimmt das nicht. Eine elektronische Last ist 
vereinfacht gesagt ein elektronisch geregelter Widerstand, der je nach 
Betriebsmodus, so geregelt wird dass die Last im Stromkreis einen 
bestimmten Widerstand, eine bestimmte Spannung, Strom oder Leistung 
darstellt.

Es kommt halt nur darauf an, welchen Parameter man für die Regelung 
heranzieht.

von Christian M. (likeme)


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Elektronische Lasten und dynamische Signale sind nicht so ganz einfach 
miteinander zu verheiraten. Die muss ja unter Umständen mit 20khz 
nachregeln. Das schaffen nur sehr teure und bierkastenschwere Geräte von 
HP. Am einfachsten Drahtwiderstände auf einen Kühlkörper schrauben. Das 
tut auch der Endstufe gut.

von Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)


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Wilhelm schrieb:
> Somit müsste doch
> die Endstufe bei 10V 10A aufnehmen können.

Aber nur wenn eine Lautsprecher eine Generator wäre, ist er aber nicht.

Du verwisst dich gerade selbst mit deinen Vorzeichen. Die haben aber 
keine einfluss darauf wer der Erzeuger und wer der Verbraucher ist. Die 
sagen nur aus (vereinfacht gesagt) ob der Stromkreis sich linksrum oder 
rechtsrum dreht ,aber dennoch immer vom Erzeuger zum Verbraucher.

So wie du dir das denkst benötigst du eine Nezteil mit 
4-Quadranten-Betrieb. Ein einfach Audioendstufe kann in der Regel nur 
Quelle sein, aber nicht senke sein

Hier gibt es z.B. ein passendens Bild zum "4-Quadranten-Betrieb":
- 
https://www.elektronikpraxis.vogel.de/bis-zu-320-watt-quellen-und-senkenleistung-von-dc-bis-100-khz-a-413896/
- 
https://cdn1.vogel.de/unsafe/540x0/smart/images.vogel.de/vogelonline/bdb/159900/159992/original.jpg

von Andi Philipps (Gast)


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neumann schrieb:
> Wenn Du dich für die Funktion einer Elektronischen Last interessierst,
> dann solltest Du dir mal die Zeit nehmen und dir solche Lasten anschauen
> wie die Aufgebaut sind.

Full Ack

Siehe auch

https://www.youtube.com/watch?v=cazOVCrsHhU

von Wühlhase (Gast)


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Christian M. schrieb:
> Elektronische Lasten und dynamische Signale sind nicht so ganz
> einfach
> miteinander zu verheiraten. Die muss ja unter Umständen mit 20khz
> nachregeln.

Nö...wieso? Wenn es gefordert ist ok, aber ist es das immer? Ganz sicher 
nicht.

@TS:
Für eine el. Last gibt es recht viele unterschiedliche Konzepte.

Viel Leistung in Halbleitern zu verheizen ist immer so eine Sache...da 
sind z.B. Drahtwiderstände weitaus gutmütiger. Du könntest z.B. einen 
Aufwärtswandler aufbauen, dort einen Lastwiderstand anschließen und den 
Aufwärtswandler so einregeln, daß er am Eingang eine gewünschte Leistung 
aufnimmt (oder Spannung hält, oder Strom hält, usw).

von MaWin (Gast)


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Wilhelm schrieb:
> Ich frage mich nur ob es überhaupt HIFI Verstärker gibt die auch DC
> können.

Ja, aber selten, meist dann schaltbar, z.B. Hitachi HMA7500.

Wilhelm schrieb:
> Somit müsste doch die Endstufe bei 10V 10A aufnehmen können.

Eine Endstufe regelt die Ausgangsspannung, eine elektronische Last den 
Ausgangsstrom multipliziert mit der Spannung. Anderes Messverfahren, 
erheblicher Umbau.

Kann lohnen, wenn man eine 4-Quadranten-Last (und Generatorquelle) haben 
will, aber meist sind elektronische Lasten einfacher, nur Senken.

Zudem sind 20kHz etwas wenig.

von Mark S. (voltwide)


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Zweckentfremdung ist ja immer wieder eine durchaus reizvolle 
Herausforderung. Im diesem Falle steht dem allerdeings einiges entgegen:
Hifi Endstufen sind selten für DC ausgelegt.
Üblicherweise wird eine elektronische Last als Stromsenke betrieben, 
eine Hifi-Endstufe ist hingegen eine Spannungssenke gegen Null.
Die elektronische Last muß sämtliche Leistung verheizen - und die 
Kühlkörper von HiFi-Verstärkern sind für DC-Dauerlast 
unterdimensioniert.
Von daher lohnt es imho nicht mal, einen HiFi-Verstärker für diesen 
Zweck auszuschlachten.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Wühlhase schrieb:
>> Elektronische Lasten und dynamische Signale sind nicht so ganz
>> einfach
>> miteinander zu verheiraten. Die muss ja unter Umständen mit 20khz
>> nachregeln.
>
> Nö...wieso? Wenn es gefordert ist ok, aber ist es das immer? Ganz sicher
> nicht.

Mich hat es tatsächlich mal gekniffen, weil meine Last zu lange 
einschwingt. Ich sehe das als Ausnahme und habe das Thema nicht 
verfolgt, ein großer Stellwiderstand half mir aus diesem speziellen 
Fall.

> @TS:
> Viel Leistung in Halbleitern zu verheizen ist immer so eine Sache...

Man muß Wärmewiderstände und Kühlkörper rechnen und die Last ggfs. auf 
mehrere Transistoren verteilen. Dann ist es notwendig, sich um die 
Stromverteilung zu kümmern - da gab es doch hier mal einen langen Thread 
"Statron Last reparieren" mit sehr qualifizierten Details.

> da sind z.B. Drahtwiderstände weitaus gutmütiger.

Irgendwo im µC-net müsste sich etwas zu meinem Akkutester finden lassen. 
Da habe ich zwei dicke Widerstände, die per FET einzeln oder parallel 
angeschaltet werden. Parallel dazu gibt es einen FET im Analogbetrieb, 
um den Rest zu verheizen bzw. die Feinregelung zu machen. Hirn von dem 
Ding ist ein µC, die Stromregelung braucht beim Start mehrere Sekunden, 
juckt mich nicht, da Akkus langsam sind und ich über mehrere Stunden 
messe.

Ja, aber auch die wollen ihre Wärme los werden.

> Du könntest z.B. einen Aufwärtswandler aufbauen, dort einen
> Lastwiderstand anschließen und den
> Aufwärtswandler so einregeln,

Diese Idee ist schlecht, weil sie aus der Quelle keinen linearen 
Stromverlauf liefert.

von vcx (Gast)


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Manfred schrieb:
>> Du könntest z.B. einen Aufwärtswandler aufbauen, dort einen
>> Lastwiderstand anschließen und den
>> Aufwärtswandler so einregeln,
>
> Diese Idee ist schlecht, weil sie aus der Quelle keinen linearen
> Stromverlauf liefert.

Mißverständnis...? Eingangs würde der Boost bzgl. Spannung, Strom,
oder eben Leistung oder Nachbildung/R_konstant geregelt werden.

Zur Messung der Eingangsspannung käme freilich auch noch Highside-
Strommessung als nötige Voraussetzung.


Stellbereich natürlich auch begrenzt (durch Boost-Charakteristik
einerseits (lösbar durch z.B. 4-T-Buck-Boost), Strom-, Spannungs-
festigkeit der Leistungsbauteile (und P_tot/R) andererseits).


Aber was Du meintest, verstehe ich grad nicht.

von vcx (Gast)


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MaWin schrieb:
> wenn man eine 4-Quadranten-Last (/Generatorquelle) haben will

Ein Umbau unter Erhalt der Grundtopologie, Stereo = 2 x Mono
gebrückt betrieben (einen Kanal invertiert angesteuert)? Wäre
denkbar, also die Last dazwischengelegt. Aber es müßten jdfs.
die RC-Hochpässe an den Eingängen weg, und man müßte irgendwie
auch eine floatende Strommessung seriell zur Last setzen.

> Zudem sind 20kHz etwas wenig.

Das ist leider wahr, viel (mehr) wäre nicht zu erwarten.

> aber meist sind elektronische Lasten einfacher, nur Senken.

Aller Wahrscheinlichkeit nach wollte auch er so eine haben -
also eine Standard- DC -E-Last. Vermute ich zumindest mal...
geschrieben, was er konkret gebrauchen könnte / wollen würde
hat er leider nicht, eher gesagt er will "nur was lernen". Bloß
wäre sogar diesbezüglich wohl besser gewesen, mehr zu sagen.


Mark S. schrieb:
> Von daher lohnt es imho nicht mal, einen HiFi-Verstärker für diesen
> Zweck auszuschlachten.

Du meinst also, wenn man erwartete, den der (Abgabe-)Leistungs-
Spezifikation entsprechenden Wert auch verbraten zu können.

Das kann selbstverständlich nicht gehen. Bei weitem nicht. Und
nicht mal, wenn man die Kühlkörper anpassen würde oder was.

Die Abgabeleistung beschreibt die im_Lautsprecher umsetzbare
(max.) Leistung, nicht die (max.) Verlustleistung der Endstufe.

Bei ca. 60-70% Wirkungsgrad wird also nur rund 1/3 "verheizt".

Da bei Linear-Audio-Amps der Wirkungsgrad je nach Aufbau etwas
differiert, kann man nicht einmal dann "direkt umrechnen", wenn
(angeblich/laut TO) die max. DAUER-Abgabeleistung bekannt ist.
("nicht PMPO" sagt übrigens weniger aus, als man denkt)


Wäre mein Ziel eine DC-Last, würde ich die Spezifikationen des
ursprüngl. Verstärkers komplett vergessen, und einzig Type wie
Anzahl aller vorh. NPN Endtransistoren zusammen mit den genauen
Abmessungen der Kühlkörper als Berechnungs-Grundlage für mögl.
Leistungsdaten der evtl. daraus baubaren E-Last benutzen wollen.

(Man könnte zwar aus den PNP auch etwas bauen, aber das müßte so
aussehen, daß die anzuschließende Last festen + und floatenden
GND hätte/haben dürfte - möglich (oft kein Problem), aber NICHT
gehen würde z.B. Parallelbetrieb mit NPN Teil an gleicher Last.)

Da aber wie gesagt sowieso das genaue Ziel unbekannt, ...

@Wilhelm: Wie theoretisch genau war Deine Frage? Hast Du genug
gelernt/erfahren? Wie sieht nun der weitere Plan aus? Solltest
Du nicht_nur allgemeines zur Thematik, sondern konkreteres zu
Möglichkeiten mit Deiner Hardware hören wollen, solltest Du aber
sagen, welchen Amp genau Du hast + was Dir präzise vorschwebt:
Linear 4Q oder Standard-DC-E-Last.

von Wilhelm (Gast)


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Danke euch!
Ich will hier nichts aufbauen.
Mir ging es nur darum etwas Input zu meiner Idee zu bekommen.
Quasi auf "Blockschaltbildebene". Einfach nur aus Interesse.
Oft hat man einfach einen Einfall und kommt selber nicht drauf warum es 
keine gute Idee ist.
Danke euch für den regen Input.

von Wühlhase (Gast)


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Manfred schrieb:
>> Du könntest z.B. einen Aufwärtswandler aufbauen, dort einen
>> Lastwiderstand anschließen und den
>> Aufwärtswandler so einregeln,
>
> Diese Idee ist schlecht, weil sie aus der Quelle keinen linearen
> Stromverlauf liefert.

Wieso...willst du denn immer einen linearen Stromverlauf (linear zur 
Spannung?) haben? Dann könntest du einfach einen stinknormalen 
Widerstand nehmen und fertig, spar dir den Hickhack mit einer 
elektronischen Last.

Der Witz an einer Elektronischen Last ist ja gerade, auch nichtlineare 
Verläufe nachbilden zu können: konstante Leistung aufnehmen, konstanten 
Strom aufnehmen, konstante Spannung halten, Parameter nach vorgegebenem 
Ablauf beliebig wechseln, usw.

von Manfred (Gast)


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Wühlhase schrieb:
>>> Du könntest z.B. einen Aufwärtswandler aufbauen, dort einen
>>> Lastwiderstand anschließen und den
>>> Aufwärtswandler so einregeln,
>>
>> Diese Idee ist schlecht, weil sie aus der Quelle keinen linearen
>> Stromverlauf liefert.
>
> Wieso...willst du denn immer einen linearen Stromverlauf (linear zur
> Spannung?) haben? Dann könntest du einfach einen stinknormalen
> Widerstand nehmen und fertig, spar dir den Hickhack mit einer
> elektronischen Last.

Wo schrieb ich "linear zur Spannung"?

Eine häufige Anwendung elektronischer Lasten ist der Test von Akkus, 
Milliampere mal Zeit, dafür braucht es einen geregelten Widerstand.

Wenn Du einen Wandler einsetzt, taktet der den Strom, also kurze Spitze 
und dann Pause - niemand weiß, wie sich der Akku dabei verhält, ganz 
sicher anders als bei linearer Last.

> Der Witz an einer Elektronischen Last ist ja gerade, auch nichtlineare
> Verläufe nachbilden zu können: konstante Leistung aufnehmen, konstanten
> Strom aufnehmen, konstante Spannung halten, Parameter nach vorgegebenem
> Ablauf beliebig wechseln, usw.

Für spezielle Tests braucht man sowas, da geht man dann eher zu Agilent 
und Co. und hat vierstellige Euro in der Tasche als am Selbstbau zu 
scheitern.

Eine elektronische Last als konstanten Widerstand oder auf konstante 
Leistungsaufnahme zu bauen, traue ich mir noch zu.

Das Regelverhalten der Quelle bei Lastsprüngen zu messen oder sonstige 
dynamische Parameter eher nicht.

von J. T. (chaoskind)


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Wilhelm schrieb:
> Es ist meiner Meinung nach ein Unterschied ob ein Sinus mit Oberwellen
> nur kurzzeitig 100W bringt oder die 100W auf Dauer mit DC.

100W sind 100W, egal ob es nun ne sinusförmige Spannung ist (die 
übrigens völlig oberwellenfrei ist) oder Gleichspannung. Beim Sinus wird 
die Spitzenspannung größer als die Gleichspannung, vorausgesetzt man 
setzt die 100W jeweils am selben Widerstand um.

von vcx (Gast)


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Auch hier hatte schon mal jemand sowas in der Art vor:

Beitrag "DC/DC-Wandler von 2.4 V auf 15 V mit 25 Watt"

Manfred schrieb:
> Wenn Du einen Wandler einsetzt, taktet der den Strom, also kurze Spitze
> und dann Pause - niemand weiß, wie sich der Akku dabei verhält, ganz
> sicher anders als bei linearer Last.

Das ist aber erstens schon mal je nach Wandler anders:

Beim Boost ist (natürlich nur im kontinuierlichen Modus)
der Eingangsstrom lückenlos, allerdings halt mit Ripple
überlagert. Das kann man durch Filterung stark drücken,
allerdings ist auch möglich, einen Linearregler (ob LDO
seriell oder Shuntregler parallel) mit genügend hoher
Bandbreite dazuzusetzen, für erhöhte Ansprüche.

Lasten|Labornetzteile|4Q Steller hoher Leistung werden
teils durchaus schon als Schaltwandler in Kombination
mit Linearregler gebaut - meist geht es darum, weniger
verbraten zu müssen.

Allerdings (wie Du wahrscheinlich weißt) mittels m.o.w.
festem Spannungsfall (nur knapp oberhalb dessen, was
dieser "zum sauberen Regeln" minimal braucht) - auch
hier wurden schon geschaltete LNG mit Linear Post Reg
besprochen. Und da soll trotzdem die Effizienz maximal
bleiben, deswegen ja.


Beim angedeuteten Schaltwandler, der auf Leistungs-R
arbeitet, geht's um einen erweiterten Stellbereich ohne
alles_in_Halbleitern verbraten zu müssen. Also weniger
als zuvor genanntes. Da aber trotzdem alles verbraten
wird, stört der Linearregler nicht die Energiebilanz...
wenn er denn überhaupt nötig sein sollte (dickes Filter
vor dem Wandler, beliebig dick und beliebig vielstufig,
sorgte ja auch für glatten Strom und/oder Spannung).

Manfred schrieb:
> Eine elektronische Last als konstanten Widerstand oder auf konstante
> Leistungsaufnahme zu bauen, traue ich mir noch zu.
>
> Das Regelverhalten der Quelle bei Lastsprüngen zu messen oder sonstige
> dynamische Parameter eher nicht.

Für letzteres ("gestufte" Lastsprünge) ist aber auch
immer noch das Nonplusultra, Leistungs-R mittels Mosfet
aufzuschalten. Die Slewrate ist dabei dann nur von der
Schaltgeschwindigkeit abhängig (über R_gate steuerbar),
und es können sich die zwei Regler (der im DUT und der
der Last) nicht ggstg. ins Schwingnirvana schaukeln.

J. T. schrieb:
> Wilhelm schrieb:
>> Es ist meiner Meinung nach ein Unterschied ob ein Sinus mit Oberwellen
>> nur kurzzeitig 100W bringt oder die 100W auf Dauer mit DC.
>
> 100W sind 100W, egal ob es nun ne sinusförmige Spannung ist (die
> übrigens völlig oberwellenfrei ist) oder Gleichspannung. Beim Sinus wird
> die Spitzenspannung größer als die Gleichspannung, vorausgesetzt man
> setzt die 100W jeweils am selben Widerstand um.

Ich glaube er meinte damit die Definition von PMPO etc.

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