Geschalteter Stromspiegel brennt durch

Am 08.10.2013 14:26, schrieb Edzard Egberts:

Hallo,

mit RC-Gliedern (Tiefpass) an geeigneter Stelle kann man die Verzögerungen und die Flankensteilheit passend einstellen.

Möglicherweise haben die Transistoren unterschiedliches Schaltverhalten weil die ja nicht gepaart sind und evtl. sind die dazu unterschiedlich verkabelt (Zeitkonstanten der Anschlüsse) oder auch auf unterschiedlicher Temperatur. Das ist bei den hohen Strömen und der hohen Grenzfrequenzu der Transistoren auch denkbar. Schwingneigungen können immer auch Probleme bereiten. Da spielt dann nicht nur die Schaltung eine Rolle sondern auch der konkrete Aufbau.

Bernd Mayer

Axel Berger schrieb:

"Die Widerstände bei den bipolaren Stromspiegeln sind optional, in MOSFET-Technik sind sie unüblich."

Ich habe nicht erwartet, dass die Ströme besonders genau sind, aber bis auf das geschilderte Problem funktioniert das einwandfrei.

Rolf Bombach schrieb:

Die sind thermisch aber gut gekoppelt, sitzen direkt nebeneinander auf dem Kühlkörper.

Da steige ich nicht durch - bei den Standard-Stromspiegelschaltungen sind die Basen der Ausgangstransistoren immer direkt verbunden.

Na ja, ich werde mir erst einmal angucken, wie sich die Netzteile mit Schottky-Dioden verhalten und mir dann ggf. noch mal Gedanken über die Schaltung machen...

Edzard Egberts :

Kurzeitthermisch sind die aber weit voneinander weg. Wenn Q2-Chip durch nen Einschaltstromstoss kurz heisser wird, kriegt das der Q1-Chip nicht mit.

Aber ich denke das ist nicht das Problem. Ich vermute du hast hinter dem Pärchen grosse Elko's? So nen Problem hatte ich mit nem 30A NPN in nem Regler auch mal. Hab dann aus 50F einfach nur 5F gemacht und der Transi lebt heute noch. Die Stromspitze zum Aufladen einer Kondensatorbank wird einfach zu hoch sein. Nicht umsonst sind Gleichrichterdioden sehr viel stosstromfester als Tranistoren (Gleichrichterdioden sind extra so ausgelegt, dass sie den Einschaltstromstoss durch Elkos überleben).

M.

Edzard Egberts schrieb:

Wenn die beiden Exemplare stark unterschiedliche Verstärkung und/oder Vbe haben, läuft auch dann einer vorweg.

Es dürfte ein WIlson-Stromspiegel gemeint sein.

Marc

Edzard Egberts wrote on Wed, 13-10-09 08:22:

Nehmen wir einmal an, Dein Stromspiegel erfüllt einen Zweck, d.h. ohne ihn wären die Ströme deutlich verschieden. Dann werden in beiden Transistoren verschiedene Leistungen abfallen und sie werden, da Du sie nie optimal koppeln kannst, unterschiedlich warm. Wenigstens ist es in diesem Fall gegen- und nicht mitkoppelnd, d.h. der kräftigere liefert mehr.

Edzard Egberts schrieb:

So, musste noch ein neues Gerät aufbauen und habe jetzt mal gemessen:

Bei 12 A Ausgangsstrom ist Ube 0.93 V, Uce an Q2 ist 0.86 V und dI zwischen Q1/Q2 sind 0.33 A. Gesamte Verlustleistung 11.3 W.

Das ist zwar nicht so toll, aber ausreichend. Da bei dieser Schaltung immer ein Basistrom Differenz ist, funktioniert der Stromspiegel eigentlich sogar recht gut.

Dann den Stromspiegel durch Schottkys ersetzt: dI auf Anhieb bei 0.9 A, mit etwas Wackeln an den Potis kommen Sprünge zwischen +/- 2.5 A. Genau das habe ich vermutet - die Netzteile halten ihre Spannung möglichst gut fest und schon bei kleinen Spannungsabweichungen ergibt sich eine stark abweichende Last.

Also Stromspiegel härten - werde mir jetzt mal Basisvorwiderstand und antiparallele Schutzdioden gegen Rückspannung näher ansehen...

Edzard Egberts schrieb:

Und ist für diesen Zweck völlig unbrauchbar, weil der Ausgleich unsymetrisch erfolgt, also nur in eine Richtung möglich ist. Ich ersetze das jetzt einfach mal durch zwei unabhängige analoge Stromquellen (gleiche Bauteile mit Emitter-Widerständen), die von 6.0 A bis 6.5 A liefern dürfen - spätestens bei Volllast gleicht das dann aus. Das lässt sich robust aufbauen. Und gegen die Rückspannung jeweils eine antiparallele Gleichrichterdiode.

So, weil es mit der Verlustleistung nicht hinkam habe ich mir jetzt einen aktiven Stromspiegel gebastelt:

Zwei mal diese Schaltung

mit eigener, potentialfreier Spannungsversorgung und I-Soll (über Widerstand) jeweils vom Shunt der anderen Schaltung vorgegeben. Damit die Sache auch startet über einen FET noch 100 Ohm gebrückt. Das funktioniert tatsächlich und wird bei ähnlichen Spannungen kaum warm. Zwischendurch habe ich das Ding auch mal eine Spannungsdifferenz von 5 V bei 2*6A ausgleichen lassen und den Ausrutscher am Poti dann nur gerochen, nicht in der Messung gesehen. :o)

Morgen fange ich wieder mit dem Schalten an...

Dazu habe ich aber noch eine grundlegende Frage und zwar hinsichtlich der Verwendung von Bipolar/MOSFET für Netzteile - gibt es da eigentlich Anhaltspunkte, wann man welche Technologie verwenden sollte?

Ich sehe da einen grundsätzlichen Unterschied bei plötzlichen Stromänderungen - der MOSFET behält im ersten Moment seinen Widerstand bei und der Sprung schlägt als Stromsprung voll durch, während ein Bipolar-Transistor im ersten Moment seinen Strom hält und der Sprung als Spannungssprung durchschlägt. Ist das in der Praxis relevant, oder ist da einfach nur die Regelung zu langsam?

Wenn man Stromspitzen verhindern will, bietet sich aber wahrscheinlich die Bipolare Technik an?

Oder schnellere Regelung. Bei MOSFETs sind es von ganz aus bis voll leitend je nach Version eingige Volt am Gate, bei BJT nicht. Der LM358 hat einer Slew Rate von m.W. weniger als 0.5V/usec. Also vergleichbar mit Sirup, in Deutsch nennt man das wohl Schneckentempo.

FETs bieten aber einen entscheidenden Vorteil. Wenn man welche mit ausreichend niedrigem Rdson nimmt, kommt man mit wesentlich weniger minimalem Spannungsabfall aus. Sagen wir mal, der BJT kaeme bei 10A bis

100mV Vce herunter. Wenn die maximal anzunehmende Spannungsdifferenz Deiner Netzteile 50mV waere, muesste der andere BJT dann bei 150mV ausharren. Haettest Du jetzt FETs, die bei 10A bis 20mV runterkaemen, muesste der zweite FET nur bis 70mV.

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Gruesse, Joerg 

http://www.analogconsultants.com/

Das leuchtet direkt ein. Dann nehme ich also einen schnellen MOSFET und schmeisse die Kondensatoren raus. Im Moment läuft das auf Lochraster verdrahtet mit 1:560 Verstärkungsfaktor - nur als Integrator fing das an zu schwingen. Na ja, bei dem Aufbau...

Ja, das meinte ich mit "kaum warm" es fällt fast nur der echte "Ausgleichsverlust" an.

Außerdem will ich das jetzt noch zur elektronischen Sicherung frisieren

- das bietet sich einfach an, bloß die Referenzspannung begrenzen.

Und mal sehen, wie sich Flanken einstellen lassen...

Edzard Egberts schrieb:

meine natürlich OpAmp - im Moment benutze ich den L272M, weil der gerade da war.

Na ja, von den Emitter-Widerständen großzügig abgesehen. Da verwende ich zur Zeit Widerstände 0.1 Ohm/ 5W. Mit echtem Layout kann ich da wohl noch deutlich runter gehen.

Die Geschwindigkeit der Opamps ist wichtiger dabei. Was Schwingen angeht, muss man aufpassen. Normale Opamps vertragen nicht die vielen nF eines dicken FET. Da braucht man einige zig Ohm oder mehr in Serie mit dem Gate plus einige hundert pF oder mehr OUT nach IN-, was den Opamp wieder etwas verlangsamt. Wenn Du hier in den einstelligen usec Bereich vordringen musst, wird das schwierig. Kann ich mir zwecks Kombination zweier Schaltnetzteile aber kaum vorstellen, denn deren interne Regelschleifen sind ja ziemlich lahm.

Das nennt sich "Feature Creep" und geht normalerweise von der Marketingabteilung aus. Das lernte ich bei meinem ersten Job und dem ersten Kontakt ins Marketing (der zu unserer Hochzeit fuehrte ...).

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Gruesse, Joerg 

http://www.analogconsultants.com/

[...]

100mOhm ist bei 10A heftig. Sollte man im unteren einstelligen mOhm Bereich halten und Opamps mit moeglichst wenig Offset nehmen. Hall Sensoren waeren wohl das Sahnehaeubchen, wenn es egal ist, was es lacostet. So extrem teuer ist es allerdings nicht mehr, diese Serie liegt z.B. bei rund eins fuffzig in Stueckzahlen:

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Gruesse, Joerg 

http://www.analogconsultants.com/

Die Dinger sind echt knackig, liefern locker 20 A (FIEEP!), wenn man bei

36 V eine Xenon-Lampe anschließt. Ersatzweise eine Begrenzung auf 6.5 A ist mir sympathischer.

Das Beste draus machen... ;o)

Edzard Egberts schrieb:

Kommt drauf an, wieviel Spannung am Leistungsteil anliegt. Wenn der Mosfet nicht unterdimensioniert ist, geht der doch schon bei ca. 1 V in die Pentodencharakteristik über. Naja, vielleicht auch erst bei 2V, Kurven sind ja im Datenblatt. Da sehe ich dann keinen Unterschied mehr zu Bipolar. Vielleicht ist der Mosfet wegen weniger Early-Effekt sogar besser, kenn mich da aber nicht aus. Dafür könnte die DG Kapazität ärgerlicher sein.

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mfg Rolf Bombach

Rolf Bombach schrieb:

Hat sich erledigt, die Flanken käme ich schon fast mit meinem Mazda hoch. ;o)

Nur wenn die Stromregelung zu wenig Spannung hat, in die Sättigung geht und dann die Spannung hochgesetzt wird, erhalte ich meine Stromspitzen und da ist es kein Wunder, dass die Schaltung zu langsam ist.

Der aktive Stromspiegel funktioniert auch bestens, dann ist dieses Projekt wohl endgültig abgeschlossen und nächste Woche darf ich wieder programmieren. :o)