Stroombegrenzer

Ik heb een stroombegrenzer schakeling gevonden, maar heb geen idee hoe het werkt. Zou iemand mij kunnen uitleggen hoe dit schakeling in elkaar zit? De stroom wordt begrensd op 2A en de uitgangsspanning is 23.95V. Als het systeem wordt kortgesloten is de uitgangsspanning erg laag en loopt er een spanning van ongeveer 24V over de mosfet. Hierdoor loopt er een vermogen van 50W erdoor heen. Voor de schakeling zie de bijlage.

Zou je niet beter eerst uw schema tekenen zoals alle gangbare schema's, desnoods met de hand, er zal al veel verduidelijken.

Die tekenprogramma's zijn maar goed voor diegenen die weten wat ze tekenen.
Weerstanden en transistoren tekenen waar er plaats is en daarna kriskras verbinden werkt de verstaanbaarheid niet in de hand, integendeel.

LDmicro user.

Schema is inderdaad tenenkrommend getekend... ;)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Thevel

Golden Member

Zo is het een stuk duidelijker...

Heel moeilijk om zoiets op papier uit te leggen zonder daar een thesis over te schrijven.
Je zult zelf wat moeten opzoeken maar hier in't kort:

Q2 en Q3 vormen een stroombron waarvan Q2 de referentiestroom is 24V/10K= 2.4 mA

Zolang de spanningsval over Q3 + Vrsens niet hoger is dan -0.7V (pnp)zal Q1 niet geleiden, zo blijft de gate negatiever dan de source en stuurt M1 volledig uit.

Wordt er stroom door de Rsens gejaagd dan zal Q3 beginnen sperren en hierdoor zal ook de spanningsval over Q3 verhogen, dit samen met de Vrsens en hierdoor zal Q1 meer stroom door R1 laten vloeien.

Dit heeft voor gevolg dat de gate van de P-mosfet onder Vth komt en de mosfet zal dichtknijpen tot de max stroom van 2A.

Aangezien M1 bijna volledig is dichtgeknepen zal er 23,..V over M1 staan die met de stroom erdoor zo'n 23 * 2 = 46W zal dissiperen.

Al de overige berekeningen zul je moeten opzoeken, ik ben er te lang uit, misschien heb ik inzichtfouten gemaakt, maar ik heb toch geprobeerd.

Anderen kunnen het misschien beter uitleggen.

edit: toch een gevaarlijke schakeling voor de mosfet, de max gatespanning van 20V is hier dodelijk, een zenerdiode ontbreekt.

LDmicro user.
Thevel

Golden Member

ik ben er te lang uit, misschien heb ik inzichtfouten gemaakt

De max stroom van 2A klopt igg!

Leg eens uit, wat heeft de quote te maken met uw antwoord?

LDmicro user.

Ik denk dat het bedoeld was on aan te duiden dat het wel meeviel met de inzichtsfouten, want het resultaat van de overpeinzingen klopte. :)

De inzichtsfouten zijn er echter wel als ik zo het schema bekijk, want er zal geen 0,6V over de weerstand hoeven te vallen om het begrenzen van de stroom te bereiken.

Het lijkt er op dat de stroomgrens van 2A best realistisch is.

Ik zou zeggen, kijk even naar de datasheet van de BD557 (de 'C' maakt in dit geval niet heel veel uit). In figuur 5 van deze datasheet staat de relevante grafiek (kan je ook benaderen met Ebers-Moll, maar ik heb mijn calculuspet even niet op):

Als ICE van Q2 gelijk is aan -2,4mA, dan weet je ook de UEB die daar bij hoort. Hoeveel lager moet de UEB van Q3 dan zijn om zo weinig stroom te voeren dat Q1 in geleiding gaat? Kan je wederom opzoeken in de tabel. Als je een exact getal wil moet je de waarde van IES voor de transistoren benaderen door de lijnen in de grafiek te lineariseren en te gaan rekenen. Er zal altijd een beetje RE zijn, dus ik zou werken op basis van lage stromen.

Op 20 maart 2018 18:17:10 schreef Kruimel:
De inzichtsfouten zijn er echter wel als ik zo het schema bekijk, want er zal geen 0,6V over de weerstand hoeven te vallen om het begrenzen van de stroom te bereiken.

0.6V over de weerstand zou betekenen dat er 0.6/0.03= 20A zou lopen..

Ik denk dat de Vce van Q3 een veel grotere rol zal spelen naarmate de stroom door Rsens verhoogt.

Ik denk dat het bedoeld was on aan te duiden dat het wel meeviel met de inzichtsfouten

Ik wilde de uitleg eens zien waarom hij zeker was van die 2A, ik weet niet hoe je dat moet berekenen.

Edit: maar ik vermoed dat de waarde van Rsens 10x te klein is, 0.03 ohm is een onpraktische waarde.

LDmicro user.

Neen, dat is hij niet, want er is hier sprake van een verschilversterking van het transistorpaar Q2 en Q3. Bij IL=0 zijn de emitters op dezelfde potentiaal, en zal Q3 in verzadiging gedreven worden en Q1 dichtknijpen. Als de spanning op de emitter van Q3 zo ver daalt dat de stroom er te klein wordt om Q1 afgeknepen te houden zal die open gestuurd worden en de gate van de MOSFET op een hogere potentiaal brengen en in essentie de stroomweg naar de belasting afsluiten. Dat zal gebeuren bij de stroom dat de spanning over de 100kΩ weerstand daalt tot onder de ≈24V, en dat is een stroom van ongeveer 240µA. Dan is UEB (volgens de grafiek) circa 0,57-0,58V (men moet een beetje extrapoleren in deze grafiek) terwijl de UEB van Q2 nog steeds die van 2,4mA wat ik aflees als 0,65V. Het spanningsverschil waar de stroom wordt afgeknepen is dus ongeveer 0,07-0,08V (volgens mijn afleeskunsten), wat neer zou komen op ≈2,3-2,7A. Dit is wel temperatuursafhankelijk.

Op 20 maart 2018 13:15:06 schreef Jacky W:
[...]loopt er een spanning van ongeveer 24V over de mosfet. Hierdoor loopt er een vermogen van 50W erdoor heen. [...]

[moeilijkmodus]Een spanning staat, een stroom loopt en een vermogen wordt ontwikkeld (of gedissipeerd).[/moeilijkmodus]

In elk geval werkt deze schakeling door de onbalans van de transistoren te versterken. Ik denk dat het makkelijker wordt als je het schema van Thevel gebruikt (dank daarvoor trouwens! :)) en je een transistor voorstelt als een spanningsgestuurde stroombron (wat ook te zien is in de uitleg van het Ebers-Moll model van de transistor waar ik naar linkte). Velen realiseren zich niet dat dit namelijk het gedrag is van een transistor zodra het op het uitrekenen aankomt. Basisstroom is eerder een bijwerking van het niet ideaal zijn van een transistor dan de oorzaak van de collectorstroom.

edit: Zie de E-B overgang van Q2 als een spanningsbron van 0,65V.

Je redenatie klopt ongeveer wel. Als door Rsense geen stroom loopt, dan wordt de stroom door R2 netjes verdeeld door de transistoren Q2 en Q3. De totale emittorstromen is 2,4 mA, dus voor Q2 1,2mA en voor Q3 ook 1,2mA (plus nog een beetje van de 240µA).Daar hoort dus een andere VBE bij.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Frederick E. Terman

Golden Member

In elk geval, in de sim toont dit schema een liniaalstrakke begrenzing op iets boven de 2 A. Mooi hoor.

De max stroom van 2A klopt igg!

In plaats van 'in geen geval', zou ik dus juist durven zeggen: 'in ieder geval'.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

O wacht, dan had ik de afkorting fout gelezen. Ik kan bevestigen dat de stroom volgens mijn begrip van de schakeling iets over de 2A is. Excuus voor de verwarring. Op basis van de verschilversterking van Q2 en Q3, en de versterking van Q1 er nog eens bovenop zou ik een behoorlijke spanningsversterking verwachten richting de gate van de MOSFET en derhalve ook een zeer grote uitgangsweerstand (= een zeer goede simulatie van een stroombron).

[Bericht gewijzigd door Kruimel op 20 maart 2018 22:00:05 (46%)]

Ben ik hier de enige zonder sim programma? ;)

FET kun je daar een printscreen van maken met de stromen erbij?

Razend nieuwsgierig naar de stromen of spanningen in Q2 en Q3 bij kortsluiting en nee ik ga sim niet installeren.

LDmicro user.

Neen ik ook, maar je lijkt wel de enige zonder bril, want ik heb de waarden die je vraagt letterlijk in een eerdere post genoemd. ;)

Ik bril al jaren, zonder kan ik niks lezen en de sterkte is goed genoeg moest je twijfels hebben.

Niet dat ik u niet geloofde maar had graag eens een printscreen gezien, mijn fotografisch geheugen is veel groter dan mijn literatuur geheugen ;-)

LDmicro user.

Je kunt het ook zo zien:

Q2 staat ingesteld op (24 - 0,7)/10k = 2,3 mA.
Q3 staat ingesteld op (24 - 0,7)/100k = 0,23 mA.

De verhouding van hun stromen is dus 1:10. Het verschil in Vbe is dus (kT/q)*ln(10) = 26 mV * 2,3 = 59,8 mV (bij kamertemperatuur). Dat verschil staat over Rsense, waardoor dus 59,8 mV / 0,03 Ohm = 2 A loopt.

Ook benieuwd wat er in al die chips zit? Kijk op Tiny Transistors!

Ok dat volstaat... ik denk dat zijn huiswerk gemaakt is.

LDmicro user.
Thevel

Golden Member

Op 20 maart 2018 18:57:34 schreef MGP:
Ik wilde de uitleg eens zien waarom hij zeker was van die 2A, ik weet niet hoe je dat moet berekenen.

Die 2A komt uit mijn simulator (LTspice)

Op 20 maart 2018 21:59:52 schreef MGP:
Ben ik hier de enige zonder sim programma? ;)

Misschien wel :) :)
Maar zonder dollen, soms is zo'n simulatie programma best wel handig.

Op 20 maart 2018 21:59:52 schreef MGP:
Ben ik hier de enige zonder sim programma? ;)

Ja, jij bent de enige overgebleven neanderthaler hier ;-)

Razend nieuwsgierig naar de stromen of spanningen in Q2 en Q3 bij kortsluiting en nee ik ga sim niet installeren.

Toch is het echt super eenvoudig; LTSpice is een download van 40MB, je mag al je gegevens invullen, of klikken op "nee laat maar, ik wil alleen de download", het is echt in een minuut klaar! Dan moet je er natuurlijk nog mee leren werken, dat kost iets meer tijd, maar je kunt er ook mee spelen als je simulaties van anderen gebruikt (ik upload hier regelmatig complete simulatie files).

Ik heb het ook even snel getekend, en waar ik me vooral zorgen om zou maken is het verschil in dissipatie, en dus het verschil in temperatuur, van de torren. Q2 dissipeert bij mij zo'n 1.5mW, en Q3 0.13mW, redelijk onafhankelijk van wat er aan de uitgang gebeurd, dus dat zou allemaal wel los moeten lopen. Alsnog is een verschil in temperatuur een probleem; Q3 ligt met zijn emitter aan de source van de MOSFET die warm wordt, dus die thermische koppeling is waarschijnlijk veel sterker dan de koppeling tussen de MOSFET en Q2.

Persoonlijk zou ik dit gewoon met een opamp doen; deze 3 torren vormen immers ook min of meer een primitieve opamp, met waarschijnlijk erg slechte eigenschappen vergeleken met een goedkope gangbare opamp.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 21 maart 2018 00:03:59 schreef SparkyGSX:
Ja, jij bent de enige overgebleven neanderthaler hier ;-)

Het zit in de genen denk ik, schema's tekenen doe ik ook met pen en papier, gaat veel vlugger.

Heb ook geen tablet en smartphone enkel een prepaid GSM van Aldi die ik zeer weinig gebruik en als ik niet fiets ligt die meestal in de kast.
Toen ik nog werkte kreeg ik gemiddeld een kleine 50 a 100 oproepen/dag voor problemen en heb altijd gezegd dat ik eenmaal in (brug)pensioen nooit meer een telefoon in mijn zakken zou hebben, een bevrijding...nu reeds 5j...zalig.

Als ze mij nodig hebben moeten ze maar mijn vrouw (die heeft wel alles) of op de vaste telefoon bellen.

Mijn kleindochter lacht en gekt soms wel eens, maar er is niks aan te doen, elk zijn ding.

LDmicro user.
Frederick E. Terman

Golden Member

Op 20 maart 2018 21:59:52 schreef MGP:
Ben ik hier de enige zonder sim programma? ;)

Nee; er schijnt nog ergens één iemand te zijn zonder sim, maar die hebben we al minstens zes jaar niet meer gezien. ;)

FET kun je daar een printscreen van maken met de stromen erbij? Razend nieuwsgierig naar de stromen of spanningen in Q2 en Q3 bij kortsluiting en nee ik ga sim niet installeren.

Installeren is twee of drie keer op 'OK' drukken en klaar.
Enfin, hier is een plaatje. Dank aan @Thevel voor het duidelijker schema.
Denk erom dat het PNP-transistoren en een P-FET zijn, dus de be- en gs-spanningen zijn in werkelijkheid negatief.

De weerstand neemt van rechts naar links af, de stroom neemt dus van rechts naar links toe, en wordt dan begrensd op 2,1 A of zoiets.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Lambiek

Special Member

Op 20 maart 2018 21:59:52 schreef MGP:
Ben ik hier de enige zonder sim programma? ;)

Nee hoor, ik heb het ook niet. :)

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
Frederick E. Terman

Golden Member

Jij eet technische encyclopædiën voor het ontbijt en kunt toveren; dat geldt niet. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

@FET, bedankt voor de moeite, zegt meer dan 1000 woorden ;)
Aan de rode en groene lijn te zien erg nipt en zoals SparkyGSX schrijft zeer temperatuurgevoelig.

Maar het is een schoolvraag die ons meer in beslag neemt dan de TS volgens zien.

LDmicro user.