Ontwerp Current Sink

Hoe denk je dat? De stroom aansluitingen zitten rechts en de stroom loopt vanaf rechts boven, door de shunts, terug naar de onderste rechter aansluiting. De negatieve stroom aansluiting ligt idd wel op +5v van de schakeling maar ik zie niet waarom de grote stroom naar GND zou willen?

Wil je eens uitleggen waarom je denkt dat dat gebeurd?

Ik denk dat Rew aangenomen heeft dat de ground van deze schakeling aan de ground van de device-under-test zit. Dat is dus niet het geval, begrijp ik.

Nee, dat is niet het geval inderdaad. Dan kan ik me de denkwijze voorstellen.

De 7805 dient eigenlijk alleen maar als voltage reference. Mogelijk neem ik hiervoor alleen een zener. Dan kan ik dezelfde zener ook gebruiken om de Usense (die er nog niet instaat) 5v te laten vallen, zodat deze weer t.o.v. GND is.

e: schema geupdate met waarden en zener voor Usense

Edit:
Zit dus wel een mooie denkfout in:

Als de emmiter'ss van de TIP's ~0.7 Volt boven mn voedings spanning komen kan de 3140 hem niet meer dichthouden!

e: opgelost (denk ik):
http://hal.redsam.nl/csink.sch.2.png
UPDATE: onder nieuwer schema

ee: Heb het gebouwd en het werkt, maar niet zo goed: de stroom wordt niet netjes verdeelt over de TIP's. Ik moet de basisweerstanden nog eens narekenen denk ik. En van die BD139 een nette 10mA stroombron maken. Het is wel stabiel. Later meer.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 1 maart 2011 19:08:56 (41%)]

Voor een betere stroomverdeling over de TIPSs kun je beter de shunts aan de kant van de emitter zetten. Maar dan heb je de basisstroom weer door de shunts, en dat wil je niet. Maar je kunt dan wel shunts toevoegen aan de emitterkant, en de collector shunts laten zitten voor stroom meting. Met basisweerstanden lost je dit niet op. Stroomverdeling wordt nu volledig bepaald door verschillen in stroomversterking

Ik kom niet onder emmitter weerstanden uit inderdaad. Ik had ze er al tussen gezet, ook 0R25. En nu verdeelt hij het inderdaad een stuk beter (40%, 35%, 25%). Maar nog niet goed genoeg.
Grappig is dat je het door de tijd ook ziet veranderen. Zonder emmitter weerstanden zie je de stroom door Q2 steeds meer toenemen, met die weerstanden loopt het een beetje heen-en-weer. Maargoed, dat is zowiezo niet netjes.

Ik denk dat de basis weerstanden wel een kleine invloed hebben: Wanneer de B-E spanning van een van de TIP's wat lager is als de andere zal de spanningsval over de basis weerstand groter moeten zijn, en dus de stroom daardoor. Een grotere weerstand zou een kleinere 'extra' stroom betekenen. Ik op iets in de order van 1 KOhm. (5mA per Tip over -5 Volt).

Mijn doel was/is als volgt:
1 Ik wil inderdaad en basisstroom niet door mn shunts. Ik zou dan om het moment van loskoppelen van de source opeens 15mA door mn shunts zien.
2 Ik reken met ongeveer 6A max. Dus 2A / TIP. Dit geeft ongeveer 20mA basisstroom.
3 Ik wil ongeveer 40V max toelaten (niet icm continue 6A, dat red ik temperatuurgewijs niet).
4 Ik wil de spanningsval zo klein mogelijk houden.

Punt 1 heb ik gerealiseerd door de emmittors naar boven te zetten, waardoor de basisstroom niet door de shunts vloeid. Deze stroom komt wel uit de source en mis ik op de shunts, maar dit is een lineaire fout welke is te corrigeren.
Punt 2 is een indicatie. De TIP's kunnen het hebben, maar het vermogen kan ik moeilijk langdurig kwijt (zeker bij 40V). Dit kan later zo nodig verbeteren met betere koeling.
Punt 3 moet gewoon lukken met de TIP's (-60V).
Punt 4 hoop ik te beperken door kleine shunts en door de basis van de TIP's onder 5V te kunnen trekken. Hierdoor ben ik de spanningsval over TIP's (1.4V) kwijt volgens mij. De extra emmitter weerstanden helpen hier niet.

Het probleem is dus niet dat de emmitter weerstanden eigenlijk nog te klein zijn, maar dat als ik ze groter maak, ik ook de spanningsval over de sink groter maak. Ik hoopte nog steeds die 6A te kunnen sinken bij 1 a 2 Volt. Maar heel belangrijk is dat niet.

Is hier een betere oplossing voor? (De stromen verdelen over de TIP's zonder enorm veel grotere emmitter weerstanden)

En klopt mijn idee dat ik de spanningsval over de B-E dubbele-junctie van de TIP's nu kwijt ben? (Omdat de basis 5V onder collector 'getrokken' kan worden) De collector stroom voor Q4 komt namelijk ook uit de aangesloten source en die vloeid naar GND, maar ik zie niet goed hoe doe dan verder zou lopen, om weer terug te komen naar de andere pool van de source zou die 5V omhoog moeten, wat niet kan.
Dus waar blijft deze collector-emmitterstroom (van Q4)?

De collector stroom voor Q4 komt uiteindelijk uit de 7805 spanningregelaar.

De spanning van de externe source wordt daarbij opgeteld. De negatieve pool van de source wordt door de 7805 opgetild naar 5 volt tov GND terwijl Q4 de positieve kant van de source via de BE overgangen weer naar beneden trekt.

Tis wel grappig. Die basis stroom gaat dus wel door de source, maar niet door je shunts. Eigenlijk zou je de basisstroom voor een correcte meting wel door de shunts willen hebben volgens mij, behalve als je de source loskoppelt.

Ik krijg dat nog niet helemaal rond: de collector stroom van Q4 moet volgens mij uit de source komen (via de emmitters van de TIP's).

Die bevindt zich (potentieel) boven Vpp (bv. 40V). Dan loopt die stroom dus van de positieve source door E-B van Q132, door C-E van Q4, naar GND (want dat is een lager potentiaal). Maar de enige weg terug naar de negatieve source is 5V omhoog. Dan zou het dus via de GND naar OUT van de 7805 moeten lopen.
Maar die collector van Q4 bevindt zich dus op 40V - 1.4V E-B van Q123, dus op ong. 38V. Dan kan de stroom dus niet uit de 7805 komen, die bevindt zich namelijk op 5V.
Ik ga eens testen wat er gebeurd als de source op 22V zet en de Vpp op 10V. En dan eens meten hoe-en-wat er loopt.

Verder ben ik wel met je eens dat je in het ideale geval uiteraard ook die basisstroom van Q4 mist. Maar dit is nu minder als 1mA, wat buiten de resolutie van de meters zal vallen. Bovendien is deze basisstroom nu altijd lineair ten opzichte van de stroom uit de source en dus kan ik er voor corrigeren. Als de basisstroom wel door de shunts zou lopen zou ik tot bijna 0.00A terug kunnen regelen, tenzij ik de source los trek; dan zal de op-amp de torren vol opensturen en zie je je basisstroom opeens op je read-out verschijnen. Hier kan ik lastig voor corrigeren en ik vindt het er slordig uit zien dat hij al 15mA (zonder Q4) aangeeft terwijl hij staat de 'idlen'.

Ik moet de basisweerstanden nog proberen. Het werkt verder wel prima. Geen enkele oscillatie en nu prima regelbaar van 0 tot >7A (waar ik moet stoppen omdat de aansluitingen naar de test-LiPo beginnen te smelten ). Ik zal het schema nog even updaten, zijn wat waardes veranderd.

Op 23 februari 2011 14:17:15 schreef knifter:
Ik kom niet onder emmitter weerstanden uit inderdaad.

Misschien wel als je per eindtor een eigen aanstuur circuit neemt?

Ja, ik heb er aan gedacht om inderdaad per tor een current sink(je) te maken. Maar wat ik zag is dat naarmate de torren heter worden de B-E spanning kleiner wordt. Dus de tor die het meeste doet gaat nog meer doen, met een vicieuze circel tot gevolg: het systeem is dus instabiel.
Door de torren individueel af te regelen is het in eerste instantie wel goed, maar elk verschil geeft een verschil in warmte en het probleem is terug.

Of bedoel je een compleet eigen regeling met feedback per tor? Dat gaat inderdaad wel werken! Maar dan heb ik een opamp per tor nodig. (En geen opteller dus netto eentje meer als nu.)

Of dacht jij aan iets compleet anders (en mogelijk beter)?

e: wel een opteller of iets dergelijks: ik moet wel mijn totale stroom nog kunnen meten. Dus 4 opamps.

Op 25 februari 2011 11:57:35 schreef knifter:
Of dacht jij aan iets compleet anders (en mogelijk beter)?

Nee, ik dacht inderdaad aan een eigen feedback circuit (de twee opampjesm enzo) per eindtor. (Als de eindtor een darlington is denk ik dat je geen stuurtor meer nodg hebt?)

Dat zou inderdaad werken. En de TIP's zijn inderdaad darlingtons en hebben inderdaad geen Q4 nodig. Sterker nog Q4 geeft nu nog meer versterking waardoor het nog sneller ging oscilleren. Ik kan de emmitter weerstand van de Q4 weer niet te groot maken omdat deze bij maximaal sturen niet boven de 3.6V uit mag komen. Voordeel is nu wel weer dat zelfs de 5mA basistroom per TIP al uit de source komt. En het oscilleren is compleet weg nadat IC1 een snelle integrator geworden is. (staat nog niet in het schema)

De basisweerstanden (12R -> 1K) halen, zoals gezegd, niets uit. Nog steeds een 40%, 26%, 33% verdeling.

Laatste versie:

e: stom, was de hele emmitter weerstanden vergeten in het schema.

Nou, het hele ontwerp gaat de prullenmand in denk.. <- straks.

Er zijn 2 problemen:
* Ten eerste komt de collectorstroom voor Q4, wanneer er geen source aanwezig is, inderdaad uit de 7805: er loopt een stroom in tegengestelde richting door de shunts en dan van de collector van de TIP's naar hun basis. Hier had ik niet aan gedacht, maar die dingen werken natuurlijk ook andersom . Het is opzich niet heel erg want de stroom loopt de andere kant op en dus zal ik hem niet zien. Maar het is niet netjes.
* Ik krijg het niet goed afgeregeld. Als ik 1 Amp instel is het op zich stabiel, maar als ik vervolgens een 1 ohm weerstand tussen de source en de sink opneem zakt de stroom (en kan ik hem wel weer opdraaien naar 1 amp, de bron levert met gemak >10 amp, LiPo accu). Verder testen laat inderdaad zien dat de stroom deels afhankelijk is van de spanning van de source, en ook nog eens niet-lineair. Ik kan het niet verklaren maar ik denk dat het mis gaat bij de opteller/comparator. Ik heb nog wel 2 bias instellingen toegevoegd aan de op-amps maar dit probleem blijft.

En een current-sink waarvan de stroom afhankelijk is van de ingangsspanning heb ik al..

Ik ga dus denk ik toch maar voor het conventionele ontwerp zoals pros het hierboven getekend heeft. Dan neem ik de basisstroom voor lief of voeg ook daar een constructie toe zoals Q4. Dan is de stuurstroom <<1 mA en dus niet zichtbaar. Die heeft ook het voordeel dat ie wel netjes de stroom verdeelt over de darlingtons.

Ik ben zelf een ontwerp aan het maken, maar met FETs ipv torren. Je hebt dan een opamp per FET nodig. Ik zal mijn voorlopige ontwerp posten als ik vanavond thuis ben.

@Gyrbo: Denk FET's goed moeten werken omdat je alvast die basisstroom niet hebt. Maar ik had geen dikke FET's liggen, en wel TIP's. Ben wel benieuwd naar je ontwerp!

Na nachtje overslapen ben ik toch wel heel benieuwd geworden WAAROM hij verloopt.

Er gebeurd dit:
Om e.e.a. te beperken en te beschermen heb ik een 1 ohm weerstand in serie gezet met de accu zodat ik maar max 11A kan trekken als het fout gaat. Scheelt dan hoop rotzooi.

Nu wordt er bv 2 Amp uit een accu getrokken. Dat blijft dan stabiel (over meerdere minuten als moet). Maar zet ik nu even tijdelijk een 2e 1 Ohm's weerstand parallel aan de eerste (die in serie met de source staat) dan zie ik de stroom oplopen tot 2.4 amp.
Dit is niet omdat de accu niet meer wil leveren want ik kan hem prima met 1 weerstand opdraaien tot 7 a 8 amp. Het lijkt dus alsof de opteller verloopt op dat moment.

Misschien dat het ontwerp van pros zowiezo beter is, ik begin er van overtuigd te raken, maar ik wil toch even weten waarom dit gebeurd.

e: bv dat de GND +5V waarvan de instelpot refereert niet heel dicht bij de GND +5V zit waaraan de opteller refereert.. als deze verlopen gaat het mis natuurlijk en het 'stroomloze' deel zit nu op een breadboard. Misschien dat dit de oorzaak is.
Ik ga nog even de spanningen precies meten voor en achter de opteller in beide gevallen. En de waarde uit de instel pot ook.

Dit is mijn schema (is eigenlijk heel simpel):

De FET die ik wil gebruiken is de MTP36N06. Ik heb onlangs hiervan een stapeltje in mijn bezit gekregen. Dit circuit kan je zo veel keer herhalen als je nodig hebt. De aansturing zou ik doen met een door een microcontroller gestuurde DAC. Met twee FETs en een gepast koelblok zou dit 100W moeten halen.

V2 is de referentiespanning (0.1V = 1A), V3 is de te belasten bron.

Ik zou graag een andere opamp tussen de inverterende ingang van de opamp en de current sense weerstand zetten, om alles fijn af te regelen. Helaas gaat dan alles oscilleren in de simulator. Ik heb te weinig analoge kennis om hier een oplossing voor te bedenken.

Mijn comparator (bovenste opamp) oscilleert ook enorm als ik hem zo rechttoe-rechtaan gebruik.

Wat ik gedaan heb is een 10nF cap tussen de inverterende ingang en uitgang zetten, dit icm de weerstand van het lowpass filter wat er op zit zorgt voor een integrator waardoor hij wat trager reguleert.
Bij mij was hierna elke oscillatie verdwenen.

En waar dient R4 voor?

Ik had al wel wat geprobeert met caps hier en daar te zetten, maar met jouw oplossing is hij inderdaad stabiel. Bedankt!
Of ik deze constructie effectief ga gebruiken weet ik echter nog niet zeker. Zelfs met precisie opamps (LT1079) kan ik niet lineair regelen beneden 150mA. Met een enkele precisie opamp lukt dit (volgens de simulator toch) perfect tot 0. Met een simpele LM324 zit er een constante offset op waardoor het minimum 20mA wordt.
[EDIT] Opamp voeden met een negatieve spanning lost alle problemen op.

Die R4 is bedoelt om "gate ringing" te onderdrukken. Geen idee of hij echt nodig is, maar als je wat langere draden naar de FET gebruikt kan je wat inductie krijgen.

Ik heb het gevonden. Hij kan zo in het topic 'stomme fouten'.

Ik had niet goed meer gekeken maar door het loszitten van C2 (uitgang opteller) ging de boel oscilleren. De frequentie werd bepaald door o.a. de weerstand van de source. Door deze ene ohm varieerde de frequentie van 12 khz tot 34 khz.
En, nu komt ie, de multimeter die de stroom meet staat natuurlijk op DC en kan hier niet zoveel mee en ik zag de stroom veranderen. In werkelijkheid oscilleerde deze met ongeveer zelfde gemiddelde.
Te lui geweest met de scope dus. Dit verklaarde ook het 'niet lineaire' gedrag in dit gebeuren. Bij 100mA maakte de weerstand niets uit. Bij 2amp echter 10-20%.

stom, stom, stom.

Cap gefixed, probleem opgelost.

@Gyrbo: Ik heb CA3140's en heb ook de offset afstelling in gebruik. Als ik dat niet doe gaat ook alles mis <100mA. Krijg hem dan ook niet op 0. Wat ik gedaan heb is beide ingangen aan elkaar gekoppeld (op ongeveer 5V (waar hij ook moet meten) en de uitgang op <1mV afgesteld. En inderdaad uit de buurt van de rail blijven. Daarom 'zweeft' het bij mij ook op 5V.

Dat van de Gate-ringing wist ik niet, bedankt.

@gyrbo,2: Pas toch maar op met die integrator. Dit geeft bij andere stromen weer oscillaties bij mij. Q4 versterkt te veel.

Dat van gate-ringing geldt voor als je de gate keihard aanstuurt. Met zo'n Opampje zal het wel meevallen. Met keihard bedoel ik: met een gate driver die 2A aankan.

Toch is het een makkelijke oplossing. Ik ontwerp voortaan altijd een weerstand. Als het allemaal werkt, en ik wil optimaliseren kan ik nog kijken of het zonder ook kan.

Ik ben wat verder. Ik heb het gemaakt op de conventionele manier met PNP's. Het werkt allemaal wel aardig. Ik heb echter een probleem waar ik niet de ideale oplossing voor kan bedenken:

Als de source niet aangesloten is, stuurt de comparator de TIP's vol open. Hierdoor loopt er initieel bij het aansluiten van de source de maximale stroom (nu gelimiteerd op 8A) om vervolgens in 4 ms (50uS met TL071 als IC1) naar de ingestelde stroom te convergeren (bv 100mA). Dit is niet erg netjes en heeft ook nogal wat vonken tot gevolg.

Ik had dit op willen lossen door een 3e opamp toe te voegen die de spanning van de aangesloten source vergelijkt met een ingestelde spanning (bv 0.5V). Als de spanning onder deze drempel zakt drained hij de stuurstroom van de Q4 (BD139) en hierdoor onstaat een soort soft-start.

Echter, het probleem zit hem eigenlijk in het feit dat de schakeling te traag is geworden door C2 en C3 (de lowpass op Verr en de integrator IC1). Maar als ik C2 (100nF) of C3 (10nF) verklein krijg ik enorme oscillaties. Zonder C2 (lowpass) gaat hij oscilleren afhankelijk van de source-(interne)weerstand. Als ik C3 vervang voor minder als 100nF gaat hij oscilleren tussen dicht en vol open (0-8A in blokgolf), met een duty-cycle naar ratio.

De soft-start zal het wel oplossen vermoed ik. Maar hij wordt alleen maar trager. (de soft-start moet trager zijn als de reactietijd nu.)
Ook kan ik de sink-stroom niet (snel) moduleren. Bovendien gaat het dan evengoed mis als de softstart dan 'gestart' is. Deze doet dan ook weer een soft-stop.
Heeft er iemand een betere oplossing om C2/C3 te verkleinen of om de schakeling sneller te maken zonder oscillaties?

Mijn vermoeden is dat het komt omdat Q4 nog te veel versterkt.

Ideeen?

Alvast dank.

Huidig schema: http://hal.redsam.nl/csink.sch.4.png

Klein schopke....

Waarom zijn R5, R6 en R7 zo klein? Ik zou daar eerder 1k2 plaatsen dan 12R.

De waarden van die weerstanden zijn eigenlijk helemaal niet gegrond. Ze stammen nog uit het vorige ontwerp met NPN torren.

Er gaat 2-3 mA naar de basis van Zon tip. Met 5-1.4 = 3.6 V kom je inderdaad op max 1K2. Ik zal ze hierdoor vervangen.

Maar hierdoor zal de output swing van de op-amps toch ook groter moeten worden? En hierdoor wordt de schakeling ook weer trager? Of is dat onzin? De CA3140 heeft een slew-rate van 9V/uS. Het kost hem dus 1 a 1.5 uS om volledig dicht naar open te gaan (of andersom) en dat ligt precies in de orde van vertraging die ik dus meet.

Ik ga het wel even proberen/meten!

Ik weet dat dit een oud topic is, maar ik wilde toch even reageren op het schema van Knifter waarop hij in Actieve load voor voedingen te testen naar linkte:

Op 27 januari 2012 12:09:00 schreef knifter:
Ik heb hier over mijn soortgelijk probleem zitten zeuren: http://www.circuitsonline.net/forum/view/92757/1/current+sink

In je schema zitten iig 2 fouten

• IC3, CA3140, heeft pin 8 aan de GND. Dit moet natuurlijk niet !
• IC2, CA3140, heeft de off-set regeling aan pin 5-8. Dit moet pin 1-5 zijn !

Verder vind ik je schema, moeilijk te lezen.

Inmiddels heb ik voor mijn eigen, Pros-design, actieve load een oplossing gevonden om de basis stroom af te knijpen wanneer er test-voeding is aangesloten. (zie schema)

Voor welk type op-amp had je de integrator, IC1, vervangen?

In jouw schema is IC3 als comparator geschakeld die je met C4 sloom probeert te krijgen. Volgens mij kun je er beter en weerstand over de niet-inverterende ingang en de uitgang zetten. En C4 dan over de NI-ingang naar de massa zetten. Beter is natuurlijk om een echter comparator te gebruiken, dan heb je R21 en Q5 ook niet meer nodig.

Wat je precies met de 78L05 nou wil, is mij nog een raadsel.

Laat even weten of je nog verder gaat met je ontwerp, geduld is een schone zaak.

Die fouten kunnen kloppen inderdaad. Was een van mijn eerdere schemas. Maar ik denk dat de proefopstelling dat wel goed had anders had het helemaal niet gewerkt. Maar ik heb de boel intussen al een hele tijd geleden uit elkaar getrokken. Voornaamste probleem was dat hij idd traag was (dus niet geschikt als dynamic load voor voeding) en de uitlezing niet lineair (de uitgang van IC2).

Ik geef toe dat e.e.a. wat duidelijker had gekunt ja.. Zit zelf ook te zoeken..

Heb ik IC1 vervangen? Dit kan ik zo 123 niet terugvinden. Ik ga er vanuit dat de 3140 dit in principe moet kunnen en dat de fouten in mijn ontwerp zit.

Ik heb het deel met IC3 wel een keer opgebouwd, maar ik weet niet meer wat de uitkomst hiervan was. Het oscilleren kwam in iedergeval door IC1 die of oscilleert of te sloom wordt met 100nF. Jouw idee zou soelaas kunnen bieden.

De 7805 zit er omdat de ground van de bron op +5V zit. Dit omdat de uitgang van IC2 (summer) negatief is. Op deze manier hoeven de opamps ook niet rail-to-rail te zijn. De 7805 is echter wel stroom aan het sinken als je het zo opbouwd. Dat is niet goed. Dit had ik opgelost door een aantal mA door een weerstand te sturen van +5V naar GND.

Verder ga ik met deze niet denk ik. Ik moest dit afbreken omdat ik ergens anders mee bezig moest. Heb er wat van geleerd en het volgende idee is in ontwerp. Dit wordt een sink+source. Met qua regeling iets wat op pros zn idee lijkt: stroomgestuurd ipv deze emittervolgers of met FET's er in. Met FET's is het eerste probleem van de emitter stroom meteen opgelost (waarvoor in dit ontwerp de BD139 zit).
Maar ik vindt het veel handiger om meteen een source mee te nemen. Je kunt dan volautomatisch batterijen ontladen/laden en de capaciteit meten. Ik ga het ook wat kleiner bemeten, 8A is niet meer nodig.