Dummyload stroomkring probleem

De afgelopen weken ben ik druk bezig om een dummyload te bouwen. Niet te veel analoge electronica erin want dat vindt ik lastig. Geef maar bitjes en bytes dan voel ik me thuis.

Op het internet wat gezocht en onder andere van Stynus wat afgekeken ben ik begonnen met een Dummyload op basis van een stevige NPN transistor (BUX10) en een LM358 regeling. De aansturing doe ik wel digitaal met een DAC een ADC. To zover zo goed.

http://www.uploadarchief.net/files/download/dummyload.png

Het geheel leek te werken tot ik wat meer stroom ging souperen en toen ging het helemaal mis. De eerste keer sloeg de latop voeding ophol. (aan,uit,aan,uit enz) Alles even een reset en het was weer oke.

Aangezien de Delta voeding een analoge weergaven heeft van stroom verbruik en ik in de positive voedingslijn ook nog een stroom shunt (niet getekend) heb zitten was ik deze aan het controleren. En toen begonnen er rare dingen te gebeuren. Mijn multimeter op 10A in de GND lijn gehangen naar de Delta voeding. En toen zag ik hele andere waarden. Verder zag mijn stuur electronica dat spanning die ik ook meet inzakken. Terwijl als ik de spanning over de Delta voeding niet zag zakken.

Mijn conclusie is dat er een "verkeerde" of ongewenste stroomkring bestaat en dat de GND "omhoog" komt waardoor ik onjuiste waardes meet van de spanning over de Delta voeding.

Mijn vragen zijn:
1. Hebben jullie voldoende informatie om mijn conclusie te onderschrijven?
2. Heeft iemand hier ervaring mee?
3. Hoe kan ik of hoe heb jij dit opgelost?
4. Algemene adviezen over Dummyloads?

EDIT:
- Massa en/of GND van laptop voeding en Delta lab voeding zit aan elkaar.
- Exacte metingen zijn het niet. Deze waardeze zijn dus als voorbeeld. Waardens meten kan ik nog wel doen als dit het probleem verder kan lokaliseren.
- Spec's voor deze dummyload zijn:
- 3 tot 50 Volt
- 0 tot 20 Ampere
- 0 tot 500 Watt
- nauwkeurigheid 100mA
- In totaal zijn er 8 * BUX10 met eigen regelkring rond lm358
- Elke vermogens transistor heeft eigen regelkring en stroommeting (0.1 Ohm 1%)
- Alle voedingsbedrading is 1mm2 of dikker.

De vraag over frequentie kan ik niet plaatsen. Daarvoor heb ik meer informatie nodig. De DAC geeft een gewenste regelspanning aan de LM358 deze stuurt via een hulp transistor de shunt naar deze gewenste waarde. De spanning geeft daarmee de gewenste stoom aan.

Er is nog geen control loop voor totale stroom voor een samenwerking van de meerdere vermogens transistoren. Deze moet ik nog ontwerpen.

Ik begrijp dat er nog meer informatie nodig is. Morgen zal ik meer plaatjes plaatsen wat dat zegt meer dan een hele boel woorden.

Maar uit deze vragen en antwoorden haal ik dat dit niet vaak voorkomt. Zelf dacht ik aan een scheidingstrafo voor de voedingspanning stuur electronica.

EDIT:
Het verhaal met stroomkringen die door elkaar lopen klopt niet of niet meer. Ik heb voor nu het probleem denk ik gevonden en het zit in de stomme laptop voeding. Deze sloeg bij het minst of geringste op hol. Dit heeft me al drie MAX9611 "gekost".

Zijn die aangegeven stromen gemeten met een multimeter?

De stroom in beide lijnen van een voeding moet natuurlijk altijd gelijk zijn, dus dat lijkt al niet te kloppen. De meest voor de hand liggende verklaring lijkt me dat zowel de laptop voeding als de Delta hun - aan de randaarde hebben zitten, en dat daar de rest van de stroom loopt. Vooral als de draden naar de Delta wat lang en dun zijn, zou het pad via de laptop voeding en randaarde best een lagere weerstand kunnen hebben. Om dat op te lossen, moet minimaal een van de voedingen los van de randaarde.

Een ander mogelijk probleem is dat het geheel op de een of andere manier oscilleert. Aangezien je het blokje "stuur elektronica" niet verder getekend hebt, kan ik dat natuurlijk niet beoordelen.

Ik vind het ontwerp niet heel erg handig, eigenlijk. Op deze manier ben je erg afhankelijk van de versterkingsfactor van de transistor, en die zal flink verlopen afhankelijk van de temperatuur.

Als je die shunt wat groter maakt, wordt het geheel waarschijnlijk een stuk stabieler, omdat het dan een emittervolger wordt. Natuurlijk is dat nu ook al wel een beetje het geval, maar de spanning over de shunt is niet bepaald groot, vooral als je een lage stroom probeert te trekken. Als de weerstand groot genoeg is om het ding fatsoenlijk als emittervolger te laten werken, kun je de transistor met een analoge spanning aansturen. Zoals het er nu staat, zul je de basisstroom moeten regelen in plaats van de spanning. Het kan natuurlijk wel, maar is een stuk lastiger.

Wat voor eisen heb je aan het ding? Moet hij tot zeer lage spanningen kunnen werken, of is vanaf een paar volt ook genoeg? Wat voor stromen wil je kunnen trekken, en wat is het maximale vermogen? Wat is het frequentiebereik van de bron en van de aansturing? Wat is de gewenste resolutie en nauwkeurigheid?

Heb je een beetje ervaring met het maken en inregelen van control loops?

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op maandag 31 oktober 2011 20:56:03 (43%)

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

Overleden

gebruik je wel een feed back ?

als die tor warm word krijgt hij steed meer zin ;)

Massa's wel aanelkaar?

[Bericht gewijzigd door Shiptronic op maandag 31 oktober 2011 21:05:54 (13%)

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.

Hier nog een gedeelte van het stroomsturingsregeling met de LM358.

http://www.uploadarchief.net/files/download/dummyload%20lm358%20.png

Ik zal vanmiddag eens kijken of ik een werkelijke meting kan uitvoeren voor het eerste plaatje. Zodat ik en jullie ook zeker weten dit gebeurd.

EDIT:

- Er zijn voor alle LM358 100nF ontkoppel condenstoren aanwezig. Deze staan helaas niet op het schema.

- Voor de duidelijkheid VCC staat hier voor 12V. Had ik beter moeten weergeven in het schema. De collector van de BUX10 komt aan de plus van de te testen voeding (3 - 50V)

- Kunnen julli mij uitleggen waarom de collector van de TIP41 en de BUX10 samen moeten komen? Ik dacht dat dit juist heel mooi was omdat ik op deze manier altijd de TIP41 en daarmee de BUX10 volledig open kan sturen. Ik wil deze oplossing namelijk ook gebruiken bij een te testen load van ongeveer 3V.

- De laptop voeding is alleen maar in gebruik voor de stuur electronica. Er is dus geen laptop of andere appratuur aangesloten.

- De DAC en ADC zijn van Maxim. De DAC is een MAX5307 en de ADC is een MAX1030. Verder is er een AVR ATMEGA16 voor de aanturing en een MAX9611 voor V en I metingen. Als laatste heb ik een HIP0050 voor aansturing van de fans.

VRAGEN:

Ik kijk naar het wattage per transitor. Daar wordt op gestuurd zodat de transistor het niet te zwaar (temp) krijgt. In praktijk heb ik me voorgenomen om de per transitor max 70 Watt te verstoken. Wat neer komt bij mijn specs van 0 - 5 Ampere per power transistor.

Hoe kan ik het beste een goede stoomregelkring maken rond een LM358? Uitgangspunten:
- Spanning 3 - 50V
- Stroom regeling 0 - 5A
- Spanningsturing 0 - 5V (mag ook minder)
- Nauwkeurigheid 5mA (10 bits DAC)
- Shunt weerstand 0.1 Ohm 1%

Heeft iemand voorbeelden die hierbij dicht in de buurt komen?

[Bericht gewijzigd door Allround op dinsdag 1 november 2011 20:05:48 (35%)

Ik mis ontkoppelcondensatoren over de voeding van de LM358.En iets zegt me dat de collector van de TIP41 aan de collector van de BUX10 zou moeten zitten.
Enneh.. die laptop voeding:voedt die ook nog een laptop? en die DAC waar wordt die door aangestuurd?

iets zegt me dat de collector van de TIP41 aan de collector van de BUX10 zou moeten zitten

Zeker en vast. De BUX10 versterkt maar weinig, zoals de meeste powertorren. In deze opstelling gaat er een onbehoorlijke basisstroom lopen, die gans de meting verziekt.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Helaas ben ik nog niet aan een meting toe gekomen. Ik heb mij namelijk gestort in de zoeken op dit forum naar gelijk gestemden.

Gevonden heb ik een forum post http://www.circuitsonline.net/forum/view/12754 Helaas is de informatie en zeker het schema verdwenen.

Verder heb ik nog een mooie load box gevonden. http://www.circuitsonline.net/forum/view/52804 Uit dit schema heb ik delen geleend omdat dit ook veel op mijn schema leek.

Verder heb ik nog bij Stynus gekeken. Hij heeft ook een Dummy Load gebouwd.

Bij de schema's die ik gezien heb valt op de TIP de stuur transitor voor de 2n3055 via een externe 12V wordt gevoed.

Zelf even weer een nieuw schema getekend. Alle adviezen zijn welkom
http://www.uploadarchief.net/files/download/dummyload%20lm358%20v2.png

Ik heb zoiets gebouwd:

http://prosje.be/CO/Schemas/PowerStroomBron.png

In werkelijkheid heb ik maar twee stuks TIP142 gebruikt (die 8x is voor iemand die meer wou). Dat is goed voor 8A.
De torren moeten uiteraard goed gekoeld worden. Ik heb daarvoor een CPU-heatsink gebruikt met actieve koeling.

Met S1 gesloten en S2 open kan je de stroom instellen met behulp van P1. Daarbij kan je een extern signaal superponeren op hetgeen met P1 is ingesteld.
Met S1 open en S2 gesloten kan je de stroom moduleren met een extern signaal.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Ik heb hier een kant en klare print van ELV waarmee men voedingen, accu's enz kan testen.
Er is maar een klein probleempje, ik heb de docunmentatie niet meer.
Op de print staat wel ELV 933840 en zo ziet hij eruit, achterop hoort nog een koelblok te zitten.

Schema en de rest gevonden:
0,5 tot 20 Volt belastbaar
I en R mode voor 10 Ampere
Frequentie 10Hz tot 1 kHz

http://www.bucket.schorum.nl/tester.jpg

IN de eerst post heb ik nu geschreven dat de stoomkringen wel goed zijn. Het probleem lag hem duidelijk in een "brakke" laptop voeding.

Maar ondanks dat het nu redelijk werkt zijn er nog een paar dingen die ik wil verbeteren. Aangezien ik de besturing modulair heb gemaakt wil ik de load besturing gaan aanpassen.

http://www.uploadarchief.net/files/download/dummyload%20lm358%20v3.png
OPMERKING: RB-1,RA-1 en TR2 moet ik nog berekenen.

Specs:
- Sturing spanning: 0 - 5V
- Meting spanning: 0 - 5V
- Bereik: 0 - 5A
- Module spanning: 12V
- Power transistor: BUX10
- Rload: 0.1 Ohm 1% 5 Watt
- Bescherming bij max. load
- Regeling per power transistor
- Meting per Rload hoeft niet extreem nauwkeurig
- Modulatie kan ik regelen via stuurspanning

Ik zal een schema opstellen waarop ik graag jullie ongezouten kritiek ontvang.

EDIT: Schema toegevoegd.
Vragen:
1. Is Q1-3 noodzakelijk? Of kan ik het af door direct vanuit de LM358 Q1-1 te sturen.
2. Moet er nog extra stoombegrenzing worden aangebracht om Q1-3 te beschermen?
3. Nog andere tips?

[Bericht gewijzigd door Allround op zondag 6 november 2011 20:36:11 (20%)

Even een topic kick.

Kan iemand mij advies geven over het aangegeven schema met bijbehorende vragen?

Alvast bedankt.

EDIT:
@fred101
Bedankt voor je reactie. Wel een leuk concept met een mosfet. Ik heb nog wel het één en ander liggen aan FETs. Maar omdat ik al vrij ver ben met de huidige opzet wil ik nu even niet meer kiezen voor mosfets.

De LM358 kan tussen 10 en 20 mA sinken en tussen 20 en 40 mA sourcen
Een BC817 heeft een Ic van max 800mA en een hfe van minimaal 100 en max 630.
De 2DS983 heeft een Ic van max 6A en een hfe van min 700
De BUX10 heeft een Ic van max 20A en een hfe van 20 tot 60

De maximale stroom door de BUX10 is 5A
De totale Hfe = 100 * 700 * 20 = 1400000 dus stuur stroom voor BC817 is max 5/1400000= 0,00357mA Dit lijkt me iet wat overdreven.

Dus volgens mij is de BC817 helemaal niet nodig.

Want met alleen de 2SD983 kom ik er ook wel. Hfe = 700 * 20 = 14000
Dus stuurstroom 2SD983 = 5/14000 = 0,357mA. Echter al je nu naar mijn eeste plaatje kijkt wordt de 2SD983 wel heel warm (50C) bij een 3Amp door de BUX10 bij 20V. De 2SD938 zit niet op een heatsink omdat ik niet dacht dat dit nodig was.

@Henry S.
De BUX10 is niet makkelijk stuk te krijgen. Mijn probleem zit hem in de 2SD983 omdat deze veel meer stuur stroom door de BUX10 wil sturen dan moet en kan.
Dit gebeurt als de te testen voeding het niet meer aankan. Dan stuurt mijn sturing de lm358 aan maar de feedback haalt nooit de gewenste waarde waardoor de lm358 uitgang naar 12V toeschiet. De 2SD938 wordt loeiheet (> 80C) en gaat uiteindelijk in rook op.
Mijn bedoeling is dan ook een beperking in de stuurspanning te maken. Dus ik dacht aan een comperator over een weerstand in de stuurstroom voor de BUX10. Maar hoe en wat ben ik nog niet uit.

EDIT2:
@ohm pi:
De weerstand kan en wil ik best verhogen naar 680Ω waarbij ik ook een aanpassing wil doen aan C1-3.
VRAAG: Waarom moet ik de waarde verhogen? Is dat om onder de source van 20mA te blijven? 12V/680Ω= 17,6mA
Hoe bereken ik dan de juiste waarde voor C1-3 (deze waarde heb ik schaamteloos overgenomen.)

Verder Is de vraag heel goed over Q1-1. DENK EROM dat ik het schema van 1-11-2011 gemaakt heb. Mijn bevindingen zijn dus ook over dat schema. Ik heb zelf bedacht dat bij vol uitsturen er teveel Ibe en Ice ging lopen waardoor deze transitor het moeilijk kreeg. Ik kan de Vce wel een meten in deze fout situatie.
VRAAG: moet ik dan ook nog wat anders meten?

[Bericht gewijzigd door Allround op maandag 14 november 2011 21:58:48 (17%)

fred101

Golden Member

Kijk in de dasheet hoeveel mA de LM358 kan leveren en in die van de powertor wat de hFE is. Dan weet je of er nog een tor tussen moet maar ik zou nooit de powertor direct aansturen.

Je zocht gelijkgestemde: http://www.circuitsonline.net/forum/view/99727 ik heb er ook net een gemaakt. Alleen gebruik ik en FET. In de AN van LT die ik in die link noem wordt het verschil getoond en nog wat tips getoond.
Ik gebruik twee TL084 opamps parallel om twee hele dikke MOSFETs aan te sturen.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Henry S.

Moderator

Op 6 november 2011 15:36:00 schreef Allround:

2. Moet er nog extra stoombegrenzing worden aangebracht om Q1-3 te beschermen?

Q1-2 bedoel je denk ik. De vraag aan jou is of de BUX10 ook vol uitgestuurd binnen z'n SOA blijft.

73's de PA2HS - ik ben een radiohead, De 2019 CO labvoeding.

Je vraagt je af of Q1-3 nodig is.
Je geeft aan dat de LM358M 20mA kan sourcen. Als je Q1-3 weglaat dan komt de uitgang van de LM358M aan de 220Ω weerstand R1-1. Als je deze weerstand niet wilt of kunt verhogen tot 680Ω, dan gaat dat niet. Als je deze weerstand verhoogt, dan moet je ook de capaciteitswaarde van C1-3 heroverwegen.

Waarom wordt Q1-1 (2SD983) heet als de te testen voeding het niet meer aan kan? Hij wordt vol uitgestuurd. De collector-emittorspanning is dan 1V (de verzadigingsspanning). De ontwikkelde warmte in die tor en ook in Q1-2 is dan toch minimaal.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op maandag 14 november 2011 21:27:55 (26%)

Maar even weer een kick.

Zouden jullie nog naar mijn vragen in de post van 13-11-2011 willen kijken.

Voor een nieuw te bouwen load kan ik wel eens naar FETs gaan kijken maar voor nu wil ik deze load graag werkend zien te krijgen.

fred101

Golden Member

Komt denk ik door dat je je antwoorden in en edit verwerkt hebt, dan krijgen wij geen notificaties.
Zou je probleem niet in de opamp kunnen zitten. Deze heeft al een Voffset van een paar mV, dat wordt meeversterkt. Dus staat de tor verder open dan de bedoeling. Ik zou ook R1.1 vergroten. Als beide torren vol open gaan moet de eerste tor alle basisstroom leveren. Vergeet niet, collector stroom is het gevolg van basisstroom en niet andersom. Dus je kan loads of basisstroom laten lopen zonder collectorstroom. De basis stroom verandert ook als gevolg van temperatuur en collectorstroom. Dat kan thermal runnaway veroorzaken. Je torren hebben geen bescherming. Bij een kortsluiting aan de loadkant hangt de eerste tor via een weerstandje aan massa.
q1.1 heeft geen basis weerstand naar de plus. Die zweeft een beetje .

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Ik denk dat je de waarde van 1,5nF niet hoeft te veranderen. Deze waarde komt ook voor in het originele schema.
Q1-1 wordt heet als de te testen voeding in begrenzing gaat omdat tijdens de begrenzingsfase Q1-1 de maximale stroom levert aan Q1-2.
Tussen de collector en de emittor van Q1-1 staat de volle 12V. Je kunt zelf uitrekenen hoeveel vermogen Q1-1 in die situatie moet dissiperen. Tussen de collector en de +12V van Q1-1 moet je een stroombegrenzingsweerstand opnemen. De waarde van deze weerstand is grofweg 12V / maximale Ib van Q1-2 waarbij je testload nog fijn werkt. Als je het goed doet wordt in de begrenzingsfase het vermogen niet meer in Q1-1 verstookt maar in de collectorweerstand van Q1-1. Het te verstoken vermogen zal ook lager liggen omdat de maximale stroom door deze weerstand zo laag mogelijk gekozen is.

@Ohm pi en Fred101

Ik zal eens een nieuw schema tekenen. Ik laat uit het schema van 6-11-2011 Q1-3(BC817)vervallen. Ik ga voor Q1-1 een serie weerstand opnemen aan de collector. Verder zal ik aan de basis van Q1-1 de weerstand R1-1 vergroten wat denken jullie van 22k?

Voor de serie weerstand van Q1-1 op de collector moet ik uitgaan van het volgende.

Maximale belasting per kanaal 80W. Verder specs min spanning load 3V max spanning load 50V en max stroom per kanaal 5A. Begrenzing op wat het eerste bereikt wordt.

Q1-2 BUX10 Hfe = 20
Dus maximale Ib Q1-2 = 5A/20 = 0,25A. Waarmee we dus kunnen zeggen dat Q1-1 maximaal 250mA moet kunnen leveren. De serie weerstand voor Q1-1 op de collector moet nu 3V/0.25A = 12Ohm zijn? Dit gaat toch niet goed als spanning van de load 50V is want dan ik de maximale stoom 4A.

De serie weerstand voor de basis van Q1-1 is R1-1 en eenvoudiger. Ib = 0,25A/700 = 0,36mA daarmee is R1-1 = 12V/0,36mA = 33k6 Ohm

Tot hier toe fouten?

Ik zal binnenkort een nieuw schema maken.

Edit:

http://www.uploadarchief.net/files/download/dummyload_lm358_v4.png

Vragen:
- Wat moet de waarde van R1-5 zijn. Zie tekst met berekening
- Wat is het nut van C1-2 en C1-3? Zou niet één van beide kunnen vervallen. Ik dacht zelf C1-2 telaten vervallen.

Mijn idee van het plaatsen van R1-6 is niet goed. Ik zie nog maar twee oplossingen.
- Je kunt Q1-1 vervangen door een BUX10 en monteren op hetzelfde koelblik. R1-6 laat je dan weg. Het totaal opgenomen vermogen wordt altijd verdeeld over de beide BUX10's. Dus dat zou moeten werken. Q1-1 haalt zijn vermogen tenslotte ook uit de te testen 50V voeding.
- Je kunt Q1-1 en Q1-2 vervangen door een vermogensdarlington, bijv. de TIP142 van pros zijn schema die een paar posts hiervoor gepubliceerd is.
En uiteraard, je kunt meer van zijn schema overnemen.

C1-2 maakt van de opamp U1-1A een integrator. C1-3 samen met R1-1 vormen een integrerend netwerk. Deze condensatoren zorgen ervoor dat de uitgang van de Dummyload niet oscilleert. Als je een scoop hebt, dan kan je testen of de schakeling oscilleert bij lagere waarden van C1-2 en/of C1-3. In het algemeen geldt: Hoe hoger de waarden van C1-2 is hoe trager de schakeling reageert op spanningswisselingen en belastingswisselingen. Hoe lager de waarden van C1-2 is des te groter is de kans op oscillatie en uitslingering. Ik denk dat je C1-3 gewoon weg kunt laten.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op zaterdag 26 november 2011 21:41:05 (34%)