Strom begrenzen: Wie?

[Dominik Pusch]

Hallo,
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?

R = 3V/ 300mA = 10 Ohm. Ein 10 Ohm Widerstand davor wuerde den Strom
theoretisch auf 300mA begrenzen. Allerdings faellt an dem Widerstand
dann eine Spannung ab, so dass dem Verbraucher keine vollen 3V mehr
zu Verfuegung stehen. Im schlimmsten Fall (=Verbraucher nimmt 300mA
auf) entspraeche dies einem Spannungsabfall von 1,5V. Bei 1,5V nimmt
der Verbraucher aber keine 300mA mehr auf wie bei 3V, sondern
weniger. (Mit sinkender Spannung sinkt auch die Stromaufnahme - ist
bei den meisten Verbrauchern ja so). Es stellt sich also irgendwas
unbekanntes dazwischen ein.

Wie kriege ich es hin, dass die Spannung am Verbraucher erst dann
rapide einbricht, wenn die 300mA ueberschritten werden?

Es gibt ja teure Netzteile, die sowas koennen. Leider habe ich sowas
nicht: Das muss doch auch billiger gehen, bzw. die Netzteile haben
dazu ja irgendeine Schaltung? Ist es sehr aufwendig so eine Schaltung
fuer einen fixen Spannungs- und Stromwert aufzubauen? Wie sieht sie
aus, bzw funktioniert sie?


TIA,
Dominik

[Dieter Wiedmann]

Post by Dominik Pusch
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.

L200 von www.st.com


Gruß Dieter

[Martin Lenz]

Am Thu, 07 Oct 2004 13:00:28 +0200 hat Dominik Pusch

Post by Dominik Pusch
Hallo,
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?
R = 3V/ 300mA = 10 Ohm. Ein 10 Ohm Widerstand davor wuerde den Strom
theoretisch auf 300mA begrenzen. Allerdings faellt an dem Widerstand
dann eine Spannung ab, so dass dem Verbraucher keine vollen 3V mehr
zu Verfuegung stehen. Im schlimmsten Fall (=Verbraucher nimmt 300mA
auf) entspraeche dies einem Spannungsabfall von 1,5V. Bei 1,5V nimmt
der Verbraucher aber keine 300mA mehr auf wie bei 3V, sondern
weniger. (Mit sinkender Spannung sinkt auch die Stromaufnahme - ist
bei den meisten Verbrauchern ja so). Es stellt sich also irgendwas
unbekanntes dazwischen ein.

Du siehst, daß das kein brauchbarer Ansatz ist.

Post by Dominik Pusch
Wie kriege ich es hin, dass die Spannung am Verbraucher erst dann
rapide einbricht, wenn die 300mA ueberschritten werden?
Es gibt ja teure Netzteile, die sowas koennen. Leider habe ich sowas
nicht: Das muss doch auch billiger gehen, bzw. die Netzteile haben
dazu ja irgendeine Schaltung? Ist es sehr aufwendig so eine Schaltung
fuer einen fixen Spannungs- und Stromwert aufzubauen? Wie sieht sie
aus, bzw funktioniert sie?

Ein kleiner Widerstand ("Shunt"), an dem ein Spannungsabfall proportional
zum Strom auftritt wird in Serie zur Last geschaltet, zB 0,33 Ohm, das
gibt 100mV bei 300mA. Ein Operationsverstärker oder Komparator vergleicht
diese Spannung mit einer Referenz von 100mV, wenn diese überschritten
wird, dann dreht er einen Längstransistor (oder MOSFET) zu und reduziert
damit die Spannung oder schaltet ev. ganz ab (wenn es so gebaut wurde).

[Dominik Pusch]

Post by Martin Lenz
Ein kleiner Widerstand ("Shunt"), an dem ein Spannungsabfall
proportional zum Strom auftritt wird in Serie zur Last geschaltet,
zB 0,33 Ohm, das gibt 100mV bei 300mA. Ein Operationsverstärker oder
Komparator vergleicht diese Spannung mit einer Referenz von 100mV,
wenn diese überschritten wird, dann dreht er einen Längstransistor
(oder MOSFET) zu und reduziert damit die Spannung oder schaltet ev.
ganz ab (wenn es so gebaut wurde).

Ich denke, ich verstehe: Die paar mV die da an dem "Shunt"-Widerstand
abfallen und dem Verbraucher fehlen kann man i.d.R. vernachlaessigen?
Wenn nicht muss man diesen Shuntwiderstand eben noch kleiner waehlen
bis sie vernachlaessigbar ist und entsprechend die Referenzspannung
anpassen...
Ein Operationsverstaerker vergleicht dann zwei Spannungen an seinen
(hochohmigen?) Eingaengen und "kippt" sobald die Spannung am
Shuntwiderstand hoeher als die Referenzspannung wird? Die
Referenzspannung am zweiten Eingang koennte man einfach mit einem
(hochohmigen) Poti als Spannungsteiler einstellen?
Der Ausgang koennte dann auch einfach einen leitenden Transistor
zwischen Verbraucher und Masse sperren? Am besten kippt man noch ein
RS-Flipflop, weil bei Unterbrechung die Spannung am Shuntwiderstand
sofort wieder auf 0V fallen wuerde und den OP zurueckkippen laesst
und dadurch quasi eine Rueckkopplung erzeugt wuerde?

Ehrlich gesagt kenne ich mich mit OPs nicht wirklich aus und mit
Mosfet schon gar nicht. Im ganzen betrachtet ist die Schaltung doch
ziemlich aufwendig.
Werde doch mal schauen, ob ich mir nicht irgendwo ein Labornetzgeraet
leihen kann ;)
Aber vielen Dank! Ich denke, dass ich jetzt zumindest ansatzweise
theoretisch verstanden habe, wie man soetwas realisieren kann ;)

[Martin Lenz]

Am Thu, 07 Oct 2004 14:58:45 +0200 hat Dominik Pusch

Post by Dominik Pusch

Post by Martin Lenz
Ein kleiner Widerstand ("Shunt"), an dem ein Spannungsabfall
proportional zum Strom auftritt wird in Serie zur Last geschaltet,
zB 0,33 Ohm, das gibt 100mV bei 300mA. Ein Operationsverstärker oder
Komparator vergleicht diese Spannung mit einer Referenz von 100mV,
wenn diese überschritten wird, dann dreht er einen Längstransistor
(oder MOSFET) zu und reduziert damit die Spannung oder schaltet ev.
ganz ab (wenn es so gebaut wurde).

Ich denke, ich verstehe: Die paar mV die da an dem "Shunt"-Widerstand
abfallen und dem Verbraucher fehlen kann man i.d.R. vernachlaessigen?
Wenn nicht muss man diesen Shuntwiderstand eben noch kleiner waehlen
bis sie vernachlaessigbar ist und entsprechend die Referenzspannung
anpassen...

Genau so - oder, wenn ev., die Eingangsspannung etwas erhöhen, du kannst
ev. auch mit deinem Längstransistor auch die Ausgangsspannung regeln (über
zweiten OPV mit einer Referenz vergleichen) - dann hast du schon fast
sowas wie in deinem Labornetzgerät gebaut :-)

Post by Dominik Pusch
Ein Operationsverstaerker vergleicht dann zwei Spannungen an seinen
(hochohmigen?) Eingaengen und "kippt" sobald die Spannung am
Shuntwiderstand hoeher als die Referenzspannung wird? Die
Referenzspannung am zweiten Eingang koennte man einfach mit einem
(hochohmigen) Poti als Spannungsteiler einstellen?
Der Ausgang koennte dann auch einfach einen leitenden Transistor
zwischen Verbraucher und Masse sperren? Am besten kippt man noch ein
RS-Flipflop, weil bei Unterbrechung die Spannung am Shuntwiderstand
sofort wieder auf 0V fallen wuerde und den OP zurueckkippen laesst
und dadurch quasi eine Rueckkopplung erzeugt wuerde?

Bei einem OPV will man diese Rückkopplung, er _begrenzt_ dann den Strom
auf deinen gewünschten Wert. Wenn du ein RS FlipFlop betätigst, dann
arbeitet dein OPV als Komparator (oder du verwendest gleich einen solchen,
sind aber sowieso relativ ähnlich) und du schaltest ab, so wie eine
Sicherung - das meinte ich mit:"je nachdem, wie du es gebaut hast").

Post by Dominik Pusch
Ehrlich gesagt kenne ich mich mit OPs nicht wirklich aus und mit
Mosfet schon gar nicht. Im ganzen betrachtet ist die Schaltung doch
ziemlich aufwendig.
Werde doch mal schauen, ob ich mir nicht irgendwo ein Labornetzgeraet
leihen kann ;)
Aber vielen Dank! Ich denke, dass ich jetzt zumindest ansatzweise
theoretisch verstanden habe, wie man soetwas realisieren kann ;)

[Wolfgang Hauser]

Post by Dominik Pusch
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?

Als reiner Schutz wäre eine Halbleitersicherung aka Polyswitch
geeignet.

[Peter Heckert]

Hallo,

Post by Dominik Pusch
Hallo,
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?
R = 3V/ 300mA = 10 Ohm. Ein 10 Ohm Widerstand davor wuerde den Strom

-------LM317--|widerstand|---+-----
| |
+-------------------+

An dem Widerstand fallen 1,25 Volt ab, also muss er 4,16 Ohm haben.

Wenn der Strom ca. 300mA wird, dann wird der LM317 heiss und schaltet
ab.
Daher braucht er keinen Kühlkörper.
Der Spannungsverlust ist ca. 2-3 Volt.
Es geht noch besser fast ohne Spannungsverlust mit thermisch gesicherten
MOSFET's, aber deutlich aufwendiger.

Grüsse,

Peter

[Martin Lenz]

Am Thu, 07 Oct 2004 18:44:32 +0200 hat Peter Heckert

Post by Dominik Pusch
Hallo,

Post by Dominik Pusch
Hallo,
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?
R = 3V/ 300mA = 10 Ohm. Ein 10 Ohm Widerstand davor wuerde den Strom

-------LM317--|widerstand|---+-----
| |
+-------------------+
An dem Widerstand fallen 1,25 Volt ab, also muss er 4,16 Ohm haben.

Der OP wollte aber "fast keinen" Spannungsabfall, er hat von 3V
Betriebsspannung gesprochen.

Post by Dominik Pusch
Wenn der Strom ca. 300mA wird, dann wird der LM317 heiss und schaltet
ab.

Die 300mA mittels des Widerstandes sind zum Glück _nicht_ die thermische
Abschaltung. Diese wäre viel zu ungenau und hängt auch von der
Spannungsdifferenz ab.

Post by Dominik Pusch
Daher braucht er keinen Kühlkörper.
Der Spannungsverlust ist ca. 2-3 Volt.
Es geht noch besser fast ohne Spannungsverlust mit thermisch gesicherten
MOSFET's, aber deutlich aufwendiger.

Thermisch gesichert ist wieder viel ungenauer, als die 300mA die gefordert
waren.

[Peter Heckert]

Post by Martin Lenz
Thermisch gesichert ist wieder viel ungenauer, als die 300mA die gefordert
waren.

Der LM317 wird erst dann richtig heiss, wenn die Strombegrenzung einsetzt.
Dann fliessen solange 300mA, bis der LM317 heiss ist, und erst dann wird
termisch abgeschaltet.
Das funktioniert sehr genau, ich glaube, mit 2-3 Prozent Toleranz.

Man müsste ihn natürlich vor den 3V Spannungsregler schalten.

Grüsse,

Peter

[Ralf Kusmierz]

X-No-Archive: Yes

Post by Dominik Pusch
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.
Ein Verbraucher braucht eine Betriebsspannung von 3V und darf max.
300mA aufnehmen, sonst gehen Bauteile kaputt. Man hat ein Poti zum
einstellen des Stromes am Verbraucher.
Um versehentliches "zu weit drehen" zu verhindern, soll der Strom auf
300mA begrenzt werden. Wie macht man sowas?

Entweder kompliziert oder so:

Man nimmt eine Spannungsquelle mit einer relativ hohen Spannung (z. B.
15V) und schließt einen Widerstand an, durch den im Kurzschluß der
maximal zulässige Strom fließt, also

R = 15V / 300mA = 50 Ohm (4,5 W)

Die Ausgangsspannung begrenzt man mit einer Z-Diode auf die
gewünschten 3V (die Z-Diode nimmt dann 720mW auf). Dann hat man am
Ausgang eine Spannung von 3V, die, wenn der Strom über 240mA steigt,
mit einem Innenwiderstand von 50 Ohm zusammenbricht.
________
o------|________|-------o--------o
|
__|__/
/ / \
/___\
|
|
o-----------------------o--------o


Besser ist das, den Widerstand durch einen Bipolartransistor zu
ersetzen:

o--------- -------o--------o
E \ / C |
------- |
B | __|__/
| / / \
- \ /___\
| |/ |
| | |
|/| |
| | |
/|_| |
| | |
|__o |
| |
o------------o----------o--------o

Den Basiswiderstand macht man einstellbar, damit wird der Basisstrom
vorgegeben, der den Kollektorstrom begrenzt. Die Einstellung kann man
rein empirisch machen: Links an den Eingang ein regelbares Netzgerät
anschließen, Spannung runterdrehen (Strombegrenzung auf vernünftig, z.
B. hier 400mA), den Ausgang mit einem Strommesser kurzschließen. Dann
langsam die Eingangsspannung hochdrehen und den Strommesser
beobachten, er sollte Strom anzeigen. Eingangsspannung weiter
hochdrehen, bis Ausgangsstrom an der gewünschten Grenze landet. Wenn
trotz hoher Eingangsspannung zu wenig Strom fließt, Basiswiderstand
langsam und vorsichtig kleiner drehen, dadurch steigt der Basis- und
mit ihm der Kollektorstrom. Sobald der gewünschte Ausgangsstrom
vorliegt, ist man fertig. (Der Transistor verbrät rund 5W bei 15V
Eingangsspannung und muß daher auf einen Kühlkörper. Man kann aber mit
dieser Schaltung auch eine kleinere Eingangsspannung verwenden, die
nur zwei bis drei Volt über der gewünschten Ausgangsspannung liegt,
weil dann der Transistor auch sicher in der Sättigung ist. Er verheizt
dann die Leistung U_EC*Ausgangsstrom (z. B. 2,5V*300mA=750mW), weil
der Ausgangsstrom bei nichtbelastetem Ausgang durch die Shunt-Diode
fließt.

Basiswiderstand: die Stromverstärkung wird um die 100-200 herum
liegen, dann braucht man für 300mA Kollektorstrom ungefähr 2mA
Basistrom, und zwar liegt an dem Basiswiderstand ungefähr die
Eingangsspannung, also etwa 5V. Der Widerstand sollte also zwischen
1,3kOhm und ca. 4kOhm liegen. man schaltet also einen
1-kOhm-Festwiderstand an die Basis und damit in Reihe einen Trimmer
von ca. 3-5kOhm nach Masse.

Da in der Transistorschaltung der Basisstrom und damit der
Kollektorstrom von der Eingangsspannung abhängt, muß die im Betrieb
konstant gehalten, also geregelt werden.

Das sind so nur Experimentierschaltungen. In der Produktion würde man
strombegrenzte Dpannungsregler einsetzen, weil die weniger Verluste
haben.


Gruß aus Bremen
Ralf

[Uwe Bredemeier]

Post by Dominik Pusch
Hallo,
ich braeuchte eine Schaltung, mit der man den Strom begrenzen kann bei
konstanter Spannung.

Mit dem schon erwähnten Spannungsregler läßt sich das recht einfach lösen:

http://www.mitedu.freeserve.co.uk/Circuits/Power/l200.html

oder mit einstellbarer Strombegrenzung:

http://users.otenet.gr/~athsam/L200.htm

Grundlagen zum Thema findest du:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/index.htm#4

und auch die gut erkärte Schaltung eines Labornetzgerätes:

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/kdarl2.htm


Gruß

Uwe