Elektronische Last

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Elektronische Last

    







BID = 1127578

krutz

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post klappte im normalen forum nicht, sagt "xxxCouldn't enter topic in database.".
Liegt es an den Dateianhängen?


Hallo zusammen,

ich möchte mir eine 'elektronische Last' bauen. Vorzustellen wie ein dicker Widerstand, mit dem man Netzteile testen kann. Einstellen kann man z.B. "erzeuge einen Spannungsabfall auf 6V" oder "belaste das Netzteil mit 2,5A". Dabei ist es der elektronische Last egal, welche Spannung oder internen Widerstand das Netzteil hat. Es ist also eine einstellbare Konstantstrom- und Konstantspannungssenke.

Konkret möchte ich damit LED Stromversorgungen bzw Taschenlampenelektronik testen.
"Wenn ich eine LED mit 3,6V Vorwärtsspannung dranhänge, wie viel Strom schafft die Lampe?"
und "Wenn ich eine 700mA LED dranhänge, wie hoch kann die Vorwärtsspannung sein?"

Ich möchte Spannungen von 0V bis so 36V und Ströme bis 20, 30A einstellen können. Aber eher nicht beides gleichzeitig (~1KW) oder für lange


So habe ich es mir mit Hilfe von Copilot zusammengebaut. Wenn möglich, habe ich Bauteile von Reichelt gewählt:

- Eine variable rail-to-rail Spannungsreferenz LT 3080 EST (IC1) erzeugt 0V bis 36V. Hier wird 0V bis 12V genutzt. Wählbar über einen 12-pol Drehschalter (12KD1). Die 12 Spannungen werden über 12 Trimmer (TR1..12) eingestellt (die 0V bis 12V Spannung wird am Ende auf 0V bis 36V geshiftet).

- Ein OPAmp OPA2188 (OPA1) [korrektes Datenblatt] vergleicht die gewählte Referenzspannung mit der tatsächlichen Spannung am Mosfet, und regelt nach. Verglichen wird über einen 1:3 Spannungsteiler (R7 + R8), hier wird "aus 12V 36V".

- Als Mosfet habe ich den IRFB 4110 (FET1..4) gefunden. Vier parallel, um auch hohe Verlustleistungen ohne Hitzetod zu überstehen. Mit Lastwiderständen (R9..12), damit die vier Mosfets ähnliche Ströme abbekommen.

- An Buchse B1 kommt der LED-Ausgang des Treibers/Taschenlampe.

- Die Buchse BU2 wird gebrückt. Oder man schließt eine externe LED an, um deren Strom/Spannung anzuschauen.


- Ich habe vergessen, den Sicherungshalter einzuzeichnen. Bis 20A ausgelegt, Sicherungen gibt es bis 30A und mehr..

- MU1 und MU2 ist ein PZEM-025 Multimetermodul, ausgelegt bis 50A und 300V. Gefällt mir mega!

- Um einen Strom durch die Mosfets einzustellen, nutze ich auch den OPAmp (OPA1). Ich vergleiche aber nicht die Spannungsreferenz, sondern den Spannungsabfall an einem Shunt. Praktischerweise hat das Multimetermodul ja schon einen Shunt integriert, den ich dafür mitnutze. Gemessen habe ich 0,0196R.

- Der Spannungsabfall ist mit maximal 0,684V zu klein, also verstärke ich die Spannung im OPAmp SGMOP07E (OPA2).

- Über einen Trimmer (TR13) kann man den Verstärkungsfaktor einstellen. Bei x52 fließt 1A wenn man am Drehschalter (12KD1) 1V einstellt, und 36A bei 36V. Bei x104 fließen bei 1V 500mA. Maximal kann man mit dem 200k Trimmer etwa x200 einstellen, für 1V 250mA und 36V 9A. Je nachdem, ob man große Maximalströme, oder genaue kleine Ströme haben möchte, kann man den Verstärkungsfaktor ändern. Oder einen anderen Trimmer für ganz andere Werte.


Auf der zweiten Seite kommen noch ein paar Hilfsschaltungen.

- Ein zweites Multimetermodul, für die Batterieseite der Taschenlampe

- Spannungsversorgung: um Spannungen unter 5V messen zu können, braucht das Multimetermodul eine externe Spannungsversorgung

- ein SGMOP07E Spannungswandler (CV1) erzeugt die benötigten 12V. Aus 2V-16V, per USB, Hohlbuchse oder 2xAA/9V-Kombibatteriefach.

- Versorgt man beide Multimetermodule mit den 12V aus dem Spannungswandler (CV1), liegt gemeinerweise GND von der Batterie/Treiberversorgung auf GND der LED/Treiberausgang. Wenn das unerwünscht ist, kann man per (SW3) das zweite Multimetermodul au eine eigene 2xAA/9V Versorgung (VI1) legen.

- Finally, wird (Thermo1) leitend wenn er etwa 50°C erreicht, und schaltet den Lüfter an.


Ich hoffe, dass die "Bäume", also Bauteilwahlen, soweit in Ordnung sind. Zumindest habe ich versucht die relevanten Werte aus den Datenblättern zu berücksichtigen. Aber ist das Gesamtkonzept schlüssig? Sehe ich den Wald vor lauter Bäumen?


Freue mich über jede Rückmeldung!
Danke im Vorraus,







[ Diese Nachricht wurde geändert von: Mr.Ed am  1 Dez 2024 18:56 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Mr.Ed am  1 Dez 2024 20:33 ]

BID = 1127579

krutz

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Mr.Ed am  1 Dez 2024 20:34 ]

BID = 1127584

Primus von Quack

Unser Primus :)
nehmt ihn nicht so ernst




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Dies ist KEINE Antwort, wie gewünscht

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BID = 1127606

Mr.Ed

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Ich habs einfach mal rübergeschoben.

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Für Schäden und Folgeschäden an Geräten und/oder Personen übernehme ich keine Haftung.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Mr.Ed am  1 Dez 2024 18:57 ]

BID = 1127607

krutz

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Danke für das Rüberschieben, Mr. Ed.
Wie kann ich den Text des zweiten Posts in den ersten Post übernehmen, und die roten Hinweiszeilen löschen?

BID = 1127608

Mr.Ed

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Das können nur der Admin oder Moderatoren. Ist erledigt...



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BID = 1127612

Offroad GTI

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Wohnort: Cottbus


Zitat :
Als Mosfet habe ich den IRFB 4110 (FET1..4) gefunden. Vier parallel, um auch hohe Verlustleistungen ohne Hitzetod zu überstehen.
Ist trotzdem zu wenig, bei der anvisierten Leistung. Da ist der genaue MOSFET-Typ auch weitgehend egal. Das kleine TO220-Gehäuse ist der limitierende Faktor.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1127613

krutz

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Zitat :
Mr.Ed hat am  1 Dez 2024 20:35 geschrieben :

Das können nur der Admin oder Moderatoren. Ist erledigt...

Das erklärt, warum ich die Funktion nicht gefunden habe. Gewöhnungsbedürftig!
Dankeschön, nocheinmal!


Zitat :
Offroad GTI hat am  1 Dez 2024 21:31 geschrieben :


Zitat :
Als Mosfet habe ich den IRFB 4110 (FET1..4) gefunden. Vier parallel, um auch hohe Verlustleistungen ohne Hitzetod zu überstehen.
Ist trotzdem zu wenig, bei der anvisierten Leistung. Da ist der genaue MOSFET-Typ auch weitgehend egal. Das kleine TO220-Gehäuse ist der limitierende Faktor.

Danke für den Einwand.
Etwas größeres als TO220 habe ich leider nicht gefunden.
Ich habe es mal durchgerechnet:
junction-case: 0,4K/W
case-pad-heatsink-air: 0,1+0,1K/W
Bei 200W gesamt auf vier TO220 verteilt komme ich auf eine Junction Temperatur von 30K über Raumtemperatur, und 20K über Raumtemperatur für den Kühlkörper. Der Mosfet ist für max 175°C ausgelegt. Not great, not terrible.
Der CPU-Kühlkörper wird bei 200W natürlich ordentlich zu arbeiten haben, um bei den 0,1K/W zu bleiben..
Vielleicht sollte ich die Leitungen zu den Mosfets mit Niedertemperatur-Lot anschließen, als integrierte Schmelzsicherung

Ah, ich sehe gerade, im ersten Post sind die verlinkten Datenblätter abhanden gekommen. Hier nochmal verlinkt:

Spannungsreferenz: LT 3080 EST (IC1)
OPAmp "Spannung vergleichen": OPA2188 (OPA1) [korrektes Datenblatt]
Mosfet: IRFB 4110 (FET1..4)
Multimetermodul: PZEM-025 MU1 und MU2
OPAmp "Spannungsverstärker": SGMOP07E (OPA2)
Spannungswandler 12V: SGMOP07E (CV1)


BID = 1127614

perl

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Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
habe ich es mir mit Hilfe von Copilot zusammengebaut.
Kenne ich nicht.
Deine Gemälde sehen aber nicht gerade nach der Verwendung leistungsfähiger Werkzeuge aus.
Der Teufel steckt im Detail!


Zitat :
Vielleicht sollte ich die Leitungen zu den Mosfets mit Niedertemperatur-Lot anschließen,
Nein, aber die Eloxalschicht vom Kühlkörper abfräsen und die Transistoren auflöten.


Zitat :
Der CPU-Kühlkörper wird bei 200W natürlich ordentlich zu arbeiten haben, um bei den 0,1K/W zu bleiben..
Schonmal was von Gebläsekühlung und Heatpipes gehört?


Zitat :
Praktischerweise hat das Multimetermodul ja schon einen Shunt integriert, den ich dafür mitnutze. Gemessen habe ich 0,0196R.
Bei 30A gibt das ca 18W Verlustleistung. Schmilzt dann das Gehäuse des Moduls, oder lötet zuerst der Shunt aus?











BID = 1127618

Offroad GTI

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Beiträge: 12760
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Bei 200W gesamt auf vier TO220 verteilt
Das hört sich schon anders an, nur müssen auch 50W erst mal "gut entsorgt" werden. Je weniger Verlustleistung für den einzelnen Transistor anfällt, desto besser (ist ja offensichtlich).

Abgesehen davon sehe ich gerade, dass der IRFB4110 nicht für eine elektronische Last taugt (Stichwort Safe Operating Area), wie viele MOSFETs, welche für schnelles Schalten optimiert sind.


Zitat :
Etwas größeres als TO220 habe ich leider nicht gefunden.
Äääähhmm, z.B. TO247, oder gar SOT227



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1127619

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5330

Ich will ja kein Spaßverderber sein, aber z.B. eine DL24 gibt es ab 25 € vom Chinamann:



Mit Display, Netzteil, etc. aber ohne Gehäuse. Das hab ich verbrochen.

BID = 1127626

krutz

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Zitat :
perl hat am  2 Dez 2024 01:50 geschrieben :


Zitat :
habe ich es mir mit Hilfe von Copilot zusammengebaut.
Kenne ich nicht.

Hast du zu allem, was du nicht kennst, so starke Meinungen?

Zitat :

Deine Gemälde sehen aber nicht gerade nach der Verwendung leistungsfähiger Werkzeuge aus.

Ich nutze die Werkzeuge, die mich effektiv zum Resultat bringen. Für meine ein, zwei Elektronikprojekte im Jahr brauche ich mich (noch) nicht in Layoutprogramme einarbeiten.


Zitat :

Zitat :
Vielleicht sollte ich die Leitungen zu den Mosfets mit Niedertemperatur-Lot anschließen,
Nein, aber die Eloxalschicht vom Kühlkörper abfräsen und die Transistoren auflöten.

Bei 50W pro cm²? Da lohnt es sich ja noch kaum von Wärmeleitpaste auf Flüssigmetall"Paste" aufzurüsten..


Zitat :

Zitat :
Der CPU-Kühlkörper wird bei 200W natürlich ordentlich zu arbeiten haben, um bei den 0,1K/W zu bleiben..
Schonmal was von Gebläsekühlung und Heatpipes gehört?

"CPU-Kühlkörper" beinhaltet natürlich auch einen Lüfter.
Ich habe mich erstmal gegen Heatpipes, und für Vollkupfer entschieden. Da kann ich die Mosfets ordentlich reinschrauben.


Zitat :

Zitat :
Praktischerweise hat das Multimetermodul ja schon einen Shunt integriert, den ich dafür mitnutze. Gemessen habe ich 0,0196R.
Bei 30A gibt das ca 18W Verlustleistung. Schmilzt dann das Gehäuse des Moduls, oder lötet zuerst der Shunt aus?

Ja, das stimmt. Der Multimeter-Shunt liegt frei, hat aber von Haus aus keine aktive Kühlung. Ich hoffe mal, den bekomme ich vernünftig in den Luftstrom, ohne dafür einen eigenen Lüfter verbauen zu müssen.
Der Hersteller hat auch Module für bis 300A, da kenne ich aber den Shunt-Widerstand nicht

Vielen Dank für deinen Input!







BID = 1127629

krutz

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Beiträge: 35


Zitat :
Offroad GTI hat am  2 Dez 2024 07:02 geschrieben :


Zitat :
Bei 200W gesamt auf vier TO220 verteilt
Das hört sich schon anders an, nur müssen auch 50W erst mal "gut entsorgt" werden. Je weniger Verlustleistung für den einzelnen Transistor anfällt, desto besser (ist ja offensichtlich).

Mein vorheriges Bastelprojekt war eine tragbare Dreikanal-"Taschenlampe" mit 175W+125W+120W. Einzelne Kanäle auf voller Leistung sind kein Problem, bei für LEDs akzeptablen Temperaturen und erträglicher Lautstärke. Mehr als einen Kanal, bzw die 175W auf einmal brauche ich zum Glück nicht.


Zitat :

Abgesehen davon sehe ich gerade, dass der IRFB4110 nicht für eine elektronische Last taugt (Stichwort Safe Operating Area), wie viele MOSFETs, welche für schnelles Schalten optimiert sind.

Oha, das klingt nicht gut. Ich darf 100V, 120A, 370W und 175°C, aber nicht alles gleichzeitig!
Sehe ich das richtig, dass "Maximum Safe Operating Area" besagt, welchen maximalen Strom ich in Abhängigkeit von der Spannung über den Mosfet leiten darf? Wieso ist das eingeschränkt, wenn man innerhalb der Höchsttemperatur bleibt? Und wieso ist in dem Diagramm nur "Single Pulse" angegeben, Dauerstrom ist dann sicherlich noch deutlich darunter? Ich lese mich dazu mal ein.
Danke für den Hinweis!
Gibt es Fets o.Ä., die pauschal eher auf hohe Ströme ausgelegt sind, und nicht auf hohe Schaltgeschwindigkeiten? Meine Schaltgeschwindigkeiten bleiben im einstelligen Hertz Bereich
Bei 30A, 36V wird die Auswahl schon geringer. Vielleicht war ich aber auch in den falschen Kategorien unterwegs.

edit: Oh. Jetzt, beim reinzoomen, sehe ich das unscheinbare "DC" im "Maximum Safe Operating Area". Demnach ist bei Dauerstrom in jedem Fall nur max 10A freigegeben?!

Zitat :
Der Teufel steckt im Detail!



Zitat :

Zitat :
Etwas größeres als TO220 habe ich leider nicht gefunden.
Äääähhmm, z.B. TO247, oder gar SOT227

Äh, ja, natürlich gibt es deutlich größere Packages. Nur bei den einzelnen Mosfets, die ich auf Reichelt rausgesucht hatte, nicht. Mea Culpa!


Herzlichen Dank!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: krutz am  2 Dez 2024 17:53 ]

BID = 1127630

krutz

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Zitat :
BlackLight hat am  2 Dez 2024 08:43 geschrieben :

Ich will ja kein Spaßverderber sein, aber z.B. eine DL24 gibt es ab 25 € vom Chinamann:



Mit Display, Netzteil, etc. aber ohne Gehäuse. Das hab ich verbrochen.


Absolut richtig! Vielen Dank! Oft ist das Wichtigste an einem Projekt mal kurz ein paar Schritte Abstand zu nehmen, und nach (fertigen) Alternativen, Verhältnismäßigkeit und generelle Sinnhaftigkeit zu schauen

Gesehen hatte ich so eine Last schonmal, vielleicht nicht ganz so günstig. Der einzige Vorteil, den mein Selbstbau zu einer fertigen elektronischen Last hat, ist das Bedieninterface. 12 Kanäle, mit individuell festgelegter Prüfspannung und -Strom, und diese Werte auf Knopfdruck testen.

Was würde denn mutmaßlich in solch einer fertigen elektronischen Last als Spannungssenke verwendet? 150V, 30A, 1KW ließt sich ja schon ganz schön! Und für den Preis habe ich gerade mal eines der zwei Multimetermodule gekauft..
edit: "Als Last wird ein Transistor vom Typ IRFP260 verwendet"

[ Diese Nachricht wurde geändert von: krutz am  2 Dez 2024 17:45 ]

BID = 1127634

Offroad GTI

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Zitat :
Oha, das klingt nicht gut. Ich darf 100V, 120A, 370W und 175°C, aber nicht alles gleichzeitig!
Nicht im "Linearbetrieb" und im Schaltbetrieb nur für kurze Zeit.


Zitat :
Wieso ist das eingeschränkt, wenn man innerhalb der Höchsttemperatur bleibt?
Zunächst mal, weil die Verlustleistung schlicht zu groß wird.


Zitat :
Gibt es Fets o.Ä., die pauschal eher auf hohe Ströme ausgelegt sind, und nicht auf hohe Schaltgeschwindigkeiten?
Ja. Z.B. IRF3305 (hat allerdings auch "nur" ein TO220 Gehäuse, also ein paar mehr einplanen )


Zitat :
12 Kanäle, mit individuell festgelegter Prüfspannung und -Strom,
Apropos Strommessung. Du weißt, wie du da bei den hohen Strömen vorgehen musst? Der kleinste Widerstand in der GND-Verbindung bewirkt relativ gesehen schon einen großen Spannungsfall, welcher das Ergebnis verfälscht. Greife doch nach Möglichkeit die Spannung direkt vom Shunt mit einem Differenzverstärker (Instrumentenverstärker) ab.


Offtopic :

Zitat :
Was würde denn mutmaßlich in solch einer fertigen elektronischen Last als Spannungssenke verwendet? 150V, 30A, 1KW ließt sich ja schon ganz schön! Und für den Preis habe ich gerade mal eines der zwei Multimetermodule gekauft..
edit: "Als Last wird ein Transistor vom Typ IRFP260 verwendet"
"Die" sehen schon aus wie 1000W mit einem (?!) Transistor und so einem kleinen Kühlkörper ... sind wohl eher 1000dW



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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am  2 Dez 2024 18:51 ]


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