Auf der Projektseite habe ich bereits meine statische und dynamische DC Last für positive Stromquellen beschrieben.

Sie beinhaltet zur Vergrößerung des maximalen Stromes und Abführung der entstehenden Verlustleistung zwei identische Endstufen mit je 5A maximalen Stromes. Durch die Verbindung des GND der zu prüfenden Stromquelle mit dem GND des Funktionsgenerators und des Oszilloskopes ist es schwierig negative Quellen zu testen.

In dieser Version wurde eine Endstufe so um designed dass man damit symmetrische aber auch nur negative Spannungsquellen testen kann.

Auch hier kann man die Quelle(n) rein statisch und mit Hilfe eines Funktionsgenerators auch dynamisch belasten.

Bild 1 zeigt das neue Blockdiagramm. 

Die wesentlichen Teile wurden von der alten Schaltung übernommen

Ein 5 V Regler fungiert als Referenzspannungsquelle für die statische Einstellung des Stromes mit einem Poti. 

Mit einem Relais wird zwischen dem statischen Werte des Potis und dem Eingang für den Funktionsgenerators umgeschaltet. Das folgende Bessel Filter begrenzt die Rise/Fall Time des Generator Signals. 

Das Ausgangssignal wird direkt auf den positiven Regler/Endstufe als Soll-Signal geleitet. Um den negativen Regler anzusteuern wird das Signal vorher invertiert.

Jede Endstufe ist weiterhin für 5 A ausgelegt. 

Der Strom wird von einem Shunt Widerstand gemessen, um den Faktor 10 verstärkt und als Ist-Wert an den Regler geliefert.

Die beiden Strommesswerte werden getrennt gebuffert und an je einer Buchse ausgegeben zur Beobachtung mit einem Scope. Eine Addition würde hier keinen Sinn machen.

In Bild 2 ist der Schaltplan zu sehen. Achtung T2 hat das falsche Schaltbild Symbol

Die Spannung des Referenzreglers wird durch das Trimm Poti P2 und dem Vorwiderstand R2 an das verwendete Poti angepasst. Ein 10 oder 20 Gang Poti vereinfacht die Einstellung. Ich habe für meinen Aufbau eine Spannung von 500 mV pro 1 A Strom gewählt. Ein als Spannungsfolger geschalteter OP (IC8B) buffert sie. Zwischen dem Schleifer des Potis und dem Eingang des Buffers ist mit R4 und C1 ein RC Tiefpass geschaltet um Rauschen und Kratzen des Potis zu dämpfen. Mit Relais REL1 wird zwischen dem Ausgang dieses Buffers und dem von IC8A gebufferten Eingang des Funktionsgenerators geschaltet. Er ist hier mit 50 Ohm abgeschlossen, dies ist bei der Berechnung der Spannungen zu berücksichtigen. Als Relais kann ein 12 V Typ (R6 = 0) oder 5 V Typ verwendet werden. (R6 = 300).

Nach dem Relais folgt ein invertierendes Besselfilter mit etwa 40 kHz Grenzfrequenz um IC2A. Es soll verhindern, dass die vermutlich zu steilen Flanken des Generators die folgende Stromregelung zum Überschwingen bringen. Wir wollen ja die Reaktion der angeschlossenen Spannungsquelle messen und nicht der Stromregelung auf zu steile Eingangssignale.

Von dort verzweigt sich die Steuerspannung direkt auf die positive Endstufe. 

Über den Inverter IC1A wird die negative Endstufe angesteuert. 

Sie unterscheiden sich nur durch den Typ des Leistungstransistors von der positiven.

Der Transistor gibt auch die maximale erlaubte Spannung, aber auch, noch wichtiger, die maximale Verlustleistung vor, die man per Kühlkörper abführen muss. 

Die Regelung besteht aus zwei OPs, der obere (IC4B/IC3B) ist der eigentliche Regler, seine Zeitkonstante wird durch R26/R25, R27/R24 und C5/C4 gebildet. Optional können noch R30/R33 und C6/C7 bestückt werden. Über R41/38 werden die Leistungs-FETs angesteuert. Dies ist nötig um die relative hohe Eingangskapazität der Fets vom Ausgang des OPs zu entkoppeln, sonst könnte der OP anfangen zu schwingen.

Zwischen dem Spannungseingang und Drain des FETs gibt es je eine Sicherung von 6,3 A für alle Fälle.

Der untere OP (IC4A/IC3A) misst die Spannung über einem 50 mOhm Shuntwiderstand und verstärkt sie um den Faktor 10. So liegt an seinem Ausgang eine Spannung von 500 mV pro 1 A an beziehungsweise -500 mV pro -1 A. 

Hier muss man OPs mit sehr geringem Offset verwenden. 

Die Verlustleistung des Strommesswiderstandes ist zwar relativ klein, trotzdem sollte man ihn kühlen.

Die beiden Ausgänge der Strommess-OPs werden mit getrennten OPs (IC2B/IC1B) gebuffert, beziehungsweise verstärkt. Auf eine Offset-Einstellung wurde hier verzichtet daher sollte man auch hier Operationsverstärker mit geringem Offset verwenden.

Die Schaltung wird mit einem konventionellen Netzteil von +-12V versorgt. Zwei LED zeigen das Vorhandensein der Betriebsspannungen an. Eine weitere auf der Frontplatte kann an K1 angeschossen werden. Über die Platine sind reichlich Abblock Kondensatoren von 100 nF und Tantalelkos von 22µF verteilt.

Bild 3 zeigt das doppelseitige Layout und Bild 4 die bestückte Platine.

Ein besonderes Augenmerk sollte man auf die Kühlung der Leistungs Transistoren richten. 

Ein großzügig dimensionierter Kühlkörper sollte man von Anfang an einplanen, falls möglich inklusive Lüfter.

Zu beachten ist dass die GND Anschlüsse der zu testenden Spannungsquellen mit der Masse des Funktionsgenerators und der Oszilloskop Masse verbunden ist.

Die GND Eingänge beider Endstufen sind nicht auf der Platine verbunden. Die Verbindung sollte mit gleich langen und dicken Kabel zu den Buchsen erfolgen.

Bild 5 zeigt den positiven Strom in blau und den negativen in gelb eines symmetrischen Labornetzteils bei Ansteuerung mit einem unsymmetrischen Dreieck Signal.

Wenn nicht anders angegeben:
 SMD 0603, 1%

R1, R12, R15, R24, R25, R26, R27 = 10k

R2 = 18k

R3, R9, R13, R14, R19 = 51

R4 = 1k Ω

R5, R8 = optional*

R6 = 300 optional* 0Ω

R10, R31, R32, R35, R36, R47 = 3k3

R11 = 4k7

R20, R22 = 2k4

R21 = 1k5

R23 = 680

R28, R29 = 5k1

R33, R33 = optional* 

R34, R37, R39, R40 = 330

R38, R41 = 220

R42, R43 = 0Ω, SMD 1206

R44, R45 = 0.05Ω

R46 = 47Ω, SMD 1206

R48, R49 = 8k2

P1 = 5k, Mehrgang-Trimmpoti, stehend, RM 1/10‘‘

 

Wenn nicht anders angegeben:
 SMD 0603, 1%

C1 = 1n, SMD 0805

C2 = 2n7

C3 = 1n

C4, C5 = 1n5 

C6, C7 = optional*

C8, C9 = 2200µ / 25V E5-10.5

C10, C11, C12, C13, C16, C17, C18, C19, C20, C21, C23, C24, C25, C26, C31 = 100n

C14, C15, C22, C27, C28, C29, C30, C32, C33, C34, C35, C36, C37, C38 = 22µ / 20V, Tantal Elko, SMC-B

 

B1 = Gleichrichter 

D1, D2, D3 = SK34, DO214AC

D4 = 1N4148, DO214AC

IC1, IC2, IC3, IC4 = OPA2210, SOIC8

IC5 = 7912, TO220

IC6 = 7812, TO220

IC7 = 78L05, TO92

IC8 = TL072

LED1, LED2 = LED, SMD 0805

T1 = IRFP240, TO247BV

T2 = IRFP9240, TO247BV

 

K1, K2, K3, K7, K8 = 2-pol. Stiftleiste, RM 1/10‘‘

K4 = 3-pol. Stiftleiste, RM 1/10‘‘

K5 = AK300/2, Schraubklemme 2 polig

K6 = AK300/3, Schraubklemme 3 polig

TR1 = Print Trafo 2 x 12V, EI30-2

F1, F2 = Sicherungshalter, Sicherung 6,3A

F3 = Sicherungshalter, Sicherung 250mA

REL1 = Relais DIL, 5 oder 12V

Kühlkörper, optional mit Lüfter