UPDATE: Vom Overload-Stromsensor zur elektronischen Sicherung, Teil I und II

Dieser Elektronik-Minikurs besteht aus zwei Teilen, bzw. aus zwei Links. Der erste Teil befasst sich damit, dass man keine kostspieligen Rail-to-Rail-Opamps benötigt, wenn man auf der Leitung der positiven Betriebsspannung den Strom detektieren möchte mittels eines Opamp in der Funktion als Komparator. Ein echter Komparator käme auch in Frage, ist aber nicht nötig. Warum dies möglich ist, liest man ausführlich im Theorie-Teil. Ebenso wird angedeutet, dass dies auch für eine negative Betriebsspannung gilt. Der Unterschied der verwendbaren Lowcost-Opamps liegt in deren Eingangsbeschaltung. Man beachte das Titelbild vor dem Weiterlesen…

Bild 1: Wenn der Strom von +Ue via Rs nach +Ua so klein ist, dass die Spannung über Rs niedriger ist als die Flussspannung der Schottky-Diode SD, erzeugt Opamp A an Uc eine Spannung von beinahe 0V (GND). Der umgekehrte Fall tritt ein, wenn der Strom soweit ansteigt, dass die Spannung über Rs die Flussspannung von SD überschreitet. Da schaltet Uc auf beinahe +Ue. Diese Logik-Steuerspannung Uc (c = control) eignet sich grundsätzlich für beliebige Anwendungen. Hier geht es um eine elektronische Sicherung.

Bild 2: Nachteilig in Bild 1 ist, dass die Spannungsreferenz nicht deutlich niedriger ist als die Flussspannung von SD (~0.2V), weil bei der Detektion eines hohen Stromwertes setzt es für Rs einen Leistungswiderstand voraus. Dazu kommt, dass  die Spannung +Ua deutlich stromabhängig ist und der Maximalstrom ist nicht einstellbar. Abhilfe schafft die einfache Konstantstromquelle aus R1, R2, T und LED. Die Temperaturdrifts von T und LED kompensieren sich ausreichend genug für diese Anwendung, jedoch nicht für eine präzise Strommessung. Mit dem Trimmpot P kann man die Schaltschwelle (maximaler Strom) calibrieren. Mit dieser Methode kann man leicht im 10-mV-Bereich verlustarm arbeiten. NEU: Es wird abschliessend in Teil 2 noch eine alternative Lösung mittels Bandgap-Referenzspannung vorgestellt.

Bild 3: Hier kommt die Stromsensor-Schaltung von Bild 2 mit dem Unterschied zum Einsatz, dass die Eingänge von Opamp A vertauscht sind. Uc ist beinahe +Ub im Betriebszustand und wird beinahe 0V (GND) zum Auslösen der Sicherungsfunktion. Das Relais unterbricht den Stromkreis. Nach der Beseitigung von Überlast oder Kurzschluss an +Ua, setzt man mit der Taste EIN die Schaltung wieder in Betrieb und das Relais schaltet ein. Anstelle eines Relais ist NEU! auch ein Power-MOSFET eine Option. Dazu und alles Andere (z.B. dimensionierbare Trägheit), detailliert beschrieben, in den folgenden beiden Links. Man beginnt mit den theoretischen Grundlagen in Teil 1 und man fährt fort mit der praktischen Anwendung in Teil2.

Gruss Euer
ELKO-Thomas


UPDATE: Master-Slave-Netzschalter mit Elektronik und Relais

Dieser Elektronik-Minikurs besteht seit Juni 2003. Die Schaltung damals war eine andere. Im April 2010 erneuerte ich sie mit zwei Versionen. Die eine Version ermöglicht den Einsatz eines Relais mit einer Spulen-Nennspannung von 48 VDC, die andere mit einer Spulen-Nennspannung von 220 VAC. Beide Relais werden verlustarm, direkt mit der 230VAC-Netzspannung, betrieben. Für die 230VAC-Version realisierte ich für meinen Bedarf ein Printlayout mit dem Programm SPRINT von Abacom. Mehr Infos zur Reproduktion des Printlayout liest man im Minikurs.

Das aktuelle Update wurde angeregt durch einen Leser, der die Schaltung nachbauen will, wobei der Standbystrom des Mastergerätes mit etwa 100 mA recht gross sein kann. Man beachte das Titelbild. R1 ist der Messwiderstand des Stromsensor. Dieser wird bei diesem hohen Standbystrom so niederohmig, dass im eingeschalteten Zustand des Mastergerätes die Verlustleistung an R1 mit 1.1 W so gross wird, dass der Widerstand ein 2-Watt-Typ sein sollte. Dies wäre noch kein Problem.

Es gibt allerdings dann ein Problem, wenn die Schaltschwelle variabel einstellbar sein soll, – auch ein Wunsch des Lesers. Mit einem Kleinleistungs-Potmeter geht das. Will man diese Möglichkeit haben mit einem kleinen Trimmpotmeter, liegt der maximale Standbystrom bei 45 mA. Da genügt ein Trimmpotmeter mit einer zulässigen Leistung von maximal 1/2 W. Alle Details dazu liest man in dieser Update-Version im Untertitel „VERLUSTLEISTUNG VON R1 BEI HÖHEREM STANDBY-STROM“.

Gruss und viel Spass
Euer ELKO-Thomas