Stromkonstanter

by Martin Clausen (mc AT rotgradpsi DOT de)

Diese Schaltung stabilisiert einen einstellbaren Strom von bis zu einigen Ampere.

Oft wird eine genaue Spannungsreferenz gebraucht, dafür gibt es eine reiche Auswahl an Schaltungen und speziellen ICs für alle Ansprüche. Doch manchmal muß auch ein Strom stabilisiert werden. Dafür ist diese Schaltung entworfen.

Inhaltsverzeichnis:

• Beschreibung
• Bauteileliste
• Download des Schaltplans
• Ähnliche Projekte

Beschreibung

Die Schaltung laut Schaltplan ist für 0 bis 2A dimensioniert. Für größere Ströme kann der 0,1 Ohm Widerstand verringert werden. Der MOSFET muß dann unter Umständen durch ein kräftigeren Typ ersetzt werden. Eine Anpassung des Stromes ist auch durch Variation des 47k Widerstandes möglich. Dabei muß darauf geachtet werden, daß eine größerer Spannungsabfall am 0,1 Ohm Widerstand dort zu erhöhter Verlustleistung und damit zu Drift führen kann. Die Genauigkeit der Schaltung ist beim Einsatz des LT1006 weitgehend vom Temperaturkoeffizienten des 0,1 Ohm Widerstandes abhängig. Gut geeignet sind z.B. die Präzisionswiderstände in Vier-Leiter-Technik der PBV Serie der Isabellenhütte (bei Conrad). Für den Aufbau ist eine sternförmige Masseführung unerläßlich. Das Poti kann durch ein durch Spannungsteiler oder DAC ersetzt werden.

In Abhängigkeit vom erwarteten Spannungsabfall über Shunt und MOSFET ist der Kühlkörper zu dimensionieren. Dabei darf der Spannungsabfall über den MOSFET auch nicht zu gering gewählt werden, damit der Regelbereich der Schaltung nicht verlassen wird.
Beispiel:
gesamter Spannungsabfall am Regler 4 bis 15 Volt, Strom 2 Ampere
Spannungsabfall am Shunt max. 0,2 Volt, am MOSFET max. 14,8 Volt
Lufttemperatur 50°C, Sperrschichttemperatur 150°C, Wärmewiderstand TO-220 ohne Isolierung mit Wärmeleitpaste 2K/W
Daher darf der Kühlkörper einen maximalen Wärmeleitwiderstand von (150-50)/(14,8*2) - 2 = 3,38 K/W besitzen.

Sollten Schwingungen des Regelkreises beobachtet werden, so muß zwischen Pin 6 und Pin 2 des OP ein 10 nF Kondensator eingefügt werden. Dieser verringert jedoch auch die Regelgeschwindigkeit. Die Neigung zu Schwingungen nimmt mit steigendem Verstärkungsfaktor des MOSFETs zu. (Siehe auch µC Stromkonstanter)

Wer nicht so hohe Anforderungen stellt, kann auch einen LM317 entsprechend beschalten und erhält dann sehr einfach eine Stromquelle.

Für eine computergesteuerte Stromquelle siehe µC Stromkonstanter.

Berechnung der Save Operating Area und Daten zu Drift und Rauschen in iconst.pdf (ohne Bilder).

Bauteileliste

• Halbleiter:
• 1 Single Supply OP z.B. LT1006/LT1013/LT1014 oder TLC271/TLC272/TLC274
• 1 ICL8069
• n MOSFET, z.B. IRF620
• n für induktive Lasten: passende Freilaufdiode

  Kondensatoren:

• 1 100nF
• n 10nF, so notwendig

  Widerstände:

• n 0,1 Ohm, min. 500mW für 2A, mit niedrigem Temperaturkoeffizient
• 2n 1k
• 1 18k
• n 47k, für andere Ströme anpassen
• n 10k, 10-Gang-Poti

  Mechanik:

• 1 Platine
• n u. U. Isoliermaterial TO-220
• 1 Kühlkörper, entsprechend der Verlustleistung

Download des Schaltplans

• iconst.gif Schaltplan
• iconst2.gif Schaltplan einer schlichten Version mit LM317 (0-30V)
• hviconst2.gif Schaltplan einer schlichten Version mit TL783 (0-60V)
• iconst.pdf Berechnung der Save Operating Area und Daten zu Drift und Rauschen (ohne Bilder)

Die Bauteilebeschriftung ist wie folgt zu lesen:
Bauteiltyp + Wert in exponential Form + Gehäusebezeichnung + Unternummer der Funktionseinheit
zum Beispiel: C1040805,1 ist ein Kondensator, 100nF, Gehäuse SMD 0805, erste Funktionseinheit im Gehäuse

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