ksq - wo liegt der fehler?

[dpaessler]

hallo allerseits,

da hier im forum die kompetentesten leute herumgeistern, wollte ich mal mein (hoffentlich kleines) problem erläutern.
so langsam geht's ja nun schon wieder auf den winter zu. das bedeutet zweierlei:
- mehr zeit zum basteln
- es wird später hell und früher dunkel

und deshalb wollte ich mir 'ne neue beleuchtung an mein fahrrad bauen. den schaltplan und das layout für die konstantstromquelle hat für mich jemand aus einem mtb-forum entworfen. er hat ihn aber selbst nie getestet. ich hab das jetzt nach zusammenbau getan und das ergebnis:
es funktioniert nicht

spannungsquelle sind zwei parallel geschaltete li-ion akkus (2x2400mah). verbraucher ist eine seoul p7 (3.6 -4.2V, 2800mah)

beim einschalten blitzt die p7 ab und zu mal kurz auf, mehr passiert aber nicht.
vielleicht kann ja mal jemand über den schaltplan schauen, ob es ein design-problem ist oder ob evtl. einfach nur ein bauteil defekt ist.
da ich nicht der grosse elektroniker bin, wären auch hinweise zur fehlersuche hilfreich. wo sollte ich versuchen zu prüfen/messen?
wenn ich mit meinem (halb-(un-)wissen drüberschau, sieht für mich eigentlich alles ok aus.

schaltplan
board-layout

hat jemand eine idee?
danke schonmal für eure bemühungen

daniel

anmerkung: der bildupload über den button "anhänge verwalten" funktioniert bei mir nicht. sobald ich ein bild ausgewählt habe und auf "hochladen" drücke, erscheint nur ein weisses leeres fenster. liegt der fehler bei mir?

 

[Dirk]

Hallo Daniel,

mess einmal die Referenspannung am Punkt zwischen R2 und R19, diese muss bei etwa 1,25V liegen, ist diese vorhanden? Zum Messen kannst du die Last entfernen.

Am Pin3 des OpAmps ergibt sich dann eine Spannung von 62mV. Der OpAmp bzw der nachgeschaltete Logiclevel-MOSFET begrenzt den Strom somit auf 62mV/0,022Ohm=2,8A.

Entferne testweise R9, damit ist dann die Unterspannungserkennung "abgehängt", so läßt sich der Fehler eventuell näher eingrenzen.

(Noch eine Bemerkung zu T2: Ich bin mir nicht sicher, ob du im Falle der Unterspannung am Pin3 des Opamp 0V erreichst, selbst bei 10mV hast du durch die Last immer noch knapp 500mA. Das würde ich auch mal nachmessen. Alternativ kannst du den Widerstand vor dem Gate des MOSFETS etwas erhöhen und T2 direkt am Gate wirken lassen.)


Wegen dem Problem mit den Anhängen hochladen: Ich weiß nicht genau, woran es liegen könnte, bei mir funktioniert es, eine Fehlermeldung von anderen Usern habe ich noch nicht erhalten. Schau vielleicht auch mal in die Einstellungen deines Browsers, Javascript sollte aktiviert sein, eventuell hilft auch, wenn du einmal den Browserchache leerst.

Grüße,
Dirk

 

[dpaessler]

danke für die schnelle antwort, dirk.

werd ich am wochenende mal überprüfen.



ps. ich kenne wirklich sehr viele foren. für jede art von thema. aber mir ist noch keins untergekommen, bei dem man so schnell und so kompetent hilfe bekommt wie hier.
ihr seid echt klasse. das musste ich einfach mal loswerden

 

[dino03]

Ich hab mir mal für nen besseren Überblick den Schaltplan ausgedruckt
Ist auf nem EeePC wie durch nen Schlüsselloch gucken

Also ...
- IC2B ist für die Unterspannungserkennung.
- ZR431 (oder LM431 oder TL431 ...) ist eine Spannungsreferenz für 2,5V !!
hier mal die Datenblätter...
Anhang anzeigen LM431C_Adjustable-Precision-Zener.pdf
Anhang anzeigen ZR431_.pdf
Anhang anzeigen TL431ID_Adjustable-Precision-Zener.pdf
- du wirst also an dem Punkt wo 1,24V stehen NIE 1,24V sondern 2,5V bekommen.
- also brauch ich hier erstmal nicht weitermachen ... Designfehler ...

Die "Kathodennspannung" der einstellbaren Zenerdiode läßt sich ab 2,5V aufwärts
einstellen. Du kommst also nicht auf 1,24V runter. Das Bauteil ist falsch.
ich nehme jetzt mal an es existieren da tatsächlich 1,24V ...
- Der Spannungsteiler R3/R4 bringt bei ..
1,24V/13k=95,38µA ... 95,38µA*(13k+24k)=3,53V am oberen Pin von R3
soviel Spannung auf das der OPAmp IC2b an seinem Kipp-Punkt wäre wenn da
nicht über R7 ne Hysterese gesetzt wäre.
- Die angegebenen Schaltpunkte 3,43V/3,72V scheinen mir bei dem großen
Widerstand von R7 (180k) im Verhältnis zum Rest also plausibel wenn denn
die Referenz stimmen würde.
- 2,5V/1,24V=Faktor 2,016 ... Also müßte bei dir die Unterspannungserkennung
die Schaltpunkte bei ca. 6,86V/7,44V haben. Kein Wunder das die LED wegen
"angeblichem" Spannungsmangel nur kurz aufblitzt.

Nimm einfach mal ne rote LED und schalte die in Durchlaßrichtung statt dem
ZR431 an den seine Stelle. Dann hast du ca. 1,2-1,6V Referenzspannung.
Oder du nimmst zwei 1N4148 in Reihe. dann müßten ca. 1,2-1,3V rauskommen.
Kannst du ja mal nur so zum testen machen.

Gruß
Dino

 

[dpaessler]

danke, dino. volltreffer!

da kann ich mir das rumprobieren sparen. kurze suche im internet fördert einige beiträge zutage, die alle etwa das gleiche sagen:

Falls die Bauteile bei Reichelt bestellt werden, unbedingt bei der Spannungsreferenz auf die Beschriftung "43M"=ZR431LF01TA (1,24V) achten.

Es ist schon mehrfach vorgekommen, das Reichelt den Typ mit der Beschriftung "43B"=ZR431 (2,5V) verschickt hat.

Dieser ist aufgrund der Spannung von 2,5V nicht verwendbar !

dann werd ich mich mal auf die suche machen, wo ich so ein teil herbekomme und evtl. mal datenblätter vergleichen. da gibt's doch sicher alternativen.

der lmv431 von national semi sieht ja schon mal vielversprechend aus.


riesen dank nochmal, wenn ich euch nicht hätte

 

[dpaessler]

leider zu früh gefreut
die referenzspannung stimmt. sie liegt bei genau 1.24v.
auch das entfernen des widerstandes r9 hat nichts gebracht. an der schaltung zum unterspannungsschutz liegt es also auch nicht.
am pin3 des op liegen 71.1mv an, am pin1 allerdings nur 5.0mv.

 

[Dirk]

Hallo Daniel,

am pin3 des op liegen 71.1mv an, am pin1 allerdings nur 5.0mv.

was misst du dann am Pin2 (invertierender Eingang). Im Falle der Stromregelung hast du am Pin2 die selbe Spannung wie am Pin3 (nicht invertierender Eingang).

Noch ein Hinweis: Bei 5mV am OpAmp Ausgang, fließt noch kein Strom durch den MOSFET, es sei denn du hast diesen falsch angeschlossen, dann könnte eventuell Strom über die interne Rücklaufdiode (falls vorhanden) fließen. In diesem Fall wirkt natürlich die Stromregelung nicht mehr, der OpAmp möchte die Gate-Spannung nach 0V ziehen, das funktioniert aber dann natürlich nicht. Also: prüfe mal den Anschluß des MOSFETS.

Gruß,
Dirk

 

[dpaessler]

am pin2 kann ich keine definierte spannung messen. das multimeter springt zwischen 200mv und mehr als 1v undefiniert umher
der mosfet ist laut datenblatt richtig angeschlossen.

edit:
hab auch noch ein paar stb100nf03l-03t4 rumliegen, die haben etwa die gleichen werte wie der irl3803. gleiches ergebnis

 

[Dirk]

Für die Stromregelung ist alleine der Opamp IC2A zuständig. Wichtig ist, dass die Referenzspannung am nicht invertierenden (+) Eingang stabil ist, auch beim Einschalten der Last! Die Betriebsspannung darf also beim Einschalten nicht zu sehr abfallen und die Unterspannungserkennung darf hier die Referenzspannung am nicht invertierenden Eingang nicht beeinflussen (bei Unterspannung natürlich schon), zum Testen R9 entfernen (hattest du ja schon probiert).

Falls das oben alles in Ordnung ist: Die Schwingneigung der Schalung um IC2A könntest du eventuell unterdrücken, indem du im Gegenkopplungszweig die Werte für C4 und R12 änderst. Ansonsten fällt mir aber nun auch nichts mehr ein

Dirk

 

[dpaessler]

r9 ist noch immer entfernt. bleibt er auch erstmal, um das als fehlerquelle auszuschliessen.
werde morgen mal etwas mit c4 und r12 rumspielen...

danke für all eure mühen

 

[dino03]

Hallo,

also ich hab nochmal in den Schaltplan gesehen ...

dann wolln wir nochmal zusammenfassen ...
- Referenzspannung am ZR431 ist also OK mit 1,24V
- Der OPAmp kann Rail-to-Rail ... also keine Probleme bei Signalen nahe der Betriebsspannungen
- R9 ist entfernt und damit Stromregelung und Unterspannungserkennung voneinander getrennt
- rechnerisch sollten am Pin3 70,92mV liegen du mißt 71,1mV ... Toleranzen eingerechnet ist das OK
- MOSFET ist anscheinend auch richtig angeschlossen
- Pin 2 springt hin und her ... komisch

EDIT: So ... zu ende gefuttert ...
weiter gehts ...

- Bei IC2a sollten sich am Pin2 und Pin3 des Reglers ungefähr die selbe Spannung einstellen.
- Wenn Pin2 auf 1V springt dann müßten durch R6 ( 1V/0,022ohm= ) 45A fließen
da paßt was mit deiner Messung nicht. 45A erscheinen mir verdammt viel.
da raucht dir (45A*1V=45W) der Widerstand R6 definitiv ab.
- Bei Pin2+3 gleiche Spannung würde der Regler einen Strom von
( 70,92mV/0,022ohm= ) 3,22A einstellen.
- T2 hat eine Collector-Emitter-Sättigungsspannung von ma VCE(sat) 14mV
- Bei Unterspannung liegt am Pin3 ca. 33mV an. Das sind dann ca 1,5A dur die LED

Alles sehr merkwürdig. Hast du nen Oszilloskop ? Dann könnte man sich mal
ansehen was an Pin1 von IC2a passiert (Schwingneigung?). Sind wirklich ALLE
Pins sauber mit den Leiterbahnen verbunden ? Nicht nur nen Lötklecks auf
dem IC-Beinchen aber keinLötzinn zwischen Bein und Leiterbahn ? Alles auf
evtl Lötspritzer und Brücken überprüft ? Beim Ätzen kleine haarfeine Brücken
entstanden ? Ich würde mit ner Nadel nochmal zwischen den Leiterbahnen
evtl vorhandene Verbindungen wegkratzen.

Sonst ... tja ... alles etwas komisch ... Wir brauchen da neuen Input für die
Fehleranalyse ...

Überprüf mal ob R6 wirklich heile ist. Nen Voltmeter drüber. Die Spannung darf
nicht über 100mV (das wären 4,5A) steigen. Wenn doch ... dann regelst du
ne Kurzschluß-LED oder der R6 ist durchgebrannt.

Gruß
Dino

 

[dpaessler]

so. hab grad nochmal getestet.

- mosfet komplett raus: spannung an pin2 hüpft weiterhin
- op-amp nochmal nachgelötet, kontakte überprüft, auf brücken geprüft
- spannung über dem shunt ist 0.000v

also: c4, r12 und r6 getauscht. und siehe da, es ward hell

laut messgerät ist aber sowohl c4 als auch r12 in ordnung, jedenfalls der gemessene wert. r6 zu messen gibt mein messgerät nicht her.
aber was solls. dank eurer tips und hinweise konnte der fehler ja relativ gut eingegrenzt werden. das hätte ich alleine nicht hingekriegt.
also nochmals vielen dank für eure mühen und einen schönen restsonntag

ps. r9 ist mittlerweile auch wieder drin

 

[dino03]

Hi,

- mosfet komplett raus: spannung an pin2 hüpft weiterhin
- spannung über dem shunt ist 0.000v

klar. weil dir keine Spannung mehr von +Vcc über den MOSFET angeboten wird.
Wenn der MOSFET drin ist sollte da bei angeschlossener LED, MOSFET und
durchgeschaltetem MOSFET die volle Betriebsspannung drüber anliegen wenn
der R6 durchgekokelt ist.

also: c4, r12 und r6 getauscht. und siehe da, es ward hell

Ich tippe also auf durchgebrannten R6.

laut messgerät ist aber sowohl c4 als auch r12 in ordnung, jedenfalls der gemessene wert. r6 zu messen gibt mein messgerät nicht her.
aber was solls. dank eurer tips und hinweise konnte der fehler ja relativ gut eingegrenzt werden. das hätte ich alleine nicht hingekriegt.
also nochmals vielen dank für eure mühen und einen schönen restsonntag

ps. r9 ist mittlerweile auch wieder drin

Laut Berechnung ...
3,22A * 0,022ohm = 0,0708V ...
0,0708V * 3,22A = 0,228W (grob nen viertel Watt)
... sollte der Widerstand also mindestens 0,25W abkönnen um es dauerhaft
zu verkraften. Ich tippe auf Baugröße 1210. Ein 1206er verträgt 0,25W also
sollte der 1210er mehr schaffen. Paßt also wohl.

Um den R6 mit 0,022ohm zu messen müßtest du ne Vierleitermessung machen.
Also über 2 Spitzen einen Konstantstrom durchschicken und über zwei weitere
Spitzen den Spannungsabfall am Widerstand messen. Dann kann man den
Widerstand berechnen (Stichwort Milliohmmeter).

Gruß
Dino

 

[dpaessler]

baugröße ist 2010, belastbar mit 2w
siehe datenblatt

das mit dem messverfahren schau ich mir mal an, rein aus interesse. danke auch dafür

da ich die shunts nirgends in angemessenen stückzahlen beziehen konnte, hab ich einfach 'ne anfrage direkt an die isabellenhütte geschrieben, die mir dann sehr nett und völlig unbürokratisch einfach drei stück kostenlos geschickt haben.
also hatte ich zum glück noch 2 rumliegen...

und grad eben war ich auf dem balkon und hab mal eben kurz den nebenan liegenden schulhof komplett ausgeleuchtet

 

[dino03]

Hallo,

baugröße ist 2010, belastbar mit 2w
siehe datenblatt

das mit dem messverfahren schau ich mir mal an, rein aus interesse. danke auch dafür

Isabellenhütte stellt schöne Sachen her Ich hab hier noch 2-3 Meß-Shunts
für 4-Leiter-Strommessungen liegen. Hab ich mal für nen Netzgerät (glaube
ich) besorgt.

da ich die shunts nirgends in angemessenen stückzahlen beziehen konnte, hab ich einfach 'ne anfrage direkt an die isabellenhütte geschrieben, die mir dann sehr nett und völlig unbürokratisch einfach drei stück kostenlos geschickt haben.
also hatte ich zum glück noch 2 rumliegen...

schöner Zug ...

und grad eben war ich auf dem balkon und hab mal eben kurz den nebenan liegenden schulhof komplett ausgeleuchtet

Beim letzten Mittelaltermarkt hat mein alter Magierstab (siehe Projekte) mal
gegen so eine Um-den-Kopf-schnall-Lampe von Aldi/Lidl/... was weiß ich ...
anstinken dürfen Ich meine diese mit mehreren HypersuperpowerLEDs
(5mm Ultrahell) die man mit Gummiband vor die Stirn setzt. Mein Stäbchen
hat den Platz erleuchtet und die Lampe hat man innerhalb meines Lichtkegels
nicht mehr sehen können Mal sehen was die neue 50W-Version schafft
wenn sie irgendwann mal fertig ist

zur Info ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung

und das ist bei Messungen auch recht oft in Gebrauch ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Brückenschaltung

Gruß
Dino

 

[dpaessler]

ok, das messprinzip hab ich verstanden

und wenn dein 50w zauberstab fertig ist, wollen wir fotos sehen
mir reichen vorerst meine 10w mit 900 lumen