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Schaltung Strom mit „Current Sense“ und „Kelvin Connection“ erhöhen

| Autor: Kristin Rinortner

Mit dem OPV AD8397 den Strom einer einstellbaren Spannungsquelle erhöhen und eine genaue Spannung erzeugen, die als Versorgungsspannung genutzt werden kann.

Current-Sense-Schaltung
Current-Sense-Schaltung
(Current-Sense-Schaltung)

Dieser Tipp zeigt, wie sich mit dem Rail-to-Rail-Operationsverstärker AD8397 der Strom einer einstellbaren Spannungsquelle erhöhen und eine genaue Spannung erzeugen lässt, die als Versorgungsspannung genutzt werden kann.

Eine sogenannte „Kelvin Connection“ (4-Punkt-Abtastung) eliminiert ohmsche Verluste. Der Strom kann über einen Strommesswiderstand gemessen werden.

Der AD8397 puffert die Versorgungsspannung und versorgt das zu testende Bauteil. Der Strommesswiderstand R2 „wandelt“ den Strom in eine Spannung. Diese Spannung kann mithilfe eines Instrumentenverstärkers gemessen werden. Mit dieser Strommesstechnik lässt sich eine Spannung mehrmals mit Hilfe separater Boost-Schaltungen puffern, wobei alle Ströme individuell gemessen werden.

Indem man R2 klein hält, erhält man größere Reserven. Größere Werte von R2 schützen vor versehentlicher Übersteuerung. Mit steigendem Strom steigt der Ausgangspegel am Verstärker so lange, bis der Ausgang in der Sättigung ist. Je größer der Widerstand, desto schneller kommt der Ausgang in die Sättigung. Dabei wird die Verlustleistung auf einem beherrschbaren Level gehalten. Mit R2 = 10 Ω kommt der Schaltkreis bei etwa 650 mA und einer Versorgung von 6 V bzw. bei etwa 500 mA mit 9 V in die Sättigung.

C2 und R2 bilden einen Rückkopplungspol, der Instabilitäten hervorrufen kann. Die Verstärkung bei geschlossenem Regelkreis könnte erhöht werden, um die Phasendifferenz zu erhöhen und den Regelkreis zu stabilisieren. Allerdings geht dies zu Lasten der Reserven. R1 und C1 erhöhen die Regelkreis-Verstärkung bei hohen Frequenzen und sorgen somit für Eins-Verstärkung bei niedrigen Frequenzen. Das Verhältnis von R2 zu R1 definiert die HF-Verstärkung des Systems. Das System ist stabiler mit höheren Verstärkungen.

C1 und R1 legen die Frequenz fest, wo der Verstärkungsübergang auftritt. Dieser Eckpunkt sollte sich mindestens eine Dekade unterhalb der Übergangsfrequenz des Verstärkers befinden. Eine „Kelvin Connection“ realisiert man durch separate Führung des invertierenden Eingangs und des Ausgangs. Das Ausgangssignal des Verstärkers steigt an, um die ohmschen Verluste in Folge des hohen Stromes zu kompensieren.

Die Autoren: Angel Caballero und Greg DiSanto arbeiten bei Analog Devices in Norwood / USA.

Über den Autor

 Kristin Rinortner

Kristin Rinortner

, ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.