Strombegrenzung

[radio-hobby.de]

Hallo Volker,
super Versuch! Das macht Spaß!
Ich gehe jetzt mal davon aus, dass Du auf die Dauer bei 12.5 Volt bleiben willst; die Sache hängt doch stark von der Spannung ab, wie ich sehe.
Dann hattest du mit 47 Ohm eine Restspannung über der durchgeschalteten Emitter-Collectorstrecke von 0.5 Volt; ich denke, damit kann man gut leben, das ist nicht zu viel. Laut Datenblatt sind bis zu maximal 1 Volt typisch für den MJ15004.

Der Leistungstransistor MJ15004 braucht also einen kräftigen Basis-Strom, um durchzuschalten; ich schätze mal, dass es rund 230...250 mA sein werden. Bitte miss doch mal den Basis-Strom, der durch den 47 Ohm Widerstand fließt; wenn meine Schätzung von 230...250 mA stimmt, dann ist die Strom-Verstärkung deines Leistungstransistors Faktor 21...19. Dieser Wert scheint mir plausibel. Laut Datenblatt sei die Stromverstärkung bei 5 Ampere mindestens 25, typisch ca. 30. Das passt.

Ich glaube, dass der Transistor (wie man so sagt) bis zur Kniespannung durchgesteuert ist; das heißt im Klartext, noch mehr Basis-Strom würde nichts bringen. Also ich würde den Basis-Widerstand 47 Ohm belassen und nicht weiter verkleinern. (Übrigens: Der 47 Ohm-Widerstand muss auf Dauer über 3 Watt Verlustleistung ertragen können).
[Vorerst bleibt der Emitterwiderstand des Leistungstransistors bei 0 Ohm]

Jetzt kommt der Transistor T4 dran, vielleicht ein BD..., der den Basis-Strom am MJ15004 ein- und ausschalten soll.

Strombegrenzung_Teil2.JPG

Den Basiswiderstand für T4 hatte ich mit 2k2 noch relativ groß gewählt, vielleicht zu groß? Der BD... sollte damit ja voll durchsteuern können. Jetzt kommt es auf die C-E-Restspannung am T4 an. Bei einer angenommenen Stromverstärkung von Faktor 45 würde 2k2 noch gehen; bei Faktor 30 müsste dieser BD... einen Basis-Strom von 8,3 mA bekommen. Das erzielt man bei 12.5 Volt mit einem Basis-Widerstand von etwa 1.5 kOhm an diesem BD.... Probier' es mal aus, ich bin gespannt!!
Gruß
Georg

[radio-volker]

Servus,
Ich habe die Schaltung jetzt einmal mit diesen Transistoren vorgesehen und gehe davon aus, das der BD243 auch gekühlt werden muss.
Morgen messe ich mal den Basisstrom von T1 und baue Schritt 2 auf.

Strombegrenzung_2.JPG

Addendum: Die Ausgangsspannung der Schaltung ist dann schlussendlich 13,8V bei einer Eingangsspannung von 14,3 V.

[radio-hobby.de]

Das klingt ja gut!
Die Schutzwiderstände in den Basis-Leitungen der BC547 und BC550 würde ich beide auf 2k7 erhöhen, damit bei deinen 14.3 Volt der Basis-Strom die üblichen 5 mA nicht wesentlich überschreiten kann.
Den Emitterwiderstand des Leistungstransistors habe ich neu berechnet, er ist jetzt 0.1 Ohm.
Beide C-B-Strecken würde ich noch mit Keramik-Kondensatoren versehen, um eventuelle wilde Schwingungen zu unterdrücken, also so etwa:

Strombegrenzung_3.JPG

Bleibt nur noch der Basis-pull-up-Widerstand des BD243 auszuprobieren.
Viel Erfolg!

Gruß,
Georg

[radio-volker]

Servus,
Danke für die Aktualisierung, werde dazu morgen Nachmittag kommen und die gesamte Schaltung mal aufbauen, sind ja nur wenige Teile, und dann berichten.
Nochmals danke, macht Spaß so zu basteln!

[radio-volker]

Servus,
Ich habe mir für Schritt 2 schon mal die Teile bereitgelegt für heute Nachmittag.

DSCN4255web.jpg

Der 47R müsste jetzt ausreichend sein.

[ELEK]

Morgen,
sehr coole Story, sowas in der Form gibts viel zu wenig...

Verfolge das interessiert !

Gruß Ingo

[ghe]

Hallo,
interessantes Thema. Dazu möchte ich auch noch meinen Senf beisteuern. Mittels Thyristor lässt sich eine relativ einfache elektronische Sicherung herstellen.
Als Schalter wird ein Darlingtontransistor verwendet. Vorteil, er braucht nur einen geringen Basisstrom zur Ansteuerung. Als Thyristor sollte ein Typ mit sehr geringem Gatestrom verwendet werden z. B.: TIC106D oder ähnliche. Der Taster löscht den angesteuerten Thysistor, erst nach loslassen des Tasters erfolgt die Wiedereinschaltung der Sicherung.

e-sicherung.gif

Schaltung 1: Vorteil sehr einfach, Nachteil Spannungsabfall am Ausgang bis die Zündspannung am Thyristor erreicht ist. Kein gemeinsamer GND.
Schaltung 2: Gemeinsamer GND, die Auslösespannung an der Basis von T2 muss nur 0,7V erreichen, dadurch weniger Spannungsabfall am Ausgang.
Schaltung 3: Vorteil der Basisstrom für T1 steigt bei Belastung am Ausgang. Nachteil bei Abschaltung bleibt T2 an Spannung.
Bei Schaltung 2 und 3 kann durch zufügen von C1 eine Auslöseverzögerung erreicht werden (bei kurzen Stromspitzen)
Gruss Gerhard

[radio-volker]

Servus,
Danke für die Vorschläge.
Ich habe den Schritt 2 der Proben bereits mechanisch aufgebaut. Ich bleibe erst einmal bei dem Vorschlag von Hobbybastler und verdrahte den heute Nachmittag. Das wird sicherlich funktionieren, wenn der BD243 durchsteuert.
Werde dann den Basisstrom T1 (MJ15004) messen und den Basisstrom T2 (BD243). Für dem mechanischen Aufbau benötigt man immer mehr Zeit als für das Löten.
Heute Abend weiß ich mehr.
Musste zwischenzeitlich das Autoradio im Panda heute morgen wieder zum Funktionieren bringen,
ist geglückt (Kontaktfehler in der Plus Zuleitung).

[radio-hobby.de]

Hallo Gerhard,
die Idee, einen Thyristor zu verwenden, finde ich gut. Allerdings: Es würde mich interessieren, wieviel Spannung im durchgeschalteten Zustand über der C-E-Strecke des Darlington abfällt. Irre ich mich, oder geht da viel verloren?

Hallo Volker,
bin gespannt!
Georg

[ghe]

Hallo Georg,
ich denke der C-E-Spannungsabfall macht keinen Unterschied zwischen normalem Transistor und Darligton. Der Darlington benötigt aber eine höhere Steuerspannung an der Basis weil 2 Diodenstrecken zu überwinden sind.
Bezüglich der Verlustleistung in T1 wäre eventuell ein Power-FET auf Grund des niedrigen Innenwiderstand günstiger, müsste man testen.
LG. Gerhard

[Bosk Veld]

Hallo Gerhard,

die Restspannung ist schaltungsbedingt schon höher. Gegenüber einem Einzeltransistor erhöht sich beim Lasttransistor der Darlingtonschaltung die C-E-Spannung um seine B-E-Spannung, die er ja zum Durchsteuern braucht. Die Basis ist quasi mit dem Kollektor verbunden (plus z.B. 0,1 V U_{CESatt_Steuertransistor}).

Gruß, Frank

[radio-volker]

Servus,
Habe Schritt 2 durchgeführt. Hier die Messwerte:
Basistrom T1 (MJ15004) mit RB 47 Ohm ist 175mA bei UCE 0,5V. Basisstrom T2 (BD243) mit RB 2K2 ist 5,2mA.
Last 12V 55W leuchtet voll auf bei Uin 13,5V und Uout 13V.
T1 gemessen hat eine Hfe vom 185.
Bin zufrieden. Baue noch 2 Bildchen ein:

DSCN4257web.jpg

DSCN4258web.jpg

[ELEK]

Nabend,

ich denke der C-E-Spannungsabfall macht keinen Unterschied zwischen normalem Transistor und Darligton.

Gerhard, wie Frank es beschrieben hat, muß die C-E-Spannung des Darlingtons mindestens eine B-E-Flußspannung annehmen. Das ist auf den ersten Blick nicht zu erkennen und ich war selbst diesem Irrtum erlegen: Damit der erste (linke) Transistor in den aktiv normalen Betrieb gehen kann, muß seine Basis um eine B-E-Flußspannung positiv sein. Das ist noch nicht das Problem. Der zweite (rechte Transistor) muß aber auch um eine B-E-Flußspannung an der Basis positiver sein als der Emitter und hier liegt das Problem, obwohl gegen den Emitter 2x B-E-Flußspannung anstehen. Das stört im allgemeinen bei ausreichend Betriebsspannung nicht.
Da aber die C-E-Strecke des ersten (linken) Transistors im aktiv normalen Betrieb am Kollektor positiver sein muß als der Emitter und beide Kollektoren verbunden sind, kann der Gesamttransistor nur dann funktionieren, wenn über der C-E-Strecke des zweiten (rechten) Transistors eine B-E-Flußspannung bestehenbleibt, hinzu kommt die kleine Sättigungsspannung des ersten (linken) Transistors.

Wenn also die C-E-Spannung des Gesamttransistors (oder des zweiten, rechten Transistors) zu klein werden will, fließt kein Basisstrom mehr, weil die B-E-Spannung unterschritten wird.

Das muß man am Besten aufzeichnen und dann beispielhaft die Potentiale (zumindest am zweiten, rechnten Transistor) dranschreiben, semantisch hätte ich da seinerzeit fast ne Wette verloren..

Gruß Ingo

[radio-volker]

Servus,
Ich werde die Schaltung von Georg morgen weiterbauen, der Pull up von 2k2 ist ausreichend für den BD243, er schaltet problemlos durch.

[radio-hobby.de]

Hallo Volker,
das sieht ja gut aus. Und dass du an deinem Exemplar von T1 einen hohen H fe gemessen hast, klingt auch gut. Auch die Basis-Ströme sehen korrekt aus. Jetzt bin ich gespannt, ob das Ganze auch seinen Zweck erfüllt.

Übrigens: Die Auslöse-Taste könnte überflüssig sein, wenn man den Verbraucher nach einem Auslösen der Sicherung ab- und wieder einschalten kann. Ich bin gespannt zu hören, wofür du die Sicherung am Ende einsetzt, und ob sie da funktioniert. Ist es eine Schutzschaltung für dein abgebildetes Netzteil?

Mir ist noch was eingefallen: Wenn die Sicherung anspricht und der Kurzschluss weiterhin besteht, würde ich die Taste lieber nicht betätigen. Probier' mal aus, ob es auch ohne Taste geht.

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Hallo Gerhard,
zum Darlington und dessen C-E-Restspannung im durchgeschalteten Zustand:
Frank und Ingo - danke an euch - haben wohl denselben Gedanken gehabt wie ich.

Nun wollte Volker - wie ich sein Projekt verstanden habe - möglichst wenig Spannungsabfall über seiner elektronischen Überstromsicherung haben. Deswegen habe ich meinen "Schreibtischentwurf" begonnen mit einem Schalttransistor in einer Polung, die für optimal niedrigen Spannungsverlust im eingeschalteten Zustand sorgen soll.

Deswegen der pnp-Transistor, dessen Emitter an dem (+)Spannungseingang liegt! Nur so kann ich immer einen sehr kräftigen Basisstrom hinkriegen. Das geht hier über einen Basiswiderstand gegen (-)Masse, denn die Masse ist immer, in jeder Betriebssituation, enorme 12...13 Volt negativer als der Emitter. Und so - das war mein Gedanke - kann ich den Transistor kräftig durchsteuern, wodurch seine C-E-Restspannung im durchgeschalteten Zustand geringstmöglich wird.

Lass uns spasseshalber einmal einen npn-Transistor denken, dessen Collector an dem (+) Spannungseingang liegt. Um ihn durchzuschalten, muss die Basis möglichst (+) Potential bekommen. Das höchste (+)Potential liegt am Collector, positivere Spannungen sind in der Schaltung nicht zu bekommen. So kann der Transistor nie so ganz richtig durchschalten.

Transistor-npn.jpg

Innerhalb eines Darlington wird die Basis des Ausgangstransistors auch bestenfalls auf Collectorpotential gebracht, nämlich wenn der Eingangstransistor innerhalb des Darlington voll durchsteuert. So würde ich das sehen. Ist glaube ich genau dasselbe, was schon Frank und Ingo erklärt hatten, oder?