Begrenzung des Stroms in einer AC-Operationsverstärkerschaltung

Ich habe eine einfache Operationsverstärkerschaltung (Bild), die zum Ansteuern einer kapazitiven Last (~ 1 nF) mit einer variablen Wechselspannung von bis zu 40 Vpp und einer variablen Frequenz von bis zu 150 kHz ausgelegt ist. Die Schaltung nimmt das Signal von einem Funktionsgenerator, verstärkt es mit einer Verstärkung von 2 und leitet es an die Last weiter. Der verwendete Operationsverstärker ist ein LTC6090 mit Schienen, die mit einem (9 V Eingang) +24 V, -24 V DC-DC-Wandler verbunden sind, der 21 mA liefern kann.

Die Schaltung funktioniert gut für die oben genannten Anforderungen, aber ich muss ihren maximalen Ausgangsstrom aus Sicherheitsgründen auf 2 mA begrenzen. Die Gefahr besteht darin, dass der Benutzer die kapazitive Last umgehen und einen Stromschlag bekommen könnte.

Ich habe einen Strommessverstärker in Betracht gezogen, der an den Ausgangsdeaktivierungsstift des Operationsverstärkers angeschlossen ist (schwierig bei bipolaren Signalen), einen 10k-Widerstand in Reihe mit der Last (begrenzt die Frequenz durch Bilden eines Tiefpassfilters mit der Lastkapazität). Ein 10k-Widerstand in Reihe mit jeder der Versorgungsschienen (verdirbt die Leistung des Operationsverstärkers und fügt Rauschen hinzu) und mir gehen die Ideen aus. Ich habe auch Konstantstromdioden in Betracht gezogen, bin aber mit diesen ziemlich unbekannt und bin mir ihrer Einschränkungen in Wechselstromkreisen nicht sicher (Irgendwelche Ideen?!). Außerdem kann ich bei diesen Spannungen anscheinend keine DC-DC-Wandler finden, deren maximale Ströme klein genug sind, um sie von Natur aus zu begrenzen.

Hat jemand eine Idee, wie man den Strom ordentlich begrenzen kann, ohne die Spannungs- und Frequenzleistung der Schaltung zu beeinträchtigen? Vielen Dank im Voraus!Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin nicht davon überzeugt, dass Ihre Schaltung 40 Vp-p an diese Last liefern könnte, wenn Sie den Ausgangsstrom auf 2 mA begrenzen. In jedem Fall ist es unwahrscheinlich, dass 40 Vp-p jemandem schaden.
Laut diesem praktischen Dandy-Rechner keisan.casio.com/exec/system/1258032632 bei 150 kHz beträgt diese Last etwa 2,125 K ... das bedeutet, dass Sie näher an 10 mA benötigen, um diese Schaltung dort oben zu betreiben.
Danke an beide, ihr macht tolle Punkte :). Eventuell muss ich einen Einbruch der Schaltungsleistung in Kauf nehmen. Angenommen, ich senke die maximale Frequenz auf 20 kHz. Haben Sie irgendwelche guten Ideen zur Begrenzung des Ausgangsstroms?
Andere als Strombegrenzungsschaltungen in den +-24V-Leitungen.. nein. Keine Ahnung, wie sie die Linearität beeinflussen. Sie könnten das Netzteil jedoch tatsächlich an seine Grenzen bringen, indem Sie eine Dummy-Last bei 17 mA einbauen.
Wer hat sich für die 2-mA-Strombegrenzungsanforderung am Ausgang entschieden und warum?
Es ist wirklich ein Gesundheits- und Sicherheitsproblem. Es ist unwahrscheinlich, dass die Ströme, über die wir sprechen, jemandem ernsthaften Schaden zufügen (es ist sogar unwahrscheinlich, dass ein Benutzer die Last mit sich selbst umgehen würde, aber dann basieren Sicherheitsberechnungen auf Risiken, die den absolut schlimmsten Fall berücksichtigen!), aber selbst ein kleiner Schock reicht aus, um eine riesige Aufregung und jede Menge Papierkram zu verursachen! Nachdem ich etwas genauer hingesehen habe, ist der Ruhestrom des Operationsverstärkers tatsächlich höher als 2 mA (mein Fehler!), Daher muss ich die Beschränkung möglicherweise auf 4 oder 5 mA lockern. Das Problem besteht aber immer noch. :)
Die von Ihnen gezeigte Schaltung kann offensichtlich nicht mehr als +/- 24 V an den Ausgang liefern, was allgemein als ziemlich sicher angesehen wird (mit bestimmten Ausnahmen wie medizinischen Geräten). Das sind weniger als 18 VAC RMS. Wenn Sie sich Sorgen über die Möglichkeit machen, unter Fehlerbedingungen (z. B. einem Kurzschluss im Operationsverstärker) einen Brand auszulösen, ist eine Sicherung besser als eine aktive Strombegrenzungsschaltung.

Antworten (2)

Ihr herkömmlicher Strombegrenzer sollte vielleicht irgendwie funktionieren. Die hier gezeigten Werte sind nicht sehr aussagekräftig.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Alternativ könnten Sie mehr Strom von den Netzteilen ablassen, um sie an ihre aktuellen Grenzen zu bringen.

Das Problem bei all dem ist, dass Sie R1 und R4 so dimensionieren müssen, dass sie 2 mA plus den Umgebungsstrom des Operationsverstärkers zulassen, der sich ebenfalls im selben Ballpark plus oder minus ein bisschen befindet. Daher wird die 2-mA-Grenze neblig sein.

Danke Trevor, das ist wirklich hilfreich. Ich denke, diese Strombegrenzungsschaltung (mit den entsprechenden Werten) könnte eine schöne Lösung sein. Und ja, die Begrenzung des Stroms auf weniger als den Umgebungsstrom des Operationsverstärkers scheint etwas kontraproduktiv zu sein, also müsste ich die Einschränkungen lockern!
Wenn Sie wirklich wählerisch in Bezug auf den Wert sind, können Sie die kleinen Widerstände zu 10-Gang-1K-Pots machen.

Ich habe eine sehr elegante (glaube ich!) Alternative zur Strombegrenzungsschaltung in stromregulierenden Dioden (CRDs) gefunden.

Das Schalten von zwei CRDs, die für einen Regelstrom von x mA ausgelegt sind, Back-to-Back in Reihe zwischen dem Operationsverstärkerausgang und der Last, funktioniert sehr gut, um den Strom auf x mA zu begrenzen, ohne die Wechselstromleistung zu beeinträchtigen. Der Operationsverstärker hat natürlich Schwierigkeiten, die Last zu treiben, wenn die Frequenz hoch wird, aber dies ist unabhängig von der Strombegrenzungsmethode unvermeidlich.

Ich habe Semitec E-452 , 4,5 mA Regeldioden verwendet.

Sehr empfehlenswert!

Begrenzung des Stroms in einer AC-Operationsverstärkerschaltung
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