High-Side Strommessung diskreter Aufbau

[µautonom]

Moin

@wawa,

beziehst du dich noch auf die Highside Messung?

Ich werde erstma die Lowside-Messung probieren. Danach werd ich deine Variante probieren.



So nun zum Tiefpass:

Nach welchen Kriterien sollte ich den Tiefpass 1. Odnung dimensionieren?

Vorgabe ist f_PWM max 20kHz, Amplitude max. 40mV bei 0.8A und Rs=0.05

Wie hoch sollte die Abtastfrequenz sein? mit Tiefpass müsste die nicht so hoch ausfallen?

Ich kenne zwar die Bendingung das die Abtastfrequenz doppelt so hoch sein soll wie das zu abtastende Signal aber trifft das hier zu mit einem Tiefpass?

Bis 20kHz sollte das Signal unverändert bleiben, aslo Grenzfrequenz auf 20-21kHz festlegen?

Ihr merkt schon ich weiß nicht wirklich wie ich den Tiefpass dimensionieren soll und worauf es ankommt.

Ich hoffe ihr könnt mir ein paar Tipps geben.

[avion23]

Hallo µautonom,
was möchtest du eigentlich? Überstromabschaltung -> Analog comparator.
Strom messen? Wenn ja, bis zu welcher Frequenz? Und nicht ein "wäre schon" sondern ein "brauche ich".
Tiefpass: f_PWM = 100 * f_c mit f_c der Grenzfrequenz. Die 100, damit auch ganz sicher nichts übrig bleibt. Bei f_c == f_PWM bleiben noch ~70% des ursprünglichen Signals über.

Das mit der Abtastfrequenz * 2 vom höchsten Signal ist etwas ganz anderes. Das bezieht sich auf den Fall, dass man das Signal speichern und auch wiedergeben möchte. Und die 2 ist eine theoretische untere Grenze, eine 5 ist besser. Aber off topic.

[MichaF]

Wie hoch sollte die Abtastfrequenz sein? mit Tiefpass müsste die nicht so hoch ausfallen?

Ich kenne zwar die Bendingung das die Abtastfrequenz doppelt so hoch sein soll wie das zu abtastende Signal aber trifft das hier zu mit einem Tiefpass?

Das Theorem gilt nur für bandbegrenzte Signale. Würdest du den Tiefpass weg lassen, hätte mal ideal betrachtet ein Rechtecksignal, und dieses enthält (theoretisch) unendlich viele Oberwellen mit unendlicher Frequenz. Das bedeutet, du könntest dieses Signal nach dem Abtasttheorem nicht ohne Verlust abtasten. An dieser Stelle kommt der Tiefpass ins Spiel. Er unterdrückt alle Frequenzen über beispielsweise 100Hz. Dadurch bekommt man am Ausgang ein bandbegrenztes Signal (nämlich von DC bis 100Hz) auf das sich dann wieder das Abtasttheorem anwenden lässt.

Das war nun alles sehr theoretisch. Praktisch wirst du nach dem Tiefpass eine "Gleichspannung" erhalten, die du zu beliebigem Zeitpunkt abtasten kannst, eine bestimmte Frequenz musst du nicht mehr einhalten.

Die Restwelligkeit im Ausgangssignal lässt sich durch folgende Formel abschätzen.

Vrip = (Vin * Tsignal) / (4 * R * C)

Gehen wir mal von T = 50µs (20kHz), R = 10k und C = 1µF aus. Bei Vin = 40mV würde sich sich eine Restwelligkeit von 50µV ergeben. Der Gleichspannungsanteil im Ausgangssignal liegt bei einem angenommenen Tastverhältnis von 50/50 dann bei 20mV+-50µV. Das entspricht einer Dämpfung von ca 53dB, was ausreichen sollte. Die Zeitkonstante liegt ca bei:

TAU = 5 * R *C

also bei 50ms. So lange braucht das Ausgangssignal, um sich auf eine Änderung des Tastgrades am Eingang einzustellen. Das sollte aber verschmerzbar sein.

Fraglich ist jetzt nur, ob es sinnvoller ist erst zu verstärken und dann zu filtern, oder umgekehrt. Wahrscheinlich wäre es besser, am Shunt möglichst hochohmig zu messen, sprich, erst zu verstärken. Da muss dann aber wie Besserwessi schon sagte, ein recht schneller Verstärker her, das macht nicht jeder Wald und Wiesen OP mit.

Bis 20kHz sollte das Signal unverändert bleiben, aslo Grenzfrequenz auf 20-21kHz festlegen?

Diese Überlegung ist nicht ganz richtig. Du würdest in diesem Fall aus dem Rechteck mit 20kHz einen Sinus mit 20kHz machen. Den könntest du aber immer noch nicht vernünftig abtasten. Daher muss die Grenzfrequenz deutlich niedriger ausfallen. Bei dem Filter das ich oben durchgerechnet habe, leigt sie bei ca. 16Hz.

In der Hoffnung, das ich mich bei den Formelen nicht verhauen habe,

Gruß Micha

[Besserwessi]

Die meisten Motoren können für Zeiten im Sekundebereich deutlich höhere Ströme als den Nennstrom vertragen. Viel schneller als vielleicht 1/10 Sekunde wird man wohl nicht abschalten müssen, vielleicht auch nur im Bereich 1 s. Entsprechend muß man auch den AD wandler nicht häufiger abtasten lassen, es kann aber helfen, damit man die Fitlerfrequenz nicht so tief legen muß, und für mehr Auflösung.

Die Grenzfrequenz des analogen Filters sollte bei höchstens der halben (besser 1/5) benutzten Abtastrate des AD Wandlers liegen.
Mein Vorschlage wäre es die Filterfrequenz bei etwa 10-100 Hz zu haben, dann etwa 200-1000 mal die Sekunde den AD auszulesen und dann über jeweils 20 ms oder 40 ms zu mitteln. Wenn das zu viel Aufwand ist, geht es auch nur alle 40 ms den AD Auslesen und den Filter auf 5 Hz auslegen.

Den Filter würde ich lieber vor den Verstärker legen, wenigstens eine erste Stufe, damit der OP nicht so schnell sind muß. Der Sunt ist eine sehr niederohmige Quelle, da kann man ruhig mit einem relativ niederohmigen passiven Filter rangehen (z.B. 100 Ohm und 10 µF). Der Widerstand kann aber auch höher (z.B. 10 K) werden für einen kleineren Elko/Kondensator - man muß dann ggf. beim Differenzverstärker etwas aufpassen und den Widerstand mit berücksichtigen.

[µautonom]

Hallo,

ich hab nun endlich die Widerstände bekommen 0.05Ohm und hab das ganze mal getestet.

Tiefpass einmal mit R=10k; 100Ohm und C=1uF; 10uF.

Den Tiefpass hab ich vor dem Verstärker gepackt .

Getestet habe ich das mit einem Differenz- und einem nichtinvertierenden Verstärker (V=100), beides mal das selbe Ergebnis.

Mit dem Multimeter hab im unbelasteten Fall ca. 11.6mA (im Versorgungszweig) und im uteren Zweig in Reihe zum Shunt 7mA gemessen.

Das ist ja komisch..

Messe ich mit dem Oszi am Ausgang des OP's sehe ich immer das gleiche Bild egal wie ich den Motor belaste und man sieht noch kurze Spannungseinbrüche genau an dem Punkt wo der Flankenwechsel stattfindet, trotz Tiefpasses kann das sein? OP-versorgung 100nF drangehängt

Irgendwas kann da nicht stimmen... irgendwie fließt der Strom nicht richtig über den Shunt. Wobei der Aufbau nicht wirklich optimal ist (bei dem Haufen an Kabeln kommt man schnell durcheinander)

Wie man auf Bild 2 sieht habe ich den Shunt auf ner Platine aufgelötet die ich gerade zur Hand hatte (auf Lochraster und Steckbrett wär das gar nicht möglich) mit 4 Kabel. Mit Zwei Kabeln greife ich die Spannung ab.

Wenn ich das Multimeter z.B ausmache ist ja der Stromkreis offen aber die Räder drehen trotzdem, nach Datenblatt von der H-Brücke(MPC17510) muss PGND und LGND niederohmiog verbunden werden.
Es scheint so das der Strom irgendwo anders abfließt und ich deshalb "Müll" messe.

Bestätigt hat sich das als sich zufällig ein Kabel, das vom Shunt zum nichtinvertiernden Eingang geht, sich löste und sich der Spannungsverlauf am Oszi nicht änderte.

Bild 1:
http://img828.imageshack.us/img828/5941/shunt0053.gif

Bild 2:
http://img832.imageshack.us/img832/4696/aufbau2m.gif

Ich glaube ich komme nicht drumherum eine Tesplatine zu ätzen, dann wird das ganze auch übersichtlicher und ich kann das Design von euch kontrollieren lassen um Aufbaufehler auszuschließen. Vor allem hab ich dann nicht den Draht dazwischen den ich mitmessen würde.

Auf dem Steckbrett komme ich nicht weiter, die Kabel werden knapp und der Aufbau wird immer unübersichtlicher..

Ich werd in den nächsten Tagen die Testplatine fertigen machen und melde mich dann noch mal wäre super wenn ihr dann einmal drüber schaut. Bis dahin bedanke ich mich beo euch allen für die sehr hilfreichen Vorschläge!

EDIT: Ich hab mal den Widerstand gemessen und mein Multimeter zeigt mir 0.5Ohm an. Macht die Lötstelle soviel aus? Ich kann das fast gar nicht glauben ich hoffe mein billiges Multimeter hat das falsch gemessen (kein Milliohmmeter) Der kleinste Messbereich ist 200Ohm ..


Grüße,

uautonom

[Besserwessi]

Das Problem ist weniger die Löstelle, sondern oft der Kontakt der Kabel / Klemmen. 0,5 Ohm sind zwar schon viel, aber 0,2 Ohm oder so durchaus normal.

Die Spannung am Shunt könnte auch mit dem Oszilloskop noch gerade erkennbar sein.

Beim Filter könnte der ESR beim Elko ein Problem sein. Ggf zum Elko noch einen kleinen Keramikkondensator parallel schalten.


Das Bild könnte auch deutlich kleiner sein. So schnell ist der Server nicht, und bei mehr als 1/2 Größe paßt es nichtmal auf den Monitor.
Der 2. Link geht nicht.

[µautonom]

Hi Besserwessi,

hab oben die Bilder angepasst waren ja wirklich riesig, sry

Der Shunt hat an der Seite solche langen Lötpads.

Wäre es da nicht besser beim Design,die Stelle wo der Widerstand aufgelötet wird das Pad etwas kleiner zu machen so dass ich praktisch nur an den beiden oberen Enden löte um den Übergangswiderstand zu verringern (Lötstelle macht ja anscheinend schon was aus)?

So wie hier im Bild angedeutet:

http://img444.imageshack.us/img444/7061/shunt.gif

Ich frage mich warum die überhaupt so lange Pads haben.. vielleicht um die Wärme besser zu verteilen oder den Stromfluss , ein Grund muss das schon haben aber ist es da wirklich nötig komplette Pad zu verlöten? Im Datenblatt steht da leider nix zu

[Besserwessi]

Die langen Pads sind wohl dazu da um die Wärme besser zu verteilen. Bei SMD teilen muß die Wärme ja im Wesentlichen über die PADs abgeleitet werden. Um die volle Belastbarkeit zu bekommen, sollte der Kupfer Teil auch noch etwas größer sein. Für genaue Anwendungen sollte die größe an beiden Seiten gleich groß sein, damit man eine symetreische Temperatur und wenig Thermospannungen bekommt.
Ganz verlöten wäre schon nicht schlecht wenn man es genau haben will, oder die volle Leistung bracht. Mit nur einem 10 Bit Wandler sollte es aber auch so gehen.

[µautonom]

Puhhh ich habs nun komplett neu aufgebaut auf dem Steckbret und es sieht gaaanz anders aus, keine komischen Spannungseinbrüche mehr wie in dem Post davor

Morgen folgen Bilder für heute ist Schluss

[µautonom]

Ich hab immer noch ein Problem , der Strom fließt nicht über den Shunt.

Das Problem hab ich seitdem ich den kompletten Aufbau nur mit einer Quelle (Batterie) versorge. -> Siehe Zeichnung
(current.pdf)

Die erste Aufnahme des Stromverlaufs das ich euch gezeigt hatte war als ich noch zwei Spannungsquellen Batterie für Motorspannung und Steckernetzteil für Logik benutzte, da klappte alles.

Nun hatte ich das ganze nur auf Batterie beschränkt, so wie es später auch sein sollte.

Am Ausgang des OP's messe ich immer das gleiche Signal und wenn ich den Shunt rausnehme läuft der Motor weiter obwohl dadurch ja die Verbindung von PGND zum "Massepotential der Batterie" unterbrochen wird. (falls das Bild weiter helfen würde sagt mir bitte bescheid werde ein dann sofort machen)

Hab testweise den Shunt gegen einen "1 Ohm" Widerstand getauscht und die Spannung mit dem Multimeter gemessen, zeigt mit immer 0V an auch bei Belastung des Motors, deswegen gehe ich davon aus das der Strom irgendwie einen anderen Weg einschlägt anstatt über den Shunt abzufließen...

Laut dem Datenblatt von der H-Brücke MPC17510 soll PGND und LGND über eine niedrige Impedanz verbunden werden. Hab beide nach dem Shunt mit einem kurzen Stück Draht verbunden, so wie in meiner Zeichnung

Schaut man sich das Blockschaltbild des internen Aufbau's der H-Brücke an ist intern schon eine Verbindung zwischen LGND und PGND, ich vermute das der Laststrom über LGND abfließt.

Ich finde einfach keine andere Erklärung warum ich über dem Shunt nichts messe (1Ohm), es sollte ja der Strom auch über den shunt abfließen

Link zum Datenblatt:

http://www.freescale.com/files/analo...t/MPC17510.pdf

Ich habe mal meinen Aufbau auf dem Steckbrett 1:1 auf Papier abgezeichnet, vielleicht könnt ihr mir bei der Fehlersuche helfen.
(Hab die ganzen Kondensatoren und "Zusatzbeschaltungen" weggelassen sonst wär es zu unübersichtlich)

Ich verzweifel hier langsam..

Grüße,

µautonom