High-side Strommessung H-Brücke

[R. H. (breezer)]

Hallo,

ich versuche mich gerade daran den Strom durch einen Drehmagnet zu 
messen welche an einer H-Brücke hängt. Hierfür habe ich mir ein kleines 
Board mit einem INA169 besorgt und in die positive Vesorgungsleitung der 
H-Brücke gebaut. Die H-Brücke wird mit einem PWM-Signal von 10khz 
angesteuert.
Da das verwendete Echtzeitsystem mit 1khz abtastet habe ich einen 
einfachen Anti-Aliasing-Filter mittels RC-Glied mit einer Grenzfrequenz 
von ca 1khz eingebaut.

Das Problem ist nun das bei PWM duty-cycles < 100% der gemessene Strom 
vom Shunt nicht dem Strom entspricht welcher tatsächlich durch den Motor 
fließt(mit Multimeter gemessen).

Dies hängt anscheinend mit der Effektivspannung bei unterschiedlichen 
PWM Tastverhältnissen zusammen.

Beispiel: PWM Tastverhältnis von 50%, gemessen am Shunt ca. 0,25A und am 
Multimeter 0,5A. Würde von der Leistungsaufnahme ja hinkommen, da sich 
bei 50% PWM die halbe Versorgungsspannung als Effektivwert am Motor 
einstellt.

Um das ganze nun zu kompensieren habe ich einfach den gemessenen 
Eingangsstrom an der H-Brücke mit 1/PWM-Tastverhältins multipliziert.

Liege ich nun mit der Annahme richtig und ist das so ein sinnvoller Weg?

[THOR (Gast)]

R. H. schrieb:
> Da das verwendete Echtzeitsystem mit 1khz abtastet habe ich einen
> einfachen Anti-Aliasing-Filter mittels RC-Glied mit einer Grenzfrequenz
> von ca 1khz eingebaut.

Das verletzt schonmal das Nyquist Kriterium.

R. H. schrieb:
> Das Problem ist nun das bei PWM duty-cycles < 100% der gemessene Strom
> vom Shunt nicht dem Strom entspricht welcher tatsächlich durch den Motor
> fließt(mit Multimeter gemessen).
>
> Dies hängt anscheinend mit der Effektivspannung bei unterschiedlichen
> PWM Tastverhältnissen zusammen.

Lässt sich durch die falsche Abtastung erklären.

[R. H. (breezer)]

THOR schrieb:
> Lässt sich durch die falsche Abtastung erklären.

Ich habe den Tiefpass jetzt auf eine Grenzfrequenz von 250Hz ausgelegt, 
leider bringt es nichts, das Verhalten ist noch immer wie anfangs 
beschrieben.

[Achim S. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Die H-Brücke wird mit einem PWM-Signal von 10khz
> angesteuert.

Damit geht es schon los: was passiert während der off-Phase der PWM? Ist 
die Brücke dann im Freilauf oder ist sie im fast-current-decay? (d.h. 
bleibt während der Off-Phase ein Transistor an oder sind alle aus?)

Im zweiten Fall fließt während der Off-Phase Leistung zurück zum 
Netzteil (der Shunt sieht einen "negativen" Strom), im ersten Fall ist 
der Strom durch den Shunt während der Off-Phase Null.

R. H. schrieb:
> Würde von der Leistungsaufnahme ja hinkommen, da sich
> bei 50% PWM die halbe Versorgungsspannung als Effektivwert am Motor
> einstellt.

Nein: nicht als Effektivwert aber als Mittelwert. Und weil der 
Drehmagnet eine induktive Last ist, ist die mittlere Spannung relevant 
für den Stromfluss, nicht der Effektivwert der Spannung.

Effektivwerte könntest du mit deiner Abtastung nie messen (dazu müsste 
die Abtastung schnell genug sein, um das Zeitverhalten der Messgröße 
aufzulösen). Aber Mittelwerte können halbwegs hinkommen, weil du dazu 
die Messgröße auch per passivem Tiefpass glattbügeln kannst (d.h. mit 
deinem "Anti-Aliasing-Filter"). Um vergleichen zu können solltest du 
dann aber auch das Multimeter auf Mittelwertmessung einstellen - also in 
den DC-Messbereich, nicht in AC und nicht in AC+DC.

Also:
- wenn die Brücke mit Freilauf betrieben wird (nicht mit fast current 
decay)
- und wenn dich der Mittelwert interessiert (nicht der Effektivwert, 
d.h. Messgerät auf DC eingestellt)
- und wenn der Tastgrad groß genug ist, dass der Strom nicht lückend 
fließt (d.h. während der Off-Phase sinkt der Strom zwar ab, erreicht 
aber nicht den Wert 0)

dann kannst du mit deinem Ansatz tatsächlich auf den mittleren Strom 
hochrechnen, indem du durch den Tastgrad dividierst (also "mit 1/PWM 
multiplizierst").