Strommessung Gleichstrommotor mit PWM und INA139 - komisches Verhalten

[Taskmanager (Gast)]

Hallo µC-Gemeinde,

in einem aktuellen Projekt möchte ich die Stromaufnahme eines 
beschleunigenden DC-Motors messen, welcher per PWM über eine Halbbrücke 
aus einem High-Side P-FET und einem Low-Side N-FET angesteuert wird. 
Dazu habe ich einen 0,033R Shunt und einen INA139 in die Schaltung 
integriert und lese die ausgegebene Spannung mit dem ADC eines ATmega328 
ein.

Wenn der P-FET voll durchgeschaltet ist, funktioniert das auch gut. Im 
"Teillastbetrieb" (z.B. 50% TV in den Screenshots) zeigt das Ganze aber 
ein für mich nicht verständliches Verhalten: Erst wird eine positive 
Spannung vom INA139 ausgegeben, dann taucht diese jedoch durch GND und 
nähert sich mit steigender Motordrehzahl der Nulllinie an. Die Messwerte 
im ATmega bestätigen dieses Verhalten, damit kann ich aber 
logischerweise nicht viel anfangen...

Woher kann dieses Verhalten kommen?

Anmerkung: Der N-FET wird permanent mit Vgate = 12V betrieben. GND ist 
Common für die gesamte Schaltung. Der INA139 wird mit 5V betrieben, 
zusammen mit dem ATmega

Anhänge:
- 50%_Output_INA139.PNG - OUT des INA139 mit dem "Unterschwinger"
- 50%_neg_Spannung.PNG - VIN+ und OUT des INA139 mit negativem OUT
- 50%_Nulldurchgang.PNG - VIN+ und OUT des INA139 während des 
Nulldurchgangs von OUT
- 50%.PNG - VIN+ und VIN- des INA139

Danke für eure Tipps!

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Durch die Induktivität des Motors wird die Spannung an R70 beim 
Abschalten des FET je nach Strom gegenüber GND ins Negative gezogen. 
Denke das macht sich bemerkbar.

[Taskmanager (Gast)]

Hast du einen Vorschlag, was ich dagegen machen kann? Ganz unüblich 
sollte die Verwendung des INA139 mit einer induktiven Last ja nicht 
sein...

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Probier doch mal spaßenshalber eine schnelle und ziemlich 
leistungsstarke Diode zwischen GND und dem Motor-Plus, also quasi in 
Sperrrichtung über dem Motor. Motor hast Du mit kleinen 
Keramikkondensatoren entstört?

[Taskmanager (Gast)]

Das hab ich beides schon drin, ist nur auf dem Ausschnitt des 
Schaltplanes nicht zu sehen

[Klaus (Gast)]

Taskmanager schrieb:
> welcher per PWM über eine Halbbrücke
> aus einem High-Side P-FET

Ben B. schrieb:
> Probier doch mal spaßenshalber eine schnelle und ziemlich
> leistungsstarke Diode zwischen GND und dem Motor-Plus,

Warum sollte eine passive Diode besser als ein aktiver FET sein?

Es gibt zwei Effekte: erstens fließt der Strom nach Abschalten der PWM 
über den P-FET weiter, bis er Null wird. Dann wirkt die Gegen-EMK und 
der Strom kehrt seine Richtung um. Wenn die PWM schneller wird vermeidet 
man den zweiten Teil.

MfG Klaus

[Achim S. (Gast)]

Taskmanager schrieb:
> Woher kann dieses Verhalten kommen?

Mal dir halt mal die volle Halbbrücke auf (inkl der Freilaufdioden) und 
zeichne ein, welchen Weg der Strom in den beiden Schalzuständen nimmt. 
Dann solltest sich leicht erkennen lassen, weshalb der Strom nicht 
dauerhaft (in derselben Richtung) durch den Shunt fließt.

Taskmanager schrieb:
> Das hab ich beides schon drin, ist nur auf dem Ausschnitt des
> Schaltplanes nicht zu sehen

Dann zeig halt diesen fehlenden aber wichtigen Teil des Schaltplans. Je 
nachdem, wie deine Ansteuerung des Motors tatsächlich aussieht, reicht 
es ggf. aus, den Messwiderstand an die "richtige" Stelle zu setzen.

Taskmanager schrieb:
> Hast du einen Vorschlag, was ich dagegen machen kann? Ganz unüblich
> sollte die Verwendung des INA139 mit einer induktiven Last ja nicht
> sein...

Bei Ansteuerung mit einer Halbbrücke ist ein Ende der Last 
überlicherweise auf festem Potential (z.B. auf GND). Dann reicht es, den 
Messwiderstand dorthin zu packen. Wobei ich mir bei deiner 
Text-Beschreibung des Aufbaus nicht sicher bin, ob du wirklich eine 
Halbbrücke einsetzt (denn eine Halbbrücke, bei der der n-FET ständig 
voll durchschaltet, käme mir komisch vor).

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

@Klaus...
Wie war das mit der Kuh und dem Tauchen? Oder flugfähigen Schweinen?
Aber egal, irgendwas wirst Du Dir schon dabei gedacht haben, zumindest 
hast Du es versucht. Aber nur mal als Tip: FET!=Triac!=Thyristor.