Wo Entstörkondensatoren in meiner Schaltung?

[Patrick W. (patricko)]

Hallo zusammen,

im Bild seht ihr eine Schaltung um Gleichströme von bis zu 150A zu 
messen. Dies wird durch einen Stromwandler (HAIS-150) und einer 
dazugehörigen Verstärkerschaltung realisiert.

Da der Stromwandler direkt auf der Platine befestigt wird und somit das 
Kabel direkt über der Platine entlanggeht muss die Schaltung gut 
entstört werden.

Meine Frage ist nun, ob ich die rot eingezeichneten Kondensatoren zum 
entstören brauche oder mir der eine am Schluss bei der Z-Diode reicht?

mfg Patrick

[Helmut L. (helmi1)]

Mit den beiden Cs an den negativen Eingaengen der OPs wirst du Probleme 
bekommen. Beim linken OP ist der Kondensator ja auch am Ausgang 
angeschlossen dadurch koennte der OP schwingen. Das gleiche beim 
mittleren OP bei dem hast bei hoeheren Frequenzen eine hohe Verstaerkung 
was eventuelle auch zu schwingungen fuehren koennte. Bessere waere es du 
machst in Reihe zum Wandler RC-Tiefpaesse .

Gruss Helmi

[HildeK (Gast)]

Die beiden nach oben schauenden Cs sind jeweils direkt an einen 
OPA-Verstärkerausgang angeschlossen, beim HAIS ist es zumindest so 
prinzipiell dargestellt. Das führt häufigst zum Schwingen der OPAs - 
allerdings soll der Wandler bis 1µF am Ausgang vertragen.
Aber prinzipiell: Cs direkt an Spannungsquellen (jeder Ausgang hier ist 
ja im Ersatzbild eine Spannungsquelle) haben an (idealen) Quellen keine 
Wirkung - sie belasten nur.

Der dritte führt eher zu einer Überhöhung der Transfercharakteristik bei 
hohen Frequenzen anstatt zu einer zusätzlichen Dämpfung.

Wenn du TP-Verhalten haben willst, dann wäre z.B. ein C parallel zu den 
30k nützlich. Außerdem kannst du mit RC-Gliedern am Ausgang 
Referenzspannungserzeugung noch etwas erreichen. Auch ein RC-Glied am 
Ausgang des HAIS wäre nützlich und verwendbar (das C in der Mitte, nach 
oben schauend mit einem Vorwiderstand).

[spess53 (Gast)]

Hi

Mal eine andere Frage: warum benutzt du nicht einfach die 
Referenzspannung des Sensors? Ist zwar ein anderer Sensor, aber die 
Schaltung im Anhang S.7 geht problemlos.

MfG Spess

[Patrick W. (patricko)]

Erstmal vielen Dank für eure Hinweise und Erklärungen

Ich hab die Schaltung jetzt mal nach euren Vorschlägen umgeändert (hoffe 
ich zumindest).
Wie groß sollte ich denn Rx, Cx, Ry, Cy wählen. Die Grenzfrequenz 
berechnet sich ja zu fg=1/(2*pi*C*R). Spontan hätte ich jetzt gesagt 
Rx=Ry=1k und Cx=Cy=47nF. Macht dann eine Grenzfrequenz von ca. 3400 
sec^-1 und ein Tau=R*C=0.047msec
Wäre das bis jetzt soweit in Ordnung?

@Spess53: Im Prinzip ist das ja die gleiche Schaltung wie auf Seite 7. 
Die Gleichung lautet: Uaus=4*Vout-3*Vref das ergibt dann 0...5V am 
Ausgang die ich für den ADC Eingang benötige.

Und noch ne neue Frage. Durch "Spess53" ist mir etwas gravierendes 
aufgefallen.
Bis jetzt hab ich angenommen (wie auch immer ich darauf gekommen bin), 
dass man an Vref eine Referenzspannung von 2,5V anlegen muss, damit der 
Wandler funktioniert. Aber ist es nicht eher so, dass am Ausgangspin von 
Vref 2,5V anliegen die man abgreifen kann und Vref schon intern aus den 
5V Eingangsspannung durch den Wandler bereitgestellt werden (bei Vref 
steht ja output voltage dabei)?

Hier mal das Datenblatt vom Stromwandler HAIS 150

http://www.lem.com/docs/products/hais_e.pdf

mfg Patrick

[Helmut L. (helmi1)]

>Aber ist es nicht eher so, dass am Ausgangspin von
>Vref 2,5V anliegen die man abgreifen kann und Vref schon intern aus den
>5V Eingangsspannung durch den Wandler bereitgestellt werden (bei Vref
>steht ja output voltage dabei)?

Richtig die kann man benutzten. Denke aber bitte dran da du sie durch 
den Eingangswiderstand des OP belastest. Eventuelle einen Buffer 
zwischenschalten.

>Macht dann eine Grenzfrequenz von ca. 3400
>sec^-1 und ein Tau=R*C=0.047msec
>Wäre das bis jetzt soweit in Ordnung?

Die Schaltung ist so im Prinzip in Ordnung. Zur Grenzfrequenz kann ich 
dir nichts sagen die must du wissen. Nur du weisst wie schnell sich dein 
Strom aendert und damit deine Frenzfrequenz.

[HildeK (Gast)]

Ich muss mich korrigieren.
Ry liegt in Serie zu dem 10k und verändert damit wegen Cy 
frequenzabhängig die Verstärkung der Anordnung (--> Hochpassverhalten). 
Deshalb würde ich Ry/Cy doch eher weglassen.

Zur Belastung der Vref durch den OP: Man kann die Kombination 30k/10k 
auch noch etwas hochohmiger wählen. Allerdings wären hier anstatt der 
10k mindestens 200k notwendig, das ist IMHO zuviel in einer 
OPA-Schaltung. Damit ist Helmut Lenzens Empfehlung mit dem Buffer sicher 
sehr sinnvoll.

Die Frage ist auch, welcher Art deine Störungen generell haben. Zunächst 
ist es natürlich sinnvoll, die Schaltung räumlich kompakt aufzubauen.
Wenn die Störungen relativ hochfrequent sind, können ev. auch an den 
seither von mir abgelehnten Stellen Kondensatoren im pF-Bereich trotzdem 
nützlich sein. Ebenso ist eine Massefläche nützlich, die 
Spannungsführung sollte ohne Schleifen etc. geführt werden, die 
Entkopplung der aktiven Elemente ist BE-nahe auszulegen und ggf. noch 
durch parallele Cs im Bereich (z.B. 1n) Verbesserungen bringen.

[Patrick W. (patricko)]

Ok vielen Dank

leider weiß ich selber nicht was für Frequenzen ich auf der Leitung 
sind.

Es handelt sich dabei um ein Projekt unserer Hochschule. Die Schaltung 
dient zur Messung des Motorstromes eines Elektrorennautos. Ich nehm an 
das wird mit Brushlessmotoren betrieben welche mit einem Regler 
angesteuert werden. Wie hoch da die Frequenzen genau sind weiß ich 
leider nicht.

Achja: Wie groß sollte denn der Parallelkondensator zu dem 30k 
Widerstand sein?

mfg Patrick

[HildeK (Gast)]

>leider weiß ich selber nicht was für Frequenzen ich auf der Leitung
>sind.
Naja, dann wird aber jede Dimensionierung schwierig.

Du musst zumindest wissen, welche höchste Nutzfrequenz du noch am 
Ausgang sehen willst. All deine Filter sollten dann etwas (Faktor 2) 
darüber liegen.

30k * C2 = 2 * PI * fg,

ebenso wie am Ausgang gilt

1k * C3 = 2 * PI * fg.

fg ist die Frequenz, an der das Filter bereits 3dB dämpft.

[Helmut L. (helmi1)]

>>leider weiß ich selber nicht was für Frequenzen ich auf der Leitung
>>sind.
>Naja, dann wird aber jede Dimensionierung schwierig.

Dann kann man nur noch zu Potis raten.


>Die Schaltung
>dient zur Messung des Motorstromes eines Elektrorennautos.

Willst du den reinen Gleichstomanteil oder auch noch ueberlagerte 
Anteile aus einer eventuellen PWM mit messen ?

[Kai Klaas (Gast)]

Hallo Patrick,

ich würde das so wie im Anhang ausprobieren.

Der LMV342 ist ein Rail-to-Rail OPamp und ermöglicht es dir mit nur 
einer 5V Versorgung auszukommen. Allerdings bleibt er am Ausgang bis zu 
30mV (typisch 7mV) von den Rails entfernt. Eventuell sollte der 30k 
Widerstand also etwas verkleinert werden, damit du die 150A (-150A) 
wirklich "siehst".

Die Schaltung hat eine Bandbreite von rund 30kHz. Willst du sie 
verkleinern, solltest du die beiden 330pF Kondensatoren gemeinsam 
vergrößern. Den 100pF Kondensator würde ich unverändert lassen, da er 
nur die Stabilität der Schaltung gegen kapazitive Belastung am Ausgang 
erhöhen soll.

Du siehst für die Referenzspannung und Ausgangsspannung gleiche 
Zeitkonstanten. Das ist sinnvoll, wenn sich die Referenzspannung mit dem 
Signal leicht ändert. Dann erfaßt die Subtraktion auch die Änderung der 
Referenzspannung. Ist sie jedoch absolut unveränderlich, kannst du für 
den unteren Kondensator natürlich auch eine 47n Ausführung verwenden.

Kai Klaas

[Patrick W. (patricko)]

Ok vielen dank, ich werd das mal so machen

wird schon schief gehen ;)