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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessung in H-Brücke


Autor: Daniel A. (insanity)
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Hallo,

ich möchte in einer H-Brücke (250V) den Motorstrom in allen 4 Quadranten 
messen und beim Motorkurzschluss messen.
Von einer älteren Endstufe hab ich einen Schaltplan mit einem diskret 
aufgebauten Differenzverstärker. Siehe Bild.

Die Schaltung ist verhältnismässig groß, zumindest auf der Platine, 
deswegen hab ich einen entsprechenden IC gesucht, der die Funktionalität 
mitbringt.

Analog Devices und Maxim haben bipolare Current Sensoren, die gehen aber 
maximal bis 65V.

Bei LT hätte ich den LT1990 gefunden, dieser geht bis 500V.
Die Schaltung selbst sieht eigentlich nicht so schlecht aus, nur steht 
darunter: -12V < Vcm < 73V

Sagt das aus, dass die am Shunt abfallende Spannung nicht niedriger als 
-12V oder höher als 73 sein darf, oder ist dass das zulässige 
Spannungslevel zum Differenzverstärker?

MfG

Daniel

Autor: jo1984 (Gast)
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Du kannst auch in beiden Halbbrücken je einen Shunt nach Masse einfügen 
und jeweils mit einem ganz normalen OPV arbeiten.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Wie wäre es denn mit einem Hall-Stromsensor zB von LEM?

Welche Ströme willst du denn messen? (Größenordnung)

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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tendiere auch zu den LEM sensoren. potentialfreie messung und du kannst 
das ausgangssignal direkt auf einen ADC geben. nachteil: sollen ziemlich 
viel strom brauchen.

Autor: Daniel A. (insanity)
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Die HAL-Sensoren hätte ich auch schon in betracht gezogen. Allegro hätte 
einen passenden: ACS714ELCTR-30A-T

Aber grundsätzlich ist das alles übertrieben. Der Strom wird nicht durch 
einen AD Wandler ausgerwertet und der Wert fließt auch in keinen 
Regelkreis, es dient lediglich als Grenzstromabschaltung um die H-Brücke 
in allen Situationen zu schützen.

Ich hab deswegen eine Schaltung mit 2 Shunts und 2 Komparatoren, die mit 
einem NAND Glied verknüpft werden, gezeichnet. (Auf dem Bild fehlt die 
obere Hälfte beider Halbbrücken)

In der Simulation hats funktioniert. Bleibt nur die Frage ob das auch im 
Betrieb geht.
Es fließen max. 30A Motorstrom bei max. 250V Motorspannung.

Was sagt ihr dazu?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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liegt der motorkreis auf gemeinsamer masse? wenn ja miss doch einfach in 
der masseleitung, die von der H-brücke zur stromversorgung geht.

Autor: Zweifler (Gast)
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Die linke Schaltung scheint mir doch ziemlich fehlerhaft zu sein...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Daniel A. schrieb:
> Ich hab deswegen eine Schaltung mit 2 Shunts und 2 Komparatoren,
> die mit einem NAND Glied verknüpft werden, gezeichnet.
Du kannst das auch ganz einfach mit Dioden verknüpfen...

> Bleibt nur die Frage ob das auch im Betrieb geht.
Das kommt signifikant auf das Layout (die Masseführung) an.

> Es fließen max. 30A Motorstrom
Mach dann auf jeden Fall die Gate-Spannung ausreichend groß, denn die 
Source-spannung wird um den Spannungsabfall am Messwiderstand 
angehoben...

Zweifler schrieb:
> Die linke Schaltung scheint mir doch ziemlich fehlerhaft zu sein...
Nicht fehlerhafter als die rechte...

Autor: Daniel A. (insanity)
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Ben _ schrieb:
> liegt der motorkreis auf gemeinsamer masse? wenn ja miss doch einfach in
> der masseleitung, die von der H-brücke zur stromversorgung geht.

Du meinst ich soll nur einen Shunt einbauen und den messen? Das geht 
leider nicht, da auch der Strom zwischen den zwei unteren MOSFETs 
(später IGBTs) überwacht werden soll.
Ein Shunt wär mir auch lieber, da ein 18W Shunt mit 0.02 Ohm schon 
ziemlich groß ist.

Lothar Miller schrieb:
> Du kannst das auch ganz einfach mit Dioden verknüpfen...

Stimmt, so einfach ist die analoge Welt. 2 Dioden, ein Widerstand und 
die Sache ist erledigt.

Lothar Miller schrieb:
> Mach dann auf jeden Fall die Gate-Spannung ausreichend groß, denn die
> Source-spannung wird um den Spannungsabfall am Messwiderstand
> angehoben...

Widerstand ist 0.02 Ohm, bei 30A fallen somit nur 0.6V ab. Sollte also 
nicht das Problem sein.

Lothar Miller schrieb:
> Nicht fehlerhafter als die rechte...

Welche Fehler hab ich denn gemacht? Die Diode am neg. Eingang soll die 
negative Spannung abführn wenn der Strom rückwärts über die Body Diode 
fließt.
Soweit funktioniert in der Simulation alles.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Daniel A. schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Nicht fehlerhafter als die rechte...
> Welche Fehler hab ich denn gemacht?
Na keinen... ;-)

Allerdings wirst du bei dem kleinen Shunt tatsächlich sehr gut aufs 
Layout aufpassen müssen...

Autor: Daniel A. (insanity)
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So wie bei der alten Endstufe kann ich es eh nicht machen. Der Shunt ist 
viel zu groß und außerdem nicht einmal auf der Platine. Siehe Bild.

Hab noch eine des gleichen Typs nur 1 Jahr jünger, da wurde das mit 
einem Drahtbügel-Shunt gelöst. Bild 2

Bei Isabellenhütte gibts annähernd passende Shunts für 
Kühlkörpermontage, von der Leistung aber noch ein bisschen zu wenig.
http://www.isabellenhuette.de/pdf/PASSIV/PBH.PDF

Aber da bin ich ja flexibel, bei mehr Strom kann einfach der Shunt 
ausgetauscht werden.

Sollte ich wegen den Strom/Spannungsspitzen auch noch eine Shottky Diode 
integriern? Oder ist das dem OPV eher egal?

In den meisten Schaltungen die ich gefunden habe war nichts 
dementsprechendes zu finden.

Autor: Zweifler (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Daniel A. schrieb:
>> Lothar Miller schrieb:
>>> Nicht fehlerhafter als die rechte...
>> Welche Fehler hab ich denn gemacht?
> Na keinen... ;-)

Naja, Kollektor von Q1 z.B. auf -15 Volt?

Autor: Daniel A. (insanity)
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Zweifler schrieb:
> Naja, Kollektor von Q1 z.B. auf -15 Volt?

Verständnishalber zitiere ich mich noch einmal selbst:

Daniel A. schrieb:
> (Auf dem Bild fehlt die
> obere Hälfte beider Halbbrücken)

Auch die MOSFET Ansteuerung fehlt komplett. Zudem sind hier keine -15V 
im Spiel.

Der OPV (OPA1013) wird mit 5V betrieben, links im Bild ist die 
Versorgung eingezeichnet (schwer zu erkennen, da keine Bezeichnung dabei 
steht).

Also wenn das die einzigen "Zweifler" sind die du hast, dann bau ich die 
Schaltung morgen auf und pack mein Oszi wieder mal aus.

Autor: Mischu (Gast)
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30A an 20 mOhm ist schon echt knackig.
Ich habe bei Strömen dieser Größenordnung eher 1 - 2mOhm.

Allerdings haut dir im Querzweig gemessener Strom beim Schalten dein 
dU/dt ganz kräftig in das Messsignal (parasitäre Induktivitäten / 
Kapazitäten).

Sofern Du vor dem statischen Kurzschluss ein hohes dI/dt messen 
könntest, dann nimm doch einen Strom-Trafo. LEM ist natürlich noch 
besser aber entsprechend teuer.

Alternativ könnte auch dein Gatetreiber eine Entsättigungserkennung 
mitbringen und im Kurschlussfall die FETs abschalten.

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