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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 50A H-Brücke 12V mit Strommessung


Autor: Markus (Gast)
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Ich bin auf Ideensuche für eine H-Brücke für einen 12V Gleichstrommotor 
mit einem Spitzenstrom von knapp 50A, im Dauerbetrieb hat er aber 
deutlich weniger (15A).
Dazu muss ich noch den Strom mit ca. 5% Genauigkeit messen.
Welche Konzepte bieten sich hier an? Shunts oder besser Hallsensoren? 
Welche FETs und wie steuere ich die am vernünftigsten an?

: Verschoben durch Admin
Autor: Axel Düsendieb (axel_jeromin) Benutzerseite
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Nimm den HIP4080 oder HIP4081 und dazu vier IRFP150

Im Datenblatt ist ein Schaltungsvorschlag.


Axel

Autor: Markus (Gast)
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Die FETs sind nicht so sehr das Problem.
Ich suche eine Lösung, die auch eine 100%ige Ansteuerung ermöglicht, 
also je 2 Transistoren die ganze Zeit an. Normale FET-Treiberstufen 
scheinen ja damit Probleme zu haben.

Die 2. Frage ist, ob es sinnvoll ist, den Shunt in der Brücke neben dem 
Motor zu positionieren oder besser in die versorgungsspannung. Ich habe 
im Netz beide Varianten gesehen, aber immer ohne Erklärung wieso das so 
gemacht wurde.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> Die FETs sind nicht so sehr das Problem.
Er hat ja nicht nur FETs vorgeschlagen

> Ich suche eine Lösung, die auch eine 100%ige Ansteuerung ermöglicht,
> also je 2 Transistoren die ganze Zeit an.
Ja, das geht mit den HIP4080/HIP4081 wegen eingebauter Charge Pump

> Normale FET-Treiberstufen
> scheinen ja damit Probleme zu haben.
Das hat damit überhaupt nichts zu tun.

> Die 2. Frage ist, ob es sinnvoll ist, den Shunt in der Brücke neben dem
> Motor zu positionieren oder besser in die versorgungsspannung. Ich habe
> im Netz beide Varianten gesehen, aber immer ohne Erklärung wieso das so
> gemacht wurde.
Üblicherweise baut man den Shunt an die LowSide (unter der Brücke). So 
kann man am einfachsten, mit einem einzigen Widerstand den Strom messen.

Autor: Markus (Gast)
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Wieso den Shunt an die Lowside? Es gibt mehr Current Sense Amplifiers 
die eine positive Common Mode Spannung haben.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>> Die 2. Frage ist, ob es sinnvoll ist, den Shunt in der Brücke neben dem
>> Motor zu positionieren oder besser in die versorgungsspannung. Ich habe
>> im Netz beide Varianten gesehen, aber immer ohne Erklärung wieso das so
>> gemacht wurde.
>Üblicherweise baut man den Shunt an die LowSide (unter der Brücke). So
>kann man am einfachsten, mit einem einzigen Widerstand den Strom messen.

>Wieso den Shunt an die Lowside? Es gibt mehr Current Sense Amplifiers
>die eine positive Common Mode Spannung haben.

Low-Side ist die schaltungstechnisch einfachste Möglichkeit. Über dem 
Shunt kann ja direkt eine massebezogene und evrwertbare Spannung 
abgegriffen werden. Da allerdings die Sources der LowSide-FETS über dem 
Shunt direkt verbunden sind, kann es vorkommen, dass Bremsströme nicht 
erfasst werden.

Die Current-Sense-Apmlifier sind eher "konstruiert" worden, um Ströme zu 
messen, wo man die Masseleitung, aus welchen Gründen auch immer, nicht 
auftrennen kann. zB im Auto. Nebenbei können die meisten CSAs nur 
unidirektional arbeiten. Bei Motorbrücken uU. ein Problem.

Am aufwändigsten ist die Messung direkt in der Motorleitung. Da man dort 
schwebende Potentiale hat. Mit geeigneten Hallsensoren zB ACS712 oder 
galvanisch getrennten BE allerdigns heute kein Problem mehr. Diese 
Methode würde ich bevorzugen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Allerdings sind Hallsensoren nichts für große Bandbreiten, da die sonst 
rauschen wie IRRE. Zumindest relativ günstige fertige Hall-Stromwandler 
Module (Allegro z.B.).

Autor: Markus (Gast)
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Welches Bauteil nehme ich zum Verstärken der am Lowside Shunt 
abfallenden Spannung wenn ich keine negative Spannung im System habe?
Ich habe nichts auch nur annähernd preiswertes und genaues wie den INA 
214 CURRENT SHUNT MONITOR gefunden.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Mit einem einfachen Operationsverstärker beispielsweise.

Autor: Markus (Gast)
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Ein einfacher Operationsverstärker (Mit echtem Rail-to Rail Input) 
erreicht in diesem Bereich nicht die Genauigkeit (<1% 
Verstärkungsfehler, <0,5µV/°C Drift, <10ppm/°C Gain Drift) wie ein 
INA214 um 2,3€ . Da muss schon was besseres her.

Autor: Klaus (Gast)
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Simon K. schrieb:
> Allerdings sind Hallsensoren nichts für große Bandbreiten, da die sonst
> rauschen wie IRRE. Zumindest relativ günstige fertige Hall-Stromwandler
> Module (Allegro z.B.).

Was heißt große Bandbreite? Welche Frequenz glaubst du kannst du durch 
die Induktivität eines Motors mit Nennstrom 15A treiben?

Was meinst du mit rauschen wie IRRE? Gefragt war eine Genauigkeit von 
5%.

Mein Vorschlag wäre ein HIP4080/81 und ein ACS758x.

MfG Klaus

Autor: Markus (Gast)
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Die Hallsensoren sehen gut aus, werde ich mir ansehen.
Wenn ich aber trotzdem einen Shunt zur Strommessung in der Masseleitung 
verwenden will, mit welchem IC verstärke ich den Spannungsabfall dann? 
Ist die Zuverlässigkeit mit dieser Lösung tendenziell besser oder 
handelt es sich eher um etwas für geringere Ströme?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hier habe ich dazu was geschrieben:
Beitrag "ACS750 -200A meßauflöung mit 10bit zu gering"

Damals habe ich was von 10 Bit Auflösung bei 10Hz gefaselt. Weiß nicht 
ob das stimmt, aber viel besser kann es wirklich nicht sein.

Autor: Markus (Gast)
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Ich möchte die Teiule eher bei Reichelt mitbestellen. Als Transistoren 
habe ich an die IRF 1404S gedacht. Müsste passen.
Aber welchen Treiber (Reichelt hat IR2104, IR2111, IR2183 und IR2184) 
und vor allem welche Freilaufdioden nehme ich? Ich habe gehört, dass die 
1N400x nicht ausreichend sind, stimmt das?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Puh, also ehrlich gesagt glaube ich, dass du etwas mehr Know-How 
brauchst für eine 50A H-Brücke, wenn ich das so lese.

Autor: nicht gast (Gast)
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Markus schrieb:
> Die Hallsensoren sehen gut aus, werde ich mir ansehen.
> Wenn ich aber trotzdem einen Shunt zur Strommessung in der Masseleitung
> verwenden will, mit welchem IC verstärke ich den Spannungsabfall dann?
> Ist die Zuverlässigkeit mit dieser Lösung tendenziell besser oder
> handelt es sich eher um etwas für geringere Ströme?


fang erstmal mit 5A oder 0.5A an...
Mit einem OpAmp kannst du verstärken. Beschalten musst du den aber 
selbst passend...

Autor: Markus (Gast)
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Mit einem normalen OPV kann ich den Spannungsabfall von einigen mV an 
einem Shunt in der Masseleitung eben NICHT genau genug verstärken, vor 
allem wenn ich keine negative Versorgungsspannung haben will. Dann ginge 
natürlich ein INA oder ein nicht Rail-To Rail Chopperverstärker.
Ich habe den Shunt also in de rVersorgungsspannungsleitung und dazu 
einen INA210.
Die Frage ist nun, mit welchen Treibern ich die FETs ansteuere und 
welche Dioden ich wähle.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> Mit einem normalen OPV kann ich den Spannungsabfall von einigen mV an
> einem Shunt in der Masseleitung eben NICHT genau genug verstärken, vor
> allem wenn ich keine negative Versorgungsspannung haben will. Dann ginge
> natürlich ein INA oder ein nicht Rail-To Rail Chopperverstärker.
> Ich habe den Shunt also in de rVersorgungsspannungsleitung und dazu
> einen INA210.
Das kann ich mir überhaupt nicht vorstellen. Der INA210 ist doch auch 
bloß ein OPAMP...

> Die Frage ist nun, mit welchen Treibern ich die FETs ansteuere und
> welche Dioden ich wähle.
Ja, wenn das mal alles wäre. Die beiden Fragen sind ja noch die 
Leichtesten in einer solchen Entwicklung.

Autor: Markus (Gast)
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Die Auswahl der Treiber und der Dioden ist für mich nicht die leichteste 
Aufgabe. Die Strommessung hingegen ist simpel, damit habe ich Erfahrung.
Der INA201 ist eben kein "normaler" OPAMP sondern ein Chopperamp und mit 
abgeglichenen Widerständen als Subtrahierer beschaltet.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Was ich meinte ist, dass bei einem solchen Vorhaben es noch wichtigere 
Parameter zum Erfolg gibt. Dazu gehört korrekte Schaltungsauslegung 
genau so wie das gute Design des Platinenlayouts.

Wegen den Operationsverstärkern kenn ich mich nicht so gut aus, aber ich 
kann mir vorstellen, dass es trotzdem günstiger werden kann, wenn du den 
Shunt in der Low-Side verbaust und einen "normalen" Zero-Drift (Mit 
welcher Technologie der auch immer ausgeführt ist) Low-Offset OPAMP 
benutzt. Die INAxyz Highside Current Shunts sind trotzdem keine üblen 
Teile, möchte ich sagen.
Ich wüsste gar nicht auf welche Art und Weise ich das lösen würde aus 
dem Stegreif, es war auch mehr als Hinweis gedacht, dass man mit einem 
"normalen" OPAMP eventuell günstiger davonkommt.


Ich hoffe du bist dir bewusst, dass der IRF1404 200nC Gate Charge hat. 
Das ist ziemlich viel! Mit welcher Geschwindigkeit und Frequenz möchtest 
du den MOSFET denn schalten? Bei so fetten MOSFETs brauchst du schon 
fette Treiber. So ab HIP4081 (+/-2,5A) aufwärts, möchte ich mal 
behaupten.

Normale Gleichrichterdioden sind nicht ausreichend. Für den 
Spannungsbereich empfehle ich an der Stelle Schottky-Dioden. MBRS140 
beispielsweise. UF400x tun es aber auch.

Autor: Markus (Gast)
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Wenn ich einen OPAMP nehme, brauche ich noch genaue Widerstände dazu 
etc, der INA210 ist bereits für 200x Verstärkung mit einem Fehler von 
max. 1% abgeglichen. Das ist diskret nicht so einfach hinzukriegen.
Der IRFP4310Z hat 120nC Gate Charge, ich habe schaltungen mit dem und 
dem IR 2184 gesehen. Besondere Anforderugnen an die Schaltfrequenz habe 
ich nicht.

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