bidirektional Strom Messen mit Shunt high-side

[Jonas (Gast)]

Hallo,

ich habe mal eine Frage zur OPV Beschlatung bei bidirektionaler 
Shunt-Strom-Messung.

Ich möchte ein DC-Leistungsmesser bauen, der den Stromfluss in beide 
Richtungen messen kann. Dabei soll GND ohne "Unterbrechung" (Shunt) 
durchgeschleift werden, daher Shunt in high-Side (vgl. Skizze).

Dafür würde ich die Spannungsdifferenz mittels Differenzverstärker bzw. 
gleich einen Instrumentverstärker z.B. INAxxx erfassen.

PROBLEM:
Bei negativer Stromrichtung würde eine negative Spannung aus dem INA 
kommen (und eine neg. Versorgungsspannung benötigen). Nun möchte ich das 
Potential so anheben, dass bei
-10A => 0V,
  0A => Vcc/2,
+10A => Vcc    ausgegeben wird.

Wird es dadurch erreicht, dass die neg. Versorgungsspannung des INA auf 
Vcc/2 lege mit einem 1:1 2kOhm Spannungsteiler?

Daten: U_mess: 0-30V; I: -10A bis +10A
Shunt: 5-10mOhm (geplant)
uC: MSP430G2553 mit 10Bit ADC @Vcc = 3V3
Messrate: 10Hz (jeweils oversampling 512Werte => "virtuelle" 12Bit)

2.) Frage zum Messbereich umschalten: einfach Verstärkung am INA ändern, 
indem weiteres R parallel dazu/weg geschaltet wird?

Hall-Sensoren habe ich getestet, war aber recht unzufrieden mit der 
Auflösung I< 1A bei max +-12,5A.

Vielen Dank!
Schöne Grüße Jonas

Skizze: s. Anhnag

[nicht "Gast" (Gast)]

1) Auch ein INA erlaubt keine Eingangsspannungen außerhalb der 
Versorgungsspannungsbereiches (30V>3.3V!).

2) Such dir einen INA mit zusätzlichem REF-Eingang.

[Matthias L. (Gast)]

Wenn du eh per ADC eines uC die Werte einliest, würde ich zwei INA138 
verwendent. Für jede Stromrichtung einen.

[STK500-Besitzer (Gast)]

Besorg dir doch einfach Stromsensoren von Allegro (z.B. 
Farnell/HBE-Shop).
Da hast du dann auch eine galvanische Trennung, auch wenn du sie gar 
nicht brauchst.

[Falk B. (falk)]

@  Jonas (Gast)

>Ich möchte ein DC-Leistungsmesser bauen, der den Stromfluss in beide
>Richtungen messen kann. Dabei soll GND ohne "Unterbrechung" (Shunt)
>durchgeschleift werden, daher Shunt in high-Side (vgl. Skizze).

Dafür gibt es fertige ICs. Google mal nach high side current monitor. 
MAXIM & Co haben da viele, auch bidirektionale.

>Dafür würde ich die Spannungsdifferenz mittels Differenzverstärker bzw.
>gleich einen Instrumentverstärker z.B. INAxxx erfassen.

So einfach ist es nicht. Die Eingangsspannung muss bei den meisten INAs 
kleiner gleich der Versorgungsspannung sein.

>-10A => 0V,
>  0A => Vcc/2,
>+10A => Vcc    ausgegeben wird.

Ist OK.

>Wird es dadurch erreicht, dass die neg. Versorgungsspannung des INA auf
>Vcc/2 lege mit einem 1:1 2kOhm Spannungsteiler?

Nein. Wie soll er denn dann Spannungen kleiner VCC/2 ausgeben?

Der Refernz- bzw. COMMON Eingang muss auf VCC/2 gelegt werden, das ist 
nämliche der Nullpunkt des INA.

>2.) Frage zum Messbereich umschalten: einfach Verstärkung am INA ändern,
>indem weiteres R parallel dazu/weg geschaltet wird?

Geht beides, ist eine Frage der Genauigkeit bzw. Fehlerfortpflanzung.