Spannung über Shunt messen mit OPV und AD-Wandler

OPVNewbie Gast #4391125
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Hallo Forum,

ich habe 3 Shunts an einer 3-Phasen H-Brücke (Last ist nicht 
eingezeichnet):
+U_zk-----------------------------------------------------------
                              |              |                 |
                             T1_hs           T2_hs        T3...
                              |              |
                              |              |
                              T1_ls          T2_ls
                              |              |
                              R1_shunt       R2_shunt
                              |              |
GND--------------------------------------------------------------


An einem Shunt möchte ich die Spannung messen. Der Shunt ist wie üblich 
zwischen den Low Side Transistor und Masse geschaltet. Über dem Shunt 
fällt eine Spannung von +/-440mV ab. Um den Meßbereich (0..2,54V) des 
ADC gut auszunutzen, möchte ich das Signal verstärken, ca. Faktor 5.
Ausserdem möchte ich die gegenüber GND positive Spannung am Shunt 
getrennt von der gegenüber GND negativen Spannung an zwei ADC messen.
Das alles soll auf eine Freifläche auf der PCB integriert werden, so 
dass ich dort die Spannungsversorgungen von +15V, +8V und +5V nutzen 
kann.


Meine Idee ist es, OPVs zu benutzen, leider habe ich keine Erfahrung 
damit. Ich habe bereits bei der Übertragung der Trennung der postiven 
und der negativen Spannungen in die OPV Denke ein Problem.

Ohne jetzt genau zu wissen ob es geht, hier mein Lösungsansatz:
- 2 OPV verstärken das Signal +/-440mV vom Shunt auf +/-12V.
- ein OPV invertierend, der andere nicht invertierend
- Am Ausgang der OPV werden zwei Dioden geschaltet und hinter den Dioden 
wird über Spannungsteiler das Signal auf 2,54 V heruntergeteilt.
- über zwei Kondensatoren wird das Signal geglättet, weil nur die 
Anteile unter 50Hz für die Messung relevant sind.

Ist der Ansatz okay, mache ich einen Denkfehler und/oder gibt es eine 
einfachere Lösung?


OPVNewbie
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OPVNewbie Gast #4392090
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Hallo Chris,

ja, Du hast Recht. Ich habe mich da wohl mit den Eingängen vertan. Dann 
fiel mir ein, es mal in (lt)spice zu simulieren. Hier das Ergebnis.

- zwei Verstärker, einmal invertierend, einmal nichtinvertierend
- das Eingangssignla 440mV wird auf ca. 13V verstärkt
- die positive Halbwelle wird ausgewertet (Diode)



Erläuterung zum Graphen:

Eingangssignal: blau, 220mV, 50Hz, bis 1100ms normal, dann Störung 
(-220mV) durch DC Offset für 3100ms, ab 4.2s Signal wieder normal

Ausgangssignal ADC1/ADC2: hellblau und grün,

Man sieht, dass die beiden Ausgangsspannungen auf die Verschiebung des 
Eingangssigals reagieren. Nach ca. 3 s beschreiben die beiden 
Ausgangssignale die Verschiebung. Zurück geht es schneller.


PS: (lt)spice ist immer wieder gut, auch um sich grundsätzliches 
Verhalten von Bauelementen zu veranschaulichen. Bleibt mir noch übrig, 
das ganze zusammenzubauen und zu schauen, wo ich preiswert +/-15V 
herbekomme...:-/

Gruesse, OPVNewbie
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Karl Gast #4392103
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Bau Dir doch einen Differenzverstärker zu einer Referenzspannung, so 
dass das Signal z.B. von +- 440 mV auf 1.2 V +- 1V gebracht wird. Dazu 
brauchst Du einen OP und eine Hand voll Widerstände. Da die 
Quellimpedanz in Form des Shunts sehr niederohmig sein wird, kannst Du 
direkt davon abgreifen.

Offset- und Verstärkungsabweichungen sowie Filterung kannst Du dann per 
Software machen. Da werden die Filter steilflankiger als mit einem 
einfachen RC-Tiefpass (den man natürlich auch nutzen kann).
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Der Andere Gast #4392116
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1. Wie kommt es dass der Strom durch die Lastwiderstände negativ wird? 
Induktive Last, Generator, ...?

2. Wenn der Strom wirklich negativ werden kann, kannst du das Signal mit 
genau Ref/2 der A/D Wandler Referenz ins positive verschieben (Addierer, 
Summierverstärker). Die Referenzspannung mit einem präzisen 
Spannungeteiler und ggf. ein Impedanzwandler davor, dass die Referenz 
nicht belastet wird.

3. Um eine negative Hilfsspannung zu bekommen (so du mit einem RR Op 
wirklich eine brauchst) kannst du einen kleinen DC/DC Wandler nehmen, 
der dir -5V aus deinen +5 oder +12V erzeugt, oder einen 7660.

4. Dein Diodenansatz ist ziemlich ungünstig, da eine Strom und 
temperaturabhängige Spannung an den Dioden abfällt. Wenn schon, dann 
müssten die Dioden direkt an den Ausgang des OP, so dass die 
Rückkopplung die Diodenspannung ausregelt, such dazu mal "ideale 
Gleichrichter mit OP" und schau es dir an.
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