Passender OP für Shunt-Messung an FOC-Motor

[Andreas R. (guldin)]

Hallo zusammen!

Ich bin derzeit mit der Planung einer Endstufen-Platine für einen 
PMSM-Motor beschäftigt. Diese soll sich zwischen einem STM32F407G 
Discovery Board und einem Motor befinden.

Zum Motor: Die Versorgungsspannung beträgt 11V und der Phasenstrom 
beträgt knapp 105A unter Volllast (Sternschaltung). Die Drehzahl geht 
bis 1050rpm.  Im Betrieb soll dieser Motor jedoch nicht stark belastet 
werden, daher sollte die Schaltung auf maximal ca. 10A Phasenstrom 
ausgelegt werden. Ziel ist es eine Vektorregelung mit dem Discovery 
Board zu realisieren und die Funktionsweise besser zu verstehen.

Um den Strom von 2 Phasen zu messen, sollen keine Hall-Sensoren, sondern 
Shunts verwendet werden. Dazu würde ich jeweils einen 5W Widerstand mit 
50mOhm verwenden. Um die anliegende Spannung zu messen habe ich mir die 
Schaltung im Anhang überlegt. Ist diese Schaltung sinnvoll und welche 
OP-AMPs sind schnell genug? (vllt. der INA111)

Schon einmal vielen Dank für alle die sich die Zeit nehmen und einem 
Anfänger weiterhelfen können :)

Grüße
Andreas


Edit: Entschuldigung für den doppelten Anhang. Den kann ich irgendwie 
nicht mehr löschen.

[Falk B. (falk)]

@ Andreas R. (Firma: Bosch AS) (guldin)

>Zum Motor: Die Versorgungsspannung beträgt 11V und der Phasenstrom
>beträgt knapp 105A unter Volllast (Sternschaltung).

Ufff!

> Die Drehzahl geht
>bis 1050rpm.  Im Betrieb soll dieser Motor jedoch nicht stark belastet
>werden, daher sollte die Schaltung auf maximal ca. 10A Phasenstrom
>ausgelegt werden. Ziel ist es eine Vektorregelung mit dem Discovery
>Board zu realisieren und die Funktionsweise besser zu verstehen.

Dann braucht man aber eine schnelle Strommessung, welche noch mehr 
Bandbreite als die PWM zur Ansteuerung hat. Da sind deine C1 und C2 um 
mindestens Faktor 100 zu groß ;-)

>Um den Strom von 2 Phasen zu messen, sollen keine Hall-Sensoren, sondern
>Shunts verwendet werden. Dazu würde ich jeweils einen 5W Widerstand mit
>50mOhm verwenden. Um die anliegende Spannung zu messen habe ich mir die
>Schaltung im Anhang überlegt.

Naja, prinzipiell geht das so, aber wenn man direkt in den Phasen mißt, 
hat man das Problem, daß das Potential des Shunts ständig geschaltet 
wird. Das gibt nette Gleichtaktstörungen, die man erstmal wieder in den 
Griff kriegen muss. Die Messung per Hallsensoren hat schon ihren Sinn. 
Oder man platziert die Shunts in die Versorgung der 3 Halbbrücken. Dort 
ist das Potential konstant. Allerdings mißt man dann nicht direkt die 
drei Phasenströme.

> Ist diese Schaltung sinnvoll und welche
>OP-AMPs sind schnell genug? (vllt. der INA111)

Vor allem braucht man welche mit Rail to Rail Eingang und ausreichend 
Bandbreite, so um die 20-50 MHz.

[Andreas R. (guldin)]

Falk B. schrieb:
>> Ist diese Schaltung sinnvoll und welche
>>OP-AMPs sind schnell genug? (vllt. der INA111)
>
> Vor allem braucht man welche mit Rail to Rail Eingang und ausreichend
> Bandbreite, so um die 20-50 MHz.

Also wenn 0V bis 0,5V am Shunt (0A bis 10A) auf eine Spannung von 0V bis 
3,3V verstärkt werden sollen, könnte ich dann den TI OPA2354A-Q1 
verwenden?
Als Versorgungsspannung für den OP-Amp würde ich anstatt 11V, 
stabilisierte 5V verwenden.

[Nils P. (ert)]

Hallo,

ich habe gute Erfahrungen mit dem LT1999-50 gemacht, schau dir den IC 
mal an.
Vergiss nicht, dass der Strom in beide Richtungen fließt --> +-10A ... 
Mit mal Highside mal Lowside Messung, damit haben OVP oft Probleme. 
Genau dafür gibt es die Shunt-Monitor-IC.

Wenn es deine Aufgabe ist, das mit OPV aufzubauen, simuliere deine 
Schaltung einfach einfach mal, zb mit Tina oder ltspice (oder Matlab 
falls vorhanden)

Der STM hat gute Timermodis extra für PMSM gemacht... Strommessung 
anstoßen wenn keine PWM Flanke, mittenzentriertes PWM, etc... Ich hatte 
mal einen Ordner mit Doks dazu, mal sehen ob ich den finde.

Das Discovery Board hat viele Pins schon blockiert, evtl muss du ein 
paar Bauteile ablöten.

Viel Erfolg

[ichbin (Gast)]

Hi

105A unter Volllast... Dann verbrennt Dein Shunt mehr als 500W und der 
Spannungsabfall beträgt über 5V.

Entweder hast Du einen viel zu großen Motor oder bist Du bei der Annahme 
der Last zu Hoffnungsvoll.

MfG

[Falk B. (falk)]

@ Andreas R. (Firma: Bosch AS) (guldin)

>> Vor allem braucht man welche mit Rail to Rail Eingang und ausreichend
>> Bandbreite, so um die 20-50 MHz.

>Also wenn 0V bis 0,5V am Shunt (0A bis 10A)

Das ist aber eine differentielle Spannung!

> auf eine Spannung von 0V bis
>3,3V verstärkt werden sollen, könnte ich dann den TI OPA2354A-Q1
>verwenden?

Kann sein.

>Als Versorgungsspannung für den OP-Amp würde ich anstatt 11V,
>stabilisierte 5V verwenden.

Geht nicht, denn der Eingangsspannungsbereich liegt in deiner Schaltung 
zwischen 0-11V (volle Motorspannung). Das kann diese Schaltung so nicht, 
wenn der OPV mit 5V versorgt wird.

[Andreas R. (guldin)]

Nils P. schrieb:
> ich habe gute Erfahrungen mit dem LT1999-50 gemacht, schau dir den IC
> mal an.

Danke für den Tipp. Das ganze zu simulieren, kommt mir sehr entgegen.

> Vergiss nicht, dass der Strom in beide Richtungen fließt --> +-10A ...
> Mit mal Highside mal Lowside Messung, damit haben OVP oft Probleme.
> Genau dafür gibt es die Shunt-Monitor-IC.

Da schau ich mir jetzt auch mal welche an. (z.B. INA193)

ichbin schrieb:
> 105A unter Volllast... Dann verbrennt Dein Shunt mehr als 500W und der
> Spannungsabfall beträgt über 5V.

Wie gesagt soll der Motor in diesem Probe-Aufbau kaum belastet werden, 
sodass ich mit einem Strom von maximal 10A rechne.

Falk B. schrieb:
>>> Vor allem braucht man welche mit Rail to Rail Eingang und ausreichend
>>> Bandbreite, so um die 20-50 MHz.
>
>>Also wenn 0V bis 0,5V am Shunt (0A bis 10A)
>
> Das ist aber eine differentielle Spannung!

Das muss ich mir dann nochmal anschauen, um es ganz zu verstehen :)
Also jetzt teste ich am Besten erstmal ein bisschen mit LTSpice was 
machbar ist.

[Alex E. (tecnologic)]

Moin,

sieh dir mal den INA240 an. Für einen Prototypen würde ich das Geld für 
den Verstärker in die Hand nehmen.

[Andreas R. (guldin)]

Tec N. schrieb:
> sieh dir mal den INA240 an

Der schaut wie für meine Anwendung gemacht aus, danke!

[Harald W. (wilhelms)]

Andreas R. schrieb:

> Zum Motor: Die Versorgungsspannung beträgt 11V und der Phasenstrom
> beträgt knapp 105A unter Volllast (Sternschaltung).

Meinst Du da den Nennstrom oder den Blockierstrom? Der Blockierstrom
kann nochmal um den Faktor 5 höher liegen.