Hallo Gemeinde, ich will für ein Projekt eine Strommessung über einen Shunt durchführen, um damit einen magnetoresistiven Sensor zu kalibrieren. Dabei habe ich mir den Ablauf folgendermaßen vorgestellt: 1. Strom von bis zu 250 A wird von einem Netzteil erzeugt, welches galvanisch getrennt ist. Es befindet sich keine Last im Stromkreis (Stromgeregelter Betrieb) 2. Analoge Spannung vom Shunt (max 60 mV bei 250 A) mit einer Operationsverstärkerschaltung verstärken. Letztendlich soll die Spannungsdifferenz plus/minus 250 mV betragen, die dann in einen Delta-Sigma-Wandler gespeist wird. Der plus/minus Bereich entsteht beim Umdrehen der Richtung des zu messenden Stromes. Jetzt zu meinen Bedenken: Ich muss ja den OPV sowie den Delta-Sigma-Mod. mit positiven/negativen Spannungen versorgen, die mindestens den zu messenden Bereich umfassen. Da ich nicht sicherstellen kann, dass der digitale und der analoge Stromkreis die gleichen Potentiale haben, muss ich doch die "Massen" verbinden richtig? Mein Bedenken ist das Verbinden der Stromkreise. Bekomme ich da große Störungen vom digitalen in den analogen Kreis die sich auf meine Messung auswirken? Gibt es eine bessere Möglichkeit, die Differenz zu verstärken? Mein Problem war bis jetzt immer: Wie kann ich den OPV und den DS mit den richtigen Spannungen versorgen. LP steht für Ladungspumpe. Vielen lieben Dank schon mal für die Hilfe Grüße Hannes
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Es gibt nur einen Massepunkt an dem analoger und digitaler Teil verbunden werden. Das sollte idealerweise der Fußpunkt des Shunt sein. Sternförmige Masse von dort für alles, was mit dem Analogsignal zu tun hat. Es sollten keine Querströme auf der Masse fließen, die dir das Messesignal verfälschen.
Also ist der Plan soweit in Ordnung, ich setze die untere Seite des Shunts als Masse-Sternpunkt meiner Schaltung? Je nach Stromrichtung stellt sich dann auf der oberen Seite des Shunts entweder eine Spannung von max. 60mV oder -60mV ein richtig?
Wenn Du mit der verringerten Auflösung leben kannst: Dann beschalte den OPV derart, das bei 0A sein Ausgang die halbe Spannung (3.3V / 2) ausgibt. Diese gibt Du auf den Eingang des ADC. Skalierung machst du dann per Software. Mit geeignetem R2R OPV kommst du dann ohne negative Versorgungsspannung aus. Ebenso kannst du den eventuellen Masseversatz rauskalibrieren.
Der Widerstand der Gegenkopplung darf nur 3,16x sein, weil die Grundverstärkung eines nichtinvertierenden Verstärkers 1 ist.
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Mario M. schrieb: > Der Widerstand der Gegenkopplung darf nur 3,16x sein, weil die > Grundverstärkung eines nichtinvertierenden Verstärkers 1 ist. Richtig. Die Werte 4k7 und 15k würden fast passen. v = 1 + 15k / 4k7 v = 1 + 3,19 v = 4,19 60mV x 4,19 = 251mV Johannes K. schrieb: > Je nach Stromrichtung stellt sich dann auf der oberen Seite des Shunts > entweder eine Spannung von max. 60mV oder -60mV ein richtig? Auch richtig.
Dein Shunt hat wirklich 60mV bei 250A, also deutlich unter 1mOhm Widerstand? Sowas geht sinnvollerweise nur per Vierleitermessung. Das "untere Ende" des Shunts hat also zwei Anschlüsse (einen Sense-Anschluss und einen, über den der Strom fließt). Achte darauf, dass du den "richtigen" Anschluss (den Sense-Anschluss) mit der Masse des Verstärkers verbindest, sonst wird der Fehler groß.
Johannes K. schrieb: > vieles Du kannst Dir die neg. Versorgungsspannung sparen wenn Du einen symetrischen Spannungsteiler zw. 3V3 und GND vorsiehst und diesen Knoten (1,65V) an den Shunt und auch an den +Eingang vom OPV hängst. Der invertierende Verstärker wird dann +/- zu dieser Spannung arbeiten, die aber - aus Sicht des ADC - immer im positiven Bereich ist. Das ganze läßt sich reltaiv kommod kalibrieren: vor jeder Messung (Shuntstrom =0) wird die Ausgangsspannung vom OPV gemessen. Dieser Wert wird dann vom gemessen Signal subtrahiert und fertig... Spart einiges an Kopfzerbrechen und einer eigenen, negativen Versorgung.
@Andrew T. Das hab ich mir auch überlegt. Jedoch wollen wir den gesamten Bereich (positiv und negativ) ausnutzen. @Mario M. Logisch. Vielen Dank für den Hinweis :) @Ach Du grüne Neune Ich hab mir das mal durchgerechnet, und werde entweder die Kombination 6,8k zu 2,2k oder 68k zu 22k verwenden. Hier hab ich mit Berücksichtigung der Toleranz von 1% die beste Ausbeute des Messbereichs. Gibt es von eurer Seite Anregungen welche Größenordnungen der Widerstände besser sind? Im ersten Fall würde sich ein Strom von 27,3 Mikroampere, im zweiten Fall ein Strom von 2,73 Mikroampere ergeben, der am OpAmp zurückfließt. @Achim S. Ja hat er. Alles klar. Damit das Potential direkt an der Stelle anliegt, an der auch gemessen wird, richtig? @MiWi Vielen Dank für den Vorschlag. Ich finde eine Ladungspumpe gar nicht so aufwändig. Oder sollte man die nach Möglichkeit nicht verwenden, weil es eine "schlechte" Spannungsquelle ist?
Johannes K. schrieb: > 6,8k zu 2,2k Um Störungen zu unterdrücken sind die niedrigeren Werte besser, um die LP nicht zu stark zu blasten sind höhere Werte besser. Ich würde trotzdem die niedrigeren Werte verwenden, die LP schafft das schon. Auch bei Verwendung von Schottkydioden hat die 'einfache' LP einen Spannungsverlust von min. einem Volt. Es bleiben also nur noch max. -2,3 Volt übrig für den OPV, was aber in deinem Fall gut geht, weil du nur -250mV benötigst. Eine beliebige Frequenz für die LP kannst du ja aus dem µC auskoppeln.
Irgendwie ist den ganzen Helden hier im Forum offensichtlich nicht
aufgefallen, das sie verarscht werden:
> Analoge Spannung vom Shunt (max 60 mV bei 250 A)Ic
Das macht einen Shunt Messwiderstand von 0.00024 Ohm.
Ich denke mehr muss ich hier nicht mehr schreiben.
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Nils P. schrieb: > Ich denke mehr muss ich hier nicht mehr schreiben. Und ich denke, mehr muss ich hier nicht mehr zeigen!
@Ach du grüne Neune Vielen Dank für die Info! Dann werde ich die niedrigeren Werte nehmen. Gibt's da nen Richtwert für die Stromstärke an den OpAmps im Allgemeinen? Wie mach ich das mit dem Frequenz der LP auskoppeln? @Nils P. Verarschen tu ich hier keinen, ich will weder meine Zeit, noch die von anderen verschwenden! Die Mess-Shunts gibt's sogar noch niederohmiger.
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Johannes K. schrieb: > Wie mach ich das mit dem Frequenz der LP auskoppeln?
Johannes K. schrieb: > Ich hab mir das mal durchgerechnet, und werde entweder die Kombination > 6,8k zu 2,2k oder 68k zu 22k verwenden. Hier hab ich mit > Berücksichtigung der Toleranz von 1% die beste Ausbeute des > Messbereichs. > Gibt es von eurer Seite Anregungen welche Größenordnungen der > Widerstände besser sind? > Im ersten Fall würde sich ein Strom von 27,3 Mikroampere, im zweiten > Fall ein Strom von 2,73 Mikroampere ergeben, der am OpAmp zurückfließt. Stromverbrauch ist hier vmtl. nicht relevant. Dann würde mit dem Strom hochgehen, außer du kommst an die Grenzen des OPamp. Also durchaus auch kleiner als 6,8k+2,2k. Macht das ganze einfach störunempfindlicher und das Messen leichter. Hier ists aber vmtl. nicht so wichtig. Denn Messbereich würde ich auch nicht zu 100% ausnutzen. 90% sind ganz gut. Dann ist noch Headroom um die Toleranz des Shunt, Offset-Spannung und evtl. Toleranz des ADC zu kalibrieren. Johannes K. schrieb: > Ich finde eine Ladungspumpe gar nicht so > aufwändig. Oder sollte man die nach Möglichkeit nicht verwenden, weil es > eine "schlechte" Spannungsquelle ist? Ladungspumpe ist schon ok, aber die produziert halt (kleine) Störungen. Und auch wenn sie nicht aufwändig ist, sie ist aufwändiger als 2 Widerstände. Kommt letztenendes auf die konkreten Bauteile an: R2R-Fähigkeiten des OPV; ist die analoge Masse des ADC mit der digitalen Masse verbunden (oder handelt es sich evtl. um einen differenziellen Eingang); was sind die maximalen Offset-Spannungen der Bauteile; muss die Masse des µC identisch zum Massepunkt der Messung sein; ...
Nils P. schrieb: > Irgendwie ist den ganzen Helden hier im Forum offensichtlich nicht > aufgefallen, das sie verarscht werden: > >> Analoge Spannung vom Shunt (max 60 mV bei 250 A)Ic > > Das macht einen Shunt Messwiderstand von 0.00024 Ohm. > > Ich denke mehr muss ich hier nicht mehr schreiben. Du denkst ganz offensichtlich nicht ausreichend. Und so ist es sicher bessern wenn Du hier nix mehr schreibst.
Johannes K. schrieb: > > @MiWi > > Vielen Dank für den Vorschlag. Ich finde eine Ladungspumpe gar nicht so > aufwändig. Oder sollte man die nach Möglichkeit nicht verwenden, weil es > eine "schlechte" Spannungsquelle ist? Alles was nicht benötigt wird und denoch eingebaut wird ist quasi aufwändig.
Vielen Dank für die Hilfestellungen! Ich werde jetzt meine erste Platine umsetzten und berichte dann wie's funktioniert
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