Verständnisfrage bei Strommessung im DC-Kreis beim Wechselrichter

Mhm leider war der Hintergrund transparent, nochmal das Bild.

Das Oszi von AC auf DC umstellen.

Wenn ich auf der Zeitachse die Beschriftung mit Einheiten von 10nSek 
sehe würde ich jetzt ehr an einen Kurzwellensender als an eine 
Motorendstufe denken.

Die Spitzen kommen dann vermutlich davon daß der Motor doch eine gewisse 
Streukapazität gegen Erde hat.

Danke für eure Rückmeldungen.

Oszi-Kopplung ist auf DC. Die Tastköpfe sind abgeglichen.

Sind 20kHz Pulsfrequenz oder respektive 50us Periodendauer.

Streukapazitäten gegen Erde sind sicher vorhanden, aber ich kann mir 
nicht vorstellen, dass diese derart groß sind. Mir ist es bislang noch 
nicht gelungen den Effekt in LTspice nachzubauen...

Gibt es noch andere Ideen?

Der Effekt dürfte dem Recovery Verhalten der Schalter geschuldet sein.

> Für den betreffenden Zeitausschnitt ändern sich die Phasenströme nicht
> merklich aufgrund der großen wirkenden Induktivitäten.

Nicht merklich ist gut - da tut sich doch garnichts.

> Allerdings sehe ich eine Art expotentiellen Spannungsabfall über dem
> Shunt.

Da der Strom nicht über die Induktivitäten fließt, müssen wohl die 
Schalter kurzgeschlossen sein.

Ich denke, du misst falsch.

Ich danke für die Antworten.

Die Achsenskalierung ist nachträglich dazugebaut und sollte nur eine 
grobe Größenordnung geben. Messbereich ist ca 1A bis 10A. Der Shunt hat 
5mOhm. DC Spannungsseitig sind es 12V. Das Layout ist angelehnt an 
http://www.ti.com/tool/TIDA-00774?jktype=design , allerdings 
leistungsfähig etwas abgespeckt. Das Layout ist vierlagig, die 
Streuinduktivität im DC Kreis gegenüber dem TI Layout nochmal optimiert 
( kann gern morgen mal ein Bild zeigen, aber wüsste ehrlich gesagt nicht 
warum die einen Einfluss haben sollte).

Die Mosfets sind Halbbrücken CSD88584Q5DC (23nC Qreverse), angesteuert 
von dem Treiber DRV8323.

Mit diesem wird das Shuntsignal differentiell verstärkt. Auch im 
Ausgangssignal messe ich diesen expotentiellen Abfall, wenngleich die 
SlewRate des im Treiber integrierten OPVs den Effekt abschwächt.

Einen Schalterkurzschluss schließe ich aus, das würde der Treiber 
automatisch unterbinden. Außerdem würde das die negativen Spitzen nicht 
erklären.

Wenn ich die Ladungsmenge grob überschlage bin ich im Bereich hunderte 
nC. Das erscheint mir viel zu viel für eine einfache Diodensperrladung.

Ich setze morgen mal einen 1mOhm Shunt ein, aber selbst wenn dort die 
expotentiellen Abfälle kleiner werden, weiß ich immer noch nicht woher 
sie letztlich kommen.

Auch beim probieren mit einer Simulation und allen mir erdenklichen 
parasitären Elementen kann ich das nicht nachvollziehen.

Ich schau’s morgen gern nach wenn ich die Daten wieder vor mir habe. 
Prinzipiell passt es aber, ja.

Hintergrund der Frage ist mein Problem, dass je größer der Phasenstrom 
wird, desto mehr tritt eine charakteristische Verzerrung in den 
rekonstruierten Phasenströmen auf. Bei kleinen Strömen bekomme ich 
schöne rekonstruierte Phasenströme.
 Ich vermute es liegt an diesem sich noch einpegelndem 
Shuntspannungsverlauf. Je größer die Ströme, desto größer diese 
Anfangswerte der expotentiellen Verläufe.

Die gezeigte Skalierung oben ist eher Faktor 10 zu sehen für den Strom. 
Ich wollte nur schnell eine Achse haben...

A-Freak schrieb:
> Wenn ich auf der Zeitachse die Beschriftung mit Einheiten von 10nSek
> sehe würde ich jetzt ehr an einen Kurzwellensender als an eine
> Motorendstufe denken.

"t in 10^-8 s" * 10^5 ergibt summa summarum t / 10^-3 s

Ich habe eben nochmal die Skalierungen überprüft, auch ob die Werte 
zueinander passen: Sie passen für den 'eingeschwungenen Zustand'. Der 
Shunt-Strom entspricht nach dem Abklingen des Expotentialterms dem 
jeweiligen Phasenstrom. Genau wie im ersten Anhang gezeigt (allerdings 
~Faktor 10 skaliert).

Hat jemand eine Idee woher es kommen könnte?
Ich schließe einen Messfehler nicht pauschal aus, wüsste aber auch nicht 
warum ich falsch messe. Auch in einer differentiellen Messung habe ich 
den Effekt.

Es ist mir ein Rätsel und ich würde gern dazulernen :).

Was sind die Spannungen u v und w?
Irgendwas wie Drehstrom?

wendelsberg

Rechteckpulse, eine PWM wie gezeichnet.

Siehe auch 
https://www.eevblog.com/forum/beginners/current-measuring-in-dc-link-of-inverter-current-signal-riddle/msg2835970/

Jep, auch dort.
Anbei noch eine LTSpice Simulation und die überarbeitete Skizze. Ich 
rätsele immer noch :(

C4 ist natürlich Blödsinn ...

Moin.
Bedenke, die verwendeten Bauteile sind real. Jeder Kondensator, 
Widerstand, Mosfet etc. hat parasitäre Eigenschaften. Und diese sind 
dann auch noch strom- und spannungsabhängig ( siehe Datenblatt Mosfet ).
Wenn die Mosfets schalten baust du dir mit der Ausgangskapazität des 
Mosfets, Leitungsinduktivität etc. einen wunderschönen Schwingkreis auf.
Du kannst es durch geschicktes Ansteuern der Mosfets etwas in den Griff 
bekommen. Snubber über den Mosfets helfen auch. Ganz vermeiden läßt es 
sich nie.
Daher wird immer zwischen zwei Schaltaugenblicken gemessen denn da ist 
das Messsignal am ruhigsten.

Gruß

Hallo Nils,

danke für deine Antwort.
Irgendwo an den parasitären Elementen wird es liegen, aber ich kann mir 
momentan einfach nicht erklären woher es genau kommt.
Ich habe deshalb in Spice auch reale Bauteile hinterlegt ähnlicher 
Größenordnung und sogar mit zusätzlichen Cs und Ls versehen - aber ich 
bekomme den Effekt einfach nicht hin. Das exponentielle Abklingen deutet 
ja auf eine Dämpfung > 1 hin, falls es sich um eine Schwingung 
handelt... das wiederrum heißt irgendwo hätte ich große Widerstände. 
Habe ich aber nicht.

Ich hänge nochmal ein aktualisiertes Spice Modell an.

Du hast bei dieser Messung die Last (den Syncrhonmotor) angeschlossen, 
aber drehen dürfte er bei diesem seltsamen Pulsprogramm wohl nicht, 
oder? In deiner Messung hast du auch drei Kurven für abs(I_u)... 
eingetragen. Woher stammen diese Werte? Sie scheinen mir nicht recht zu 
deinem Pulsprogramm zu passen ...

In deiner Messung sieht man jeweils ca. 1µs vor dem eigentlichen 
Überschwinger einen kleinen Minisprung im Strom in die selbe Richtung. 
Kommt das von der Totzeit deiner Treiber? Sieht man also z.B. erst den 
HS-FET ausschalten und dann - 1µs später - den LS-FET einschalten? Liegt 
die Totzeit jeder Halbbrücke also bei ca. 1µs?

Liegt das "linke Ende" des Shunts fest auf GND, und ist dieser GND 
identisch zum GND deines Messystems? Wenn nicht könnte es sein, dass du 
Gleichtaktsprünge siehst und diese - durch dein Messystem - als 
scheinbare Überschwinger der Differenzspannung dargestellt werden.

Um das System zu vereinfachen und Quellen für Fehlinterpretationen 
auszuschließen würde ich an deiner Stelle mal direkt mit dem Oszi am 
Shunt messen. Also GND-Clip vom Oszi links am Shunt anschließen, 
Tastkopfspitze rechst am Shunt anschließen. Dann wird der Verlauf zwar 
etwas verrauscht aber: sieht die Kurve vom Prinzip her noch genau so 
aus?

Eine weitere sinnvolle Vereinfachung könnte sein, mal ein einzelnes 
Pulspaket zu betrachten, keinen "eingeschwungenen Zustand mit langer 
Vorgeschichte". Wie oben schon geschrieben: für mich ist nicht ganz 
ersichtlich, dass sich die mittleren Phasenströme bei diesem 
Pulsprogramm wie von dir eingezeichnet ergeben sollen, und ich weiß 
nicht, wie diese drei Kurven (rot, gelb, lila) in deinem Messdiagramm 
zustande kommen.

Hi,

danke für eure Antworten.

Ich messe mit dem Oszi. Zwei Phasenströme über das 
Spannungsausgangssignal von LEM-Wandlern als Referenz. Der dritte 
Phasenstrom im Diagramm ist aus den anderen beiden berechnet. Gezeigt 
sind allerdings die Beträge der Phasenströme.
Die dargestellte Shuntspannung ist ebenfalls mit dem Oszi gemessen - 
parallel messe ich es mit einem uC, der misst aufgrund des 
vorgeschaltenen OPVs die tiefpassgefilterte Version des Signals.Die 
exponentielle Funktion erkennt man auch dort.

Das Ende des Shunts liegt direkt auf GND.
Ob ich mit einem einzelnen Tastkopf direkt über dem Shunt messe (unter 
Nutzung dieses Federdrahtes mit dem man den Kabelmasseclip ersetzt) oder 
mit zwei Probes vor und nach dem Shunt und die Differenz betrachte, 
resultiert immer derselbe Verlauf (mal mehr mal weniger verrauscht bzw. 
Störeinkopplungen). Ich würde Gleichtaktsprünge daher ausschließen.

Das Diagramm mit der Skizze der dazugehörigen Phasenspannungen zeigt nur 
einen Ausschnitt des Zeitverlauf, eine einzelnen Periode. Der Motor 
dreht, geregelt über die gemessenen Phasenströme und mithilfe eines 
Beobachtermodells. Es ergeben sich normale sinusförmige Ströme. Für den 
Zeitraum einer einzelnen Periode scheinen die Ströme eben konstant.

Die Minisprünge im Strom deute ich als Einkopplung der Treibersignale. 
Genau, es ist eine Totzeit von ca 1us.


Anbei mal zwei Screenshots vom Oszi. Im Bild mit virtuellem Sternpunkt 
habe ich an die Ausgänge über drei verschieden große Widerstände einen 
Sternpunkt erstellt. Aufgrund der Asymmetrie kann ich mithilfe des 
Sternpunktpotentials (Kanal 1, gelb) auf die gerade geschaltenen Phasen 
zurückschließen und benötige einen statt drei Kanälen am Oszi.
Kanal 2 und 3 sind die LEM-Wandler.
Kanal 4 ist das Shuntspannungspotential gemessen direkt über dem Shunt 
mit dem Federclip.

Im Bild mit der Differenspannungsmessung sind Kanal 1 und Kanal 4 die 
Messungen vor dem Shunt, die Masseclips liegen auf GND vor der 
Eingangsdrossel.

Ich habe einen parallel zum Zwischenkreis-Elko geschaltenen Kerko (sieht 
man nicht, ist auf der Unterseite unterm Elko gewesen) entfernt, 
tatsächlich wurde es geringfügig besser.
Ich habe mal einen Screenshot des Layouts gemacht. Man sieht die drei 
Halbbrücken, nach oben gehen die Phasenausgänge. Unten die 
zusammenführung auf den Shunt. In der Mitte ist die Stromzuführung (auf 
Layer 4 läuft da noch eine weitere parallele Schiene). Layer 2 ist GND.

Gruß

Danke, damit habe ich wesentlich deutlicheres Bild vor mir, was und wie 
du misst.

Benni schrieb:
> Ich würde Gleichtaktsprünge daher ausschließen.

würde ich mit dem neuen Gesamtbild auch. Und da eine µs Totzeit 
eingebaut ist kann auch kein Strompuls aufgrund von Überschneidung eine 
Rolle spielen.

Benni schrieb:
> Die dargestellte Shuntspannung ist ebenfalls mit dem Oszi gemessen -
> parallel messe ich es mit einem uC, der misst aufgrund des
> vorgeschaltenen OPVs die tiefpassgefilterte Version des Signals.Die
> exponentielle Funktion erkennt man auch dort.

in der neuen Oszi-Messung sehen die Zeitkonstanten für mich deutlich 
kürzer aus als in der alten Messung. Die alte Messung war also nach dem 
OPV-Verstärker, richtig? Oder liegt es nur daran, dass neue und alte 
Messungen jeweils zufällig an unterschiedliche Stellen des Pulsprogramms 
getriggert haben?

Ich würde aus den aktuellen Oszi-Messungen nochmal abzuschätzen 
versuchen, wie groß die betrachtete Ladung ist. (Also über Puls 
integrieren, und den "Sockelbetrag" davon abziehen.) Sieht warscheinlich 
immer noch eher nach µC als nach 20 nC aus, oder?

Benni schrieb:
> Ich habe mal einen Screenshot des Layouts gemacht.

Sorry, aber auf der Darstellung kann zumindest ich nicht viel erkennen. 
Statt des schräg liegenden 3D-Foto fände ich aussagekräftiger, im Layout 
die interessanten Layer anzuzeigen (also top und bottom, aber nicht den 
darüber liegenden Lötstopplack) und dann ein Bild von Vorder- und 
Rückseite der Platine einzustellen. Und zwar bis hin zu den 
Ausgangsklemmen (außer die liegen sehr weit entfernt).

Hi,

auch die alte Messung war mit dem Oszi.

Die Zuleitungen kommen von rechts. Es kommt noch eine große 
Filterinduktivität und anschließend direkt die Netzteilleitungen. Auf 
dem Bottomlayer liegen 2u2 Kerkos parallel zu den großen Elkos. Nachdem 
ich diese entfernt habe, ist es etwas besser geworden - vermutlich daher 
die etwas geringere Zeitkonstante. Sinn macht das auf mich immer noch 
nicht.

Weil ich schon beim Löten war, habe ich auch einen Versuch gemacht, 
einen 2.2uF Kerko links neben den Mosfets zwischen VCC und dem positiven 
Shuntpotential einzulöten (dort wo ich den Rahmen ziehe im Toplayer). 
Quasi als Zwischenkreiskondensator, der nicht vom Shunt betroffen ist.

Ich habe mal einen gezoomten Ausschnitt der Shuntspannung in diesem Fall 
mit angehängt. Man sieht in dem Fall eine stark gedämpfte Schwingung mit 
3,3MHz. Das wäre ein Schwingkreis mit der 2.2uF Kapazität und 1nH 
parasitäre Induktivität für die kleine sich ergebende Schleife. Eine 
Verbesserung ist es nicht.

Wenn man die Ladung berechnet in dem durch die Cursor begrenzen 
Zeitraum, ist man bei knapp 30µC. Shunt ist hier 2mOhm, hatte ihn mal 
getauscht um zu sehen obs besser wird.

Beide Bilder sind bei einem Phasenpeakstrom von 10A aufgenommen.

Ich löte jetzt mal noch einen Shunt mit 0.5mOhm ein und fitte später ein 
paar Kurven um die Abklingzeitkonstanten zu untersuchen.

Benni schrieb:
> Es kommt noch eine große
> Filterinduktivität

hast du die schon mal probehalber überbrückt?

Ich sehe auf den Layoutausschnitt auch keine Schnitzer. "Verteilte" 
Kerkos zwischen den Halbbrücken von Vin nach GND könnten die Schleifen 
noch ein bisschen kleiner machen, aber ein bisschen kleiner sowieso geht 
immer.

Hast du mal einen Link zum Datenblatt des Motors, der als Last am 
Ausgang hängt?

Benni schrieb:
> Das wäre ein Schwingkreis mit der 2.2uF Kapazität und 1nH
> parasitäre Induktivität für die kleine sich ergebende Schleife.

1nH wäre schon eine sehr kleine Schleife, aber ok...

Eine Überbrückung der Filterinduktivität ändert leider nichts.

Kerkos zwischen die Halbbrücken könnte ich noch einlöten. Ist etwas eng 
dort aber 100nF könnte ich noch einbringen. An einer Stelle habe ich es 
mal gemacht (ganz links, an der Stelle wo ich probehalber auf die 2.2uF 
einlötete). Ändert sich auch nichts, die Resonanzfrequenz nimmt 
natürlich zu auf ca 6,5MHz. Rechne ich das zurück auf die Induktivität 
komme ich auf knapp 6nH parasitäre Induktivität. Die Wahrheit liegt 
wahrscheinlich irgendwo dazwischen...

Beim 0.5mOhm Shunt ist der Effekt deutlich kleiner (aber immer noch da). 
Dafür kann ich kleine Ströme natürlich kaum mehr korrekt messen, 
insofern suboptimale Lösung.

Für die Fits habe ich ein paar e-Funktionen in die abklingenden Verläufe 
beim 5mOhm Shunt gelegt. Die Abklinkwerte schwanken betragsmäßig 
zwischen 1us und 0.5us (wer hätts gedacht ;) ).
Wenns ne reine Kondensatorentladung über den Shunt wäre damit 100-200uF. 
Zwischenkreiskapazität sind aber ~1mF.
Als gedämpfte Schwingkreisentladung mit tau = 2L/R ergäbe sich für L ~ 
1...2nH. Aber mit welchen C's? Und müsste es dann, wenn zusätzliche 
Kapazitäten drin sind und die Frequenz tiefer, nicht um den stationären 
Endwert schwingen, anstelle dass die Schwingung der e-Funktion 
überlagert ist?
Ich frage mich, wie ich meine LTSpice Simulation dahinbekomme, dass ich 
den Effekt dort auch sehe.

Irgendwie tappe ich im Dunkeln und mein Vorgehen erscheint mir nicht 
direkt zielgerichtet.

Motordatenblatt habe ich nicht, kenne aber die vermessenen Werte. U.a. 
ca 300mOhm Phasenwiderstand, 100uH Induktivität. Der Effekt ist aber 
motorunabhängig.

Grüße

Vielleicht hilft es, das Schaltverhalten der MOSFETs separat zu prüfen.
- FET Mit einer ohmschen Last
- Zwei Halbbrücken mit einer ohmschen Last
- Zwei Halbbrücken mit einer induktiver Last