Hi ich schalte ein Mosfet mit PWM 20kHz. Der Verbraucher benötigt maximal 0.2-0.42A. Ich möchte den Strom mit dem ADC (STM uC 3V3) messen. Wie wähle ich den Shunt? Ich muss ja einen Spannungsabfall erzeugen, sodass der ADC im Spannungsbereich bis 3V3 messen kann. Dazu muss ich das Signal noch filtern, weil die PWM sonst stört. Um möglichst geringe Verlust zu erzeugen, wähle ich einen kleinen Shunt. Die Shuntspannung müsste ich dann verstärken und anschliessend filtern mit einem RC TP. Den Shunt darf ich ja aber trotzdem nicht zu klein wählen. Ich bitte um Hilfe
Das ist eine Frage der nötigen Genauigkeit. Zu der hast du allerdings nichts geschrieben.
Was ist denn das konkrete Problem? Eigentlich hat du das Problem doch erkannt. Größter Shunt, der deine Spezifikationen einhält, Verstärker, Filter. Es gibt auch fertige Strommessverstärker als IC. Meistens haben die dann eine feste Verstärkung von 20-500.
jemand schrieb: > Meistens haben die dann eine feste Verstärkung von 20-500. Wären hier aber wahrscheinlich Overkill.
Matthias schrieb: > Dazu muss ich das Signal noch filtern, weil die PWM sonst stört. Kommt darauf an. Wenn der Verbraucher rein ohmsch ist kann man messen wenn der PWM Impuls high ist und dann den mittleren Strom über das Puls Pausenverhältnis ausrechnen.
Matthias schrieb: > ich schalte ein Mosfet mit PWM 20kHz. Der Verbraucher benötigt maximal > 0.2-0.42A. > Ich möchte den Strom mit dem ADC (STM uC 3V3) messen. > Wie wähle ich den Shunt? Passend.
H. H. schrieb: > Das ist eine Frage der nötigen Genauigkeit. Zu der hast du > allerdings nichts geschrieben. Hi Ich muss einfach den Strom messen können, genaueres ist nicht angegeben. Von welchen Kriterien ist es abhängig wie genau es sein wird? jemand schrieb: > Was ist denn das konkrete Problem? > Eigentlich hat du das Problem doch erkannt. Größter Shunt, der deine > Spezifikationen einhält, Verstärker, Filter. Es gibt auch fertige > Strommessverstärker als IC. Meistens haben die dann eine feste > Verstärkung von 20-500. Die Last ist induktiv, ein ventil. Wie sieht eine geeignete Schaltung aus? Wenn ich 1 Ohm ranhänge ginge es vom Aufwand. Über dem Widerstand hätte ich so 0.5V und müsste mit einem nicht invertierenden Verstärker eine Verstärkung von 6.4 haben, damit ich so ca. 3.3V erreiche, wegen des Filters sogar noch höher. Aber dann habe ich eine Verlustleistung von 250mW und mit dem Filter belaste ich ja den nicht invert. OPV-Schaltung am Ausgang und ich müsste einen Spannungsfolger nachschalten. Oder ginge es, wenn der Widerstand des RC Filters hochohmig gewählt wird? Wenn ja wie hochohmig muss dieser sein?
Matthias schrieb: > Ich muss einfach den Strom messen können, genaueres ist nicht angegeben. Ungenügende Spezifikation. Rückfragen!
Udo S. schrieb: > Matthias schrieb: >> Ich muss einfach den Strom messen können, genaueres ist nicht angegeben. > > Ungenügende Spezifikation. Rückfragen! Kurz darüber nachgedacht: Ich weiss, dass es Einbussen an der Genauigkeit gibt, wenn man nicht den ganzen ADC Bereich ausnutzt. Aber wie erfährt man, wie genau oder ungenau die Messung nun ist. Gemäss meinem Verständnis, weiss ich dass mein Maximalstrom 0.5A beträgt. Also setze ich die zu messende Spannung so herauf, dass dieser Strom die Maximale Spannung des ADC erreicht (wenig darunter). Dann habe ich den ganzen Bereich genutzt. Ich kann aber auch die 0.5V nehmen einen Filter nachschalten und direkt auf den ADC führen. Der Unterschied ist jetzt doch, dass der ADC weiterhin für seinen Spannungsbereich je nach Auflösung sagen wir 10bit, also 1024 verschiedene WErte ausgibt. Deshalb ist er doch immer noch gleich genau "eigentlich". Mein Kopf sagt mir aber, dass das so schlechter sein muss, kann aber nicht erklären warum.
Matthias schrieb: > Aber wie erfährt man, wie genau oder ungenau die Messung nun ist. Fehlerrechnung. Zum (groben) Abschätzen kann man die Fehler der einzelnen Komponenten meist addieren. Also z.B. Fehler Shunt +-1% Fehler Verstärker +-1% Fehler Filter +-2% Fehler ADC +-1% => Gesamtfehler +-5% Ein ADC hat meist einen Messfehler in % des gemessenen Wertes plus eine max. Ungenauigkeit/Nichtlinearität von x LSBs. Ge geringer also der verwendete Bereich desto stärker wirken sich die Fehler der x LSBs aus. Du musst dir klarwerden welche Genauigkeit du BENÖTIGST. Nicht wünschen, Anforderung definieren. Vieleicht kann man dir weiterhelfen wenn du mal sagst wozu die gemessenen Ströme benutzt werden sollen. Wenn es z.B nur darum geht den Strom eines Magnetventils im Ruhezuzstand zu reduzieren dann ist ein Fehler von 10-20% noch akzeptabel. Dann kann man mit einer geringeren Auflösung leben und spart sich die Verstärkung. Was du ggf auch noch beachten musst: Die notwendige Bandbreite der Messung. Je schneller du akkurate Messwerte brauchst, desto steilflankiger muss dein Filter sein. Je einfacher dein Filter desto träger wird es.
Was für eine Last schaltest Du denn? ohmsch? induktiv? Wenn induktiv, dann benötigst Du noch eine Freilaufdiode. Und dann hast Du das Problem, dass Du gar nicht mehr den Strom durch die Last misst, sondern den Zuleitungsstrom. Die sind schnell mal Faktor 10 unterschiedlich! .... falls Du filterst. Wenn Du nicht filterst, sondern genau im Einschaltmoment misst, dann geht es. Bei 0.4A würde ich einen 0.1R ... 0.5R Shunt nehmen. OPA365 als Verstärker dahinter. Bei 0.1R Shunt also Faktor 50 verstärken. zb 4k9/100R. Filter: bei 20kHz = 50us höchstens ein RC im µs Bereich. Also vielleicht 220pF parallel zum 4k9. OPV als pos. Verstärker. + Eingang des OPV an den + des Shunts 100R Widerstand aber nicht direkt nach Masse, sondern an den - Anschluss des Shunts. Ist auch Masse, ist aber im Layout wichtig.
Achim schrieb: > Was für eine Last schaltest Du denn? ohmsch? induktiv? Matthias schrieb: > Die Last ist induktiv, ein ventil.
Matthias schrieb: > Also setze ich die zu messende Spannung so herauf, dass dieser > Strom die Maximale Spannung des ADC erreicht (wenig darunter). Du meinst mittels OPV den nur geringen Spannungsabfall am Shunt verstärken, wenn Du "raufsetzen" sagst? > Dann habe ich den ganzen Bereich genutzt. Dann ja. (Was Du erhöht hast, ist die Auflösung (hierüber allerdings schon auch die Genauigkeit, weil doch in einem breiteren Spannungsbereich auch mehr Abtastpunkte liegen). Allerdings ist auch der OPV nicht ideal (Offset) - je nach Anwendung ist das entweder völlig egal (vielleicht so egal, daß man sogar direkt - ohne Zwischenverstärkung - einen nur geringen Bereich der Gesamtspanne / ADC nutzen hätte können), oder aber man sollte einen Typ mit geringer Drift, geringem Offset/Offsetkompensation nutzen. Und weil man das alles nicht weiß, weil Du keine genaueren (also Mindest -) Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit festlegtest (den Eindruck machend - wie so oft - auf "so gut wie möglich" abzuzielen, ohne es auf konkrete Werte (und die Notwendigkeit zu deren Festlegung) "abzusehen")... könnte es glatt klüger sein, mehr zur Anwendung zu sagen. ;)
Achim schrieb: > Was für eine Last schaltest Du denn? ohmsch? induktiv? > Wenn induktiv, dann benötigst Du noch eine Freilaufdiode. > Und dann hast Du das Problem, dass Du gar nicht mehr den Strom durch die > Last misst, sondern den Zuleitungsstrom. Die sind schnell mal Faktor 10 > unterschiedlich! > .... falls Du filterst. > Wenn Du nicht filterst, sondern genau im Einschaltmoment misst, dann > geht es. > Bei 0.4A würde ich einen 0.1R ... 0.5R Shunt nehmen. > OPA365 als Verstärker dahinter. > Bei 0.1R Shunt also Faktor 50 verstärken. zb 4k9/100R. > Filter: bei 20kHz = 50us höchstens ein RC im µs Bereich. Also vielleicht > 220pF parallel zum 4k9. > OPV als pos. Verstärker. > + Eingang des OPV an den + des Shunts > 100R Widerstand aber nicht direkt nach Masse, sondern an den - Anschluss > des Shunts. Ist auch Masse, ist aber im Layout wichtig. Ich hatte es vorher erwähnt, die Last ist induktiv. Klar der Hauptstrom fliesst über die Diode zurück. Was ist nun anders für den TP-Filter? Was muss ich anders machen? Udo S. schrieb: > Matthias schrieb: > > Vieleicht kann man dir weiterhelfen wenn du mal sagst wozu die > gemessenen Ströme benutzt werden sollen. > Wenn es z.B nur darum geht den Strom eines Magnetventils im Ruhezuzstand > zu reduzieren dann ist ein Fehler von 10-20% noch akzeptabel. > Dann kann man mit einer geringeren Auflösung leben und spart sich die > Verstärkung. Ich verstehe dich und ich würde es dir auch gerne verraten, jedoch habe ich zur Induktivität keine Angaben, zur Genauigkeit keine Angaben und auch nicht wofür der STrom gemessen werden muss. Hier steht nur es bruacht es.... Alle anderen erledigen diese Aufgaben auch ohne jegliche Details... Ich befürchte, ich habe schon oft genug an den Spezifikationen gemeckert. Wenn ich weiter meckere, heisst es bald ja der meckert nur und kann nichts.. Und ich bin auch meinen Verdienst leider angewiesen. Deshalb benötige ich eure Hilfe hier wie ihr es machen würdet. Mir helfen im Moment solche Aussagen, "Erkundige dich, oder frage nach" nicht wirklich.
Matthias schrieb: > Klar der Hauptstrom > fliesst über die Diode zurück. Was ist nun anders für den TP-Filter? > Was muss ich anders machen? Nun kommt es darauf an, wo du den Shunt platzierst. (Deswegen wäre eine Skizze der Schaltung gleich zu Beginn sinnvoll gewesen). Der Shunt könnte im Prinzip auf der High-Side der Last sitzen und so platziert sein, dass der Strom durch die Freilaufdiode auch über den Shunt fließt. Dann brauchst du einen Differenzverstärker (Subtrahierer), um aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand eine massebezogene Spannung zu erzeugen. Wenn du diese tiefpassfilterst, dann entspricht der Ausgang des Tiefpassfilters dem mittleren Strom durch deine Last. Wahrscheinlicher ist aber, dass du den Messwiderstand zwischen Source des nFET und Masse einbaust. Dann sieht der Messwiderstand nur den Strom der über den nFET fließt. Der Strom, der in der off-Phase des nFET über die Freilaufdiode und die Last weiter fließt, wird vom Messwiderstand nicht gesehen. Wenn du in dem Fall die verstärkte Spannung des Messwiderstands tiefpassfilterst, entspricht das nicht dem mittleren Strom durch die Last sondern dem Strom durch die Last multipliziert mit dem Tastgrad der PWM. Du musst also durch den Tastgrad dividieren, wenn du den Strom durch die Last bestimmen willst. Wenn du stattdessen auf die Tiefpassfilterung verzichtest und deinen ADC so ansteuerst, dass er jeweils genau in der Mitte der On-Phase den Spannungsabfall am Messwiderstand misst, kannst du den Messwert wieder direkt in den mittleren Laststrom umrechnen, ohne dass du den Tastgrad mit reinrechnen musst. PWM des FET und ADC müssen also synchronisiert laufen, was aber oft kein Problem ist, wenn beide vom selben µController angesteuert werden. Matthias schrieb: > jedoch habe > ich zur Induktivität keine Angaben, zur Genauigkeit keine Angaben und > auch nicht wofür der STrom gemessen werden muss. Hier steht nur es > bruacht es.... > Alle anderen erledigen diese Aufgaben auch ohne jegliche Details... Ich > befürchte, ich habe schon oft genug an den Spezifikationen gemeckert. Und wenn du nicht ein Mindestmaß an Infos zu den Anforderungen zusammenkriegst, dann wirst du später angemeckert, dass du falsch entwickelt hast (weil es entweder zu ungenau oder zu teuer war, oder womöglich beides ...)
Matthias schrieb: > Ich muss einfach den Strom messen können, genaueres ist nicht angegeben. > Von welchen Kriterien ist es abhängig wie genau es sein wird? Sollst du den aktuellen Strom oder den mittleren Strom messen?
Hi Achim Achim S. schrieb: > Matthias schrieb: >> Klar der Hauptstrom >> fliesst über die Diode zurück. Was ist nun anders für den TP-Filter? >> Was muss ich anders machen? > > Nun kommt es darauf an, wo du den Shunt platzierst. (Deswegen wäre eine > Skizze der Schaltung gleich zu Beginn sinnvoll gewesen). > Ich habe sie angehängt. Die Spez. weist auf eine solche Schaltung it dem Shunt unten hin. Also gehe ich davon aus, dass diese gut genug ist, was aber nicht heissen soll, dass ich dem nicht nachgehen werde. > Der Shunt könnte im Prinzip auf der High-Side der Last sitzen und so > platziert sein, dass der Strom durch die Freilaufdiode auch über den > Shunt fließt. Dann brauchst du einen Differenzverstärker (Subtrahierer), > um aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand eine massebezogene Spannung > zu erzeugen. Wenn du diese tiefpassfilterst, dann entspricht der Ausgang > des Tiefpassfilters dem mittleren Strom durch deine Last. Ich denke, dass diese so wie oben gefordert ist. > Wahrscheinlicher ist aber, dass du den Messwiderstand zwischen Source > des nFET und Masse einbaust. Also gemäss Bild entspräche das dem Bild mit dem Shunt oben. Dann sieht der Messwiderstand nur den Strom > der über den nFET fließt. Der Strom, der in der off-Phase des nFET über > die Freilaufdiode und die Last weiter fließt, wird vom Messwiderstand > nicht gesehen. Das ist mir klar. Wenn du in dem Fall die verstärkte Spannung des > Messwiderstands tiefpassfilterst, entspricht das nicht dem mittleren > Strom durch die Last sondern dem Strom durch die Last multipliziert mit > dem Tastgrad der PWM. Das scheint mir auch noch plausibel, aber ich verstehe nicht ganz, warum das mit dem TP zu tun hat. Der Strom der vor dem Knotenpunkt Shunt/FET/TP ist doch immer noch I/Tastgrad, nur teilt sich dieser nun auf in I_Shunt und I_TP. Fliesst nun I_TP erhalte ich doch am ADC einen mittleren Strom von I_TP. Das stimmt dann ja gar nicht mehr oder verstricke ich mich da brutal? >Du musst also durch den Tastgrad dividieren, wenn > du den Strom durch die Last bestimmen willst. Das bringt mich irgendwie total aus dem Konzept. Ich wäre bitte um eine weitere Erläuterung sehr dankbar. > > Wenn du stattdessen auf die Tiefpassfilterung verzichtest und deinen ADC > so ansteuerst, dass er jeweils genau in der Mitte der On-Phase den > Spannungsabfall am Messwiderstand misst, kannst du den Messwert wieder > direkt in den mittleren Laststrom umrechnen, ohne dass du den Tastgrad > mit reinrechnen musst. PWM des FET und ADC müssen also synchronisiert > laufen, was aber oft kein Problem ist, wenn beide vom selben µController > angesteuert werden. Ok das verstehe ich: es wird immer der Wert in der On-Phase gemessen und in der Off-Phase fliesst kein Strom durch den FET, also erhalte ich mit dem Tastgrad den Mittelwert des Stroms über dem Shunt. Das funktioniert dann insofern, weil es auch nur ein uC ist.
Matthias schrieb: > Matthias schrieb: >>Habe sie angehängt... > Bild vergessen Grrrr, 1u stimmt nicht, ich habe dazu leider keine Informationen, die Schaltung zeigt nur die Prinzipschaltung
Angehängte Dateien:
-
Clipboard01.png
150 KB
Matthias schrieb: > Das bringt mich irgendwie total aus dem Konzept. > Ich wäre bitte um eine weitere Erläuterung sehr dankbar. durch die induktive Last fließt dauernd Strom (ok, nicht bei 1µH, aber bei einer ernsthaft induktiven Last schon). Durch deinen Shunt ebenfalls. Durch deinen Shunt2 aber nicht. Matthias schrieb: > Der Strom der vor dem Knotenpunkt > Shunt/FET/TP ist doch immer noch I/Tastgrad, nur teilt sich dieser nun > auf in I_Shunt und I_TP. Fliesst nun I_TP erhalte ich doch am ADC einen > mittleren Strom von I_TP. > Das stimmt dann ja gar nicht mehr oder verstricke ich mich da brutal? Ich kann deiner Beschreibung nicht folgen. Was zum Teil wohl daran liegt, dass du in deiner Schaltung zwei Widerstände mit "Shunt" bezeichnet hast. Bezeichnungen mit weniger Verwechselungspotential würden helfen. Matthias schrieb: > es wird immer der Wert in der On-Phase gemessen und > in der Off-Phase fliesst kein Strom durch den FET, also erhalte ich mit > dem Tastgrad den Mittelwert des Stroms über dem Shunt. Falls du vom unteren Shunt2 sprichst: Wenn du vor dem Tiefpass den ungefilterten Momentanwert in der Mitte der On-Phase misst, dann kannst du diesen Wert mit dem mittleren Strom durch die Last gleichsetzen. Wenn du stattdessen nach dem Tiefpass misst (dann ist es egal, zu welchem Zeitpunkt), dann entspricht das dem mittleren Laststrom mal Tastgrad. (genau wie oben schon mal beschrieben). Wenn dir noch der Überblick fehlt: du hast die Schaltung doch ohnehin in LTSpice eingegeben. Warum nutzt du das nicht, um sie zu simulieren? Im Anhang mal ein Vergleich von Messungen mit unterschiedlichen Shunts und vor/nach dem jeweiligen Tiefpass.
Achim S. schrieb: > Matthias schrieb: >> Das bringt mich irgendwie total aus dem Konzept. >> Ich wäre bitte um eine weitere Erläuterung sehr dankbar. > > durch die induktive Last fließt dauernd Strom (ok, nicht bei 1µH, aber > bei einer ernsthaft induktiven Last schon). Durch deinen Shunt > ebenfalls. Durch deinen Shunt2 aber nicht. > > Matthias schrieb: >> Der Strom der vor dem Knotenpunkt >> Shunt/FET/TP ist doch immer noch I/Tastgrad, nur teilt sich dieser nun >> auf in I_Shunt und I_TP. Fliesst nun I_TP erhalte ich doch am ADC einen >> mittleren Strom von I_TP. >> Das stimmt dann ja gar nicht mehr oder verstricke ich mich da brutal? > > Ich kann deiner Beschreibung nicht folgen. Was zum Teil wohl daran > liegt, dass du in deiner Schaltung zwei Widerstände mit "Shunt" > bezeichnet hast. Bezeichnungen mit weniger Verwechselungspotential > würden helfen. > > Matthias schrieb: >> es wird immer der Wert in der On-Phase gemessen und >> in der Off-Phase fliesst kein Strom durch den FET, also erhalte ich mit >> dem Tastgrad den Mittelwert des Stroms über dem Shunt. > > Falls du vom unteren Shunt2 sprichst: Wenn du vor dem Tiefpass den > ungefilterten Momentanwert in der Mitte der On-Phase misst, dann kannst > du diesen Wert mit dem mittleren Strom durch die Last gleichsetzen. > > Wenn du stattdessen nach dem Tiefpass misst (dann ist es egal, zu > welchem Zeitpunkt), dann entspricht das dem mittleren Laststrom mal > Tastgrad. (genau wie oben schon mal beschrieben). > > Wenn dir noch der Überblick fehlt: du hast die Schaltung doch ohnehin in > LTSpice eingegeben. Warum nutzt du das nicht, um sie zu simulieren? Im > Anhang mal ein Vergleich von Messungen mit unterschiedlichen Shunts und > vor/nach dem jeweiligen Tiefpass. Hey Achim, vielen Dank, ich denke, ich habe das jetzt verstanden auf was du hinaus willst, dank deiner Simulationsbilder. Ich werde das morgen noch einmal für mich rechnerisch belegen, um zu checken, ob ich das auch wirklich begriffen habe. In Worten klingt das alles plausibel, aber verstanden hat man es erst, wenn man es auch rechnen kann. Ich habe mir das auch gerade durchgelesen, es erklärt auch Vieles. Für Mitlesende sicher auch nützlich, falls es jemand auch nicht so ganz verstanden hat. https://www.digikey.de/de/articles/fundamentals-of-current-measurement-part-2-current-sense-amplifiers PS: Achim, darf ich noch so unverschämt sein und dich nach deiner Email fragen? Keine Angst, ich bin kein Stalker oder Spammer oder sonst etwas. Ich hätte nur ein kleines Anliegen, das ich hier nicht öffentlich machen möchte. Ich habe eine Email angelegt anfrage_uC_net@gmx.net, wenn du möchtest, kannst du darauf antworten. So müsstest du deine Email nicht öffentlich machen.
Achim S. schrieb: > Wenn dir noch der Überblick fehlt: du hast die Schaltung doch ohnehin in > LTSpice eingegeben. Warum nutzt du das nicht, um sie zu simulieren? Das hatte ich schon gemacht Achim, nur hatte ich dich nicht verstanden. Aber Problem ist nun gelöst.
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