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Thema: Bipolare Strommessung mit dem INA169

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Bipolare Strommessung mit dem INA169

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    Hallo,

    ich möchte mit dem INA169 und einem AVR den Strom messen, der aber in beide Richtungen fließen kann (laden und entladen einer Batterie).

    Im Datenblatt auf Seite 7 findet man folgende Beispielschaltung:

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	strommessung.jpg
Hits:	42
Größe:	35,4 KB
ID:	19599

    Hier ist das komplette Datenblatt: http://www.ti.com/lit/gpn/ina139

    Im Datenblatt ist sehr gut erklärt, wie man den INA169 beschaltet, damit man bestimmte unipolare Ströme messen kann:
    Die Shunt-Spannung darf maximal 0,5V sein, das ergibt dann am Ausgang 0,5mA. Die kann man dann mit einem Widerstand auf die gewünschte Spannung bringen. Für 0V bis 5V am Ausgang bräuchte man in diesem Fall 10kOhm.

    Diese bipolare Schaltung wiederspricht aber meiner Meinung nach diesen Dimensionierungs-Regeln, es gibt aber leider keine eigene Beschreibung zu dieser Schaltung...
    Erstens ist die Shunt-Spannung 1V, wobei aber im Text steht, dass sie nur max. 0,5V sein darf. Aber gut.
    1V ergibt 1mA am Ausgang, und da hängen dann 110kOhm dran. Das sind dann 110V ??? am Ausgang (U=R*I). Da passt doch was nicht...

    Was mich noch verwirrt sind die Dioden. An denen muss doch erst mal 0,7 V abfallen damit am Ausgang überhaupt was rauskommt. Wie soll man da gescheit messen können?

    Kann mir da irgendwer helfen.

    lg Christoph


    EDIT: Ich würde damit gerne Ströme bis 30A in beide Richtungen mit einem 0,01 Ohm Shunt messen. Shuntspannung ist daher 300mV. Rauskommen sollen 0 bis 4V, die ich dann mit dem ADC des AVR messen kann.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Schmerzhaft, deshalb kurz: von dir gepostete komplizierte Schaltung kann nur die Richtung des Stromes durch Schunt ermitteln, sonst nix.

    Um den Strom in beiden Richtungen zu messen, brauchst du einen Messgleichrichter mit Polaritätsanzeige, der durch unsere Suche leicht zu finden ist.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von ManuelB
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    Hallo PICture,
    bist Du dir sicher? Für mich sieht es so aus, als wenn der Komparatorausgang die Richtung liefert und die Spannung den Wert. Je nachdem wie rum der Strom fließt soll, nach Datenblatt, nur 1 Ina einen Ausgangsstrom liefern. Voneinander sind sie ja mit den Dioden entkoppelt, so dass der Strom nicht quer fließen kann. Im Datenbaltt gibt es darunter ja noch mla die Prinzipell selbe Schaltung, wo jedoch jeder INA einzeln auf einen Analogeingang geht und so die Richtung bestimmt werden kann.

    MfG
    MAnu
    "Ja, diese Knusperflocken sind aus künstlicher Gans und diese Innereien aus künstlichen Täubchen
    und sogar diese Äpfel sehen unecht aus aber wenigstens sind ein paar Sternchen drauf..."

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hi Manuel!

    Zitat Zitat von ManuelB Beitrag anzeigen
    Für mich sieht es so aus, als wenn der Komparatorausgang die Richtung liefert und die Spannung den Wert.
    Den Satz verstehe ich leider nicht, sonst bin ich in meinem Leben nur eins sicher.

    Ausserdem bin ich gewöhnt an deutlich gekenzeichnete Ausgänge, die ich leider nicht sehe. Wo und wie wird der spannungsmessender ADC angeschlossen ?
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  5. #5
    Benutzer Stammmitglied Avatar von stoerpeak
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    bipolare Strommessung

    Die Schaltung (Figure 5) im Datenblatt misst beides !!!
    Sowohl die Richtung wie auch die Amplitude des Stromes durch den Shunt.

    Wenn der Strom im Shunt nach rechts fließt, erzeugt der linke INA169 an seinem Pin 1 einen Strom (proportional dem Shuntstrom), der ganz unten am 100kOhm in eine Spannung von 0-1V gewandelt wird. Dieser Ausgang ganz unten dist die Amplitude. Der rechte INA169 stört dabei nicht.
    Fließt der Strom im Shunt nach links, liefert der rechte INA169 diese Information und der Linke stört dabei nicht.
    Dazu dient die Entkopplung über die Dioden.
    Der Komparator vergleicht die beiden Ausgänge und liefert ein Richtungssignal
    ( Sign = positiv, wenn der Strom nach rechts fließt und negativ, wenn er nach links fließt).

    An beiden Dioden fallen natürlich je ca. 0,7V ab, weil die beiden INAs "high side" an hoher Spannung hängen und der 100kOhm unten als Pull-Down an Masse liegt.
    Aus Symmetriegründen würde ich hier lieber eine Doppeldiode (z.B. BAS28 ) einsetzen.

    Die Abgebildete Schaltung liefert also ganz unten eine Spannung von 0-1V bei einem Stromfluß von 0-1A und am Sign-Pin eine "Eins" wenn der Strom nach rechts fließt und eine "Null", wenn er nach links fließt.

    Gruß Stoerpeak

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo stoerpeak!

    Vielen dank für deine detailierte und verständliche Erklärung. Angeblich bin ich schon zu schwach um einfache Schaltungen genau und schnell in der Nacht ohne Lesen vom DB zu analisieren.

    Ich denke, dass der Spannungsabfall auf den nur als Schalter dienenden Dioden egal ist, da nur der Strom durch den 100k Widerstand in eine Spannung gewandelt wird, die mit einem ADC gemessen wird.

    Jetzt ist mir und hoffentlich dem Fragesteller schon o.g. Schaltung ganz klar.
    Geändert von PICture (09.08.2011 um 17:30 Uhr)
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  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von ManuelB
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    Hm,
    nächstes mal schreibe ich lieber später. Morgens ist das immer so ein Ding wenn man zur Arbeit muss und auf die Uhr schaut.
    Wenn man nicht unter Zeitdruck ist kann man sich mehr Zeit lassen für detailiertere Ausführungen

    MfG
    Manu
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  8. #8
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    Danke für die Erklärungen!

    Der entscheidende Hinweis war, dass der INA169 ja einen Strom ausgibt und keine Spannung, daher sind die Dioden egal.

    Wie TI da auf die Widerstandswerte (100k und 10k) kommt weiß ich aber noch immer nicht.
    1A am 1 Ohm Shunt ergibt 1V am Eingang des INA169, am Ausgang gibt der dann 1mA aus.
    Egal ob mit 10k, 100k oder 110k, ich komme nicht drauf wie das am Ausgang der gesamten Schaltung 0...1V ergeben soll.

    lg Christoph

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo !

    Wenn ich ganz einfach denke, dann bei 1 A Strom (Iin) durch Shunt, fliesst durch 100 k Ausgangswiderstand ein Strom (Iout) von 10 µA. Daher beträgt der Verhältnis für diese Schaltung Iin / Iout = 100 000. Der Spannungsabfall am 100k Ausgangswiderstand ist dann dem Spannungsabfall am Schunt gleich. Um 5V am Ausgang zu bekommen muss der Spannungsabfall am Schunt auch 5V sein oder muss Iin / Iout der Schaltung geändert werden.

    Weil ich kein Wissenschaftler bin, würde ich persönlich einfachen Messgleichrichter mit Stromrichtungserkennung nehmen, der nur den Spannungsabfall am Schunt misst.

    Übrigens, mit 100k Ausgangswiderstand und 10 µA Strom wird man im Roboter mit Motoren sicher Störungsprobleme haben, da um z.B. 1 % Genauigkeit zu haben, muss der Eingangswiderstand vom ADC min. 10 M sein.
    Geändert von PICture (10.08.2011 um 16:21 Uhr)
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