DC Motor Strommessung mit Shunt Masseproblem - Layout?

[µautonom]

Hi, ich hab vor paar Jahren eine Schaltung für meinen Roboter zur Messung des Motorstroms gesucht (siehe https://www.roboternetz.de/community/threads/49562-High-Side-Strommessung-diskreter-Aufbau). Habe sehr viel Hilfe erhalten und versucht das alles umzusetzen.
Grob gesagt, habe ich in den Massezweig einen Shunt platziert, mit dem ich über einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 16Hz und einem nachgeschaltetem OP die Spannung messe. Das ganze habe ich vier mal aufgebaut, weil ich vier Motoren habe.

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(Die Werte im Bild stimmen nicht mit denen überein die ich eingelötet habe aus, der Shunt stimmt aber. Für den Filter habe ich R=1k und C=10µF, Verstärkung hab ich auf 25 festgelegt 1+2,4k/100)

Nachdem der Bachelor abgeschlossen wurde, bin ich jetzt dazu gekommen eine Platine zu erstellen bzw. diese ist schon geätzt worden (Vielen Dank an "dussel07") und habe das auch aufgebaut und getestet.

Das Ergebnis ist leider ernüchternd, bezüglich der Strommessung. Ich vermute, dass es ein Masseproblem ist, da ich auf der Masse ein leichten Spannungsrippel habe.

Ich habe im Layout versucht die Masse sternpunktförmig zu layouten, nur ist mir erst jetzt aufgefallen das der Strom über den Shunt einen "weiteren" Weg gehen muss. Dazu habe ich den Strom verfolgt und den Strompfad farbig markiert, siehe Bild unten.

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Ich nutze für den Motor ein Akku und für die Logic (Mikrocontrollerboard) einen weiteren Akku.
Wie man auf dem Bild erkennen kann, fließt der Strom von dem Motorakku über den Shunt auf den Sternpunkt zu, der unter dem Operationsverstärker liegt, muss dann aber wieder über die Masse des anderen Akku für Logic durchflließen, um so zu der Masse des Motorakkus gelangen. Ist das schon schlecht für Strommessung?

Ich hätte jetzt die Masseverbindung zwischen Motorakku und Logicakku oben getrennt und beide Massen jeweils über ein Stück Leitung in den Sternpunkt im Zentrum des Layouts gelötet, was meint ihr?

Falls noch wichtige Informationen fehlen, sagt mir bescheid. Kann auch Oszibilder von dem Ausgangssignal des Ops machen oder ein Bild von dem Massespotential des Shunts machen.

Edit:

Habe noch paar Aufnahmen gemacht.

Der Spannungsverlauf am Shunt:

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Einmal nach dem RC-Filter:

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und einmal nachdem das Signal verstärkt wurde (nach der Op-Stufe).

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nach dem OP über einen Zeitraum von 100ms:

das Rauschen kommt durch den Ripple der bei max. 50mV liegt....

http://i46.tinypic.com/wsl4s0.gif


Man sieht, das der Filter nicht richtig wirkt. Hab mir danach das Massepontential des Shunts angeguckt und da habe ich einen ähnlichen Verlauf wie vor dem Shunt nur die Amplitude ist geringer....

Viele Grüße,

µautonom

[PICture]

Hallo!

Um genau nur den durch Shunt fliessenden Strom zu messen, würde ich an beide Anschlüsse vom Shunt angeschlossenen Differenzialverstärker verwenden. ;)

[µautonom]

Hi,

du warst doch auch im Thread aus #1 der Überzeugung, dass bei einer Lowside-Messung, kein Differenzverstärker notwendig ist :)
Ich würde die Platine gerne noch retten, oder ist es hoffnungslos?

Ich weiß auch nicht wo ich bei der Fehleranalyse anfangen soll.
Vieleicht hast du ein paar Vorschläge oder Tipps.

[PICture]

... du warst doch auch im Thread aus #1 der Überzeugung, dass bei einer Lowside-Messung, kein Differenzverstärker notwendig ist :)

Wenn die gesamte Masse praktisch keine störende Spannungen enthält, stimmt es. Aber wenn die Masse nicht gut ist, könnte ein Differenzverstärker helfen. Die Probleme mit Massen sind die heufigste und ich kann nur anhand des Schaltplans und Layouts nix konkretes sagen, weil dein Problemm (z.B. Zweck des Filters) für mich auch nicht ganz klar ist (PWM ?).


Ich würde die Platine gerne noch retten, oder ist es hoffnungslos?

Mein allgemeiner Vorschlag ist immer die gesamte Schaltung stufenweise mit Zwischenprüfungen zu entwickeln. Die Erstellung einer Leiterplatte für eine gute und praktisch ausprobierter Schaltung war für mich immer das Letzte und ich keine Rettung einer Leiterplatte für nicht zufriedenstellend funktionierender Schaltung kenne. Mein einziger Vorschlag wäre die Schaltung noch mal von Null zu entwickeln, weil es meistens am schnellsten ist. ;)

[µautonom]

Hi!

die Schaltung hatte ich zuvor auf Lochraster aufgebaut, zwar nur für einen Motor, aber da hatte ich nicht das Masseproblem bzw. die Schaltung brachte das gewünschte Ergebnis.

Der Filter dient zur Unterdrückung der höherfrequenten Anteile, aufgrund des Spannungsverlaufes am Shunt, dass durch den rampenförmigen Stom verursacht wird. Der Motor wird über eine integrierte H-Brücke per PWM angesteuert, in dessen Massezweig ich den Widerstand gepackt habe.



Wenn die gesamte Masse praktisch keine störende Spannungen enthält, stimmt es. Aber wenn die Masse nicht gut ist, könnte ein Differenzverstärker helfen. Die Probleme mit Massen sind die heufigste und ich kann nur anhand des Schaltplans und Layouts nix konkretes sagen, weil dein Problemm (z.B. Zweck des Filters) für mich auch nicht ganz klar ist (PWM ?).

Das würde bedeuten das ich zuerst mit einem Differenzverstärker das Signal verstärke und anschließend mit einem Tiefpass filter.

Hierfür sollte immer noch ein single supply OP ausreichen, also der Lm324N?

[PICture]

Die Idee finde ich gut und wüsche dir viel Erfolg beim Experimentieren. Selbsterständlich werde ich den Thread weiterverfolgen und helfen versuchen. :)

[µautonom]

Hi, ich danke dir für deine Unterstützung. Habe eben die Lochrasterschaltung getestet und da läuft es echt einwandfrei. Hätte nie gedacht das man das mit nem pcb verhunzen kann :P

Mir sind aber kleine Unterschiede bezüglich der Masseführung aufgefallen

[PICture]

Eine Leiterplatte darf man nie als nur Linien aus Schaltplan sehen. In der Elektronik muss man immer auch alle unsichtbare Teile, wie Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten der Leiterbahnen und daraus resultierende Felder "sehen" und berucksichtigen. Das macht die Sache leider viel komplexer als man denkt. ;)