Есть следующие вопросы/условия:

1. Нет ли грубых ошибок в схеме?

2. Соединение земель уже сделано, стои ли от него избавлятся? С одной стороны это не хорошо, что земля может стать плавающей. С другой если земли разные, драйверы mosfet (на схеме не показаны) могут понять сигнал с МК неправильно. Хотя большого падения на проводах не будет. Пока мне кажется, что надо отрезать земли (на схеме зечеркнуто красным).

3. Диапазон токов +/- 20A. Точность наверно 20mA было бы хорошо, пока ещё сложно сказать, возможно и 100mA приемлемо. Скорость, ШИМ от 20-40кГц, надо успевать 1-2 раза за период сделать измерение, но все усложняется тем, что надо мерять только в момент когда ток идет, при заполнении 5% и частоте 20кГц имеем ~2.5мкс на измерение.

4. АЦП тот, что в stm32.

5. На какие вопросы работы/характеристики ОУ надо посмотреть поближе?

Правка: 6. Номиналы резисторов в процессе пересчета с учетом их точности.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасибо.

Усилитель подключён к общему проводу, а не к биполярной земле, так что получился обычный однополупериодный выпрямитель.


По бумаге она как минимум 0,8 А.


Вас аналогично. Это что — общий провод драйверов никуда не подключён? Или не соединён с общим проводом МК?

я бы сказал все неправильно
надо так:
ОУ в режиме инвертирующего усилителя, на неинв. вход ОУ - половину опорного для ацп. Земли тогда нужно будет соединять
на 20мА даже не рассчитвайте, хорошо если 200мА получится. только при предварительной полной калибровке (включая АЦП) с квадратичной характеристикой, и в узком диапазоне температур 25+-5грС можно получить 20мА. а у вас есть доступ к контрольным приборам с соотв точностью - лучше 0,1%? это все без учета методологических ошибок - пульсации напряжения, стабильность шунта и т.д.

Хотите, чтобы этот усилитель с коэффициентом усиления около 1000 за микросекунду установился с точностью 0.1 процента... Даже без учета всяких там паразитных емкостей и индуктивностей. Это слишком... У него усиление без обратной связи всего 40 децибел...
5. Графики установления при больших скачках в(ы)ходного напряжения.

Под Вашу задачу заточены Bidirectional Current Shunt Monitors (а ля AD8210).
Любой готовый CSM для получения 0.1% погрешности в статике потребует калибровки.
Не могу припомнить ни одного CSM, который справился бы с требуемой Вам динамикой.
тот же AD8210:
Small Signal −3 dB Bandwidth 450 kHz
Slew Rate 3 V/μs

DC/DC, вероятно, без гальванической развязки, поэтому "резать/не резать" очень сильно зависит от трассировки и расположения, н-р, фильтров по 3.3 В. Может оказаться, что помехи на "long wires" в минусе батареи (заряд/разряд) будут меньше помех на "long wires" в минусе 3.3 В (н-р, от "цифры", драйверов и мосфет, которые не показаны).

Можно попробовать два... На входе что-нибудь малошумящее быстрое (из 2-х ОУ). На биполярных транзисторах - шунт ведь очень низкоомный. Потом - нечто вроде ad8129 - с усилением по 25-30 на каскад. Питание двуполярное нужно сделать.

Я имел в виду интегральные CSM.
Может оказаться проще приделать УВХ между шунтом и CSM.

Да задача наверняка что-то типа зарядника или покрутить моторчиком, и решается гораздо проще.

А я Вам и не возражала...
А усиливать-то все равно придется 20 милливольт. Но ТС немного ошибся с усилением. По его схеме.
20 милливольт нужно растянуть до 3 вольт? Или 40? 150 (75) всего получается. А у него - 800 с хвостиком.
Все несколько упрощается. Может, его вариант и пролезет с уменьшенной точностью.

Если правильно понял ошибку, можно вот так.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Но хочется проще и дешевле, убрать второй ОУ и подключить делитель напрямую (уменьшив сопротивления).

Есть ещё сомнения по поводу того, что синфазное напряжение близко к минус питанию, насколько это плохо?


Коэффициент ~80. На графике 22 подписано 1сек на одну клетку, если это ошибка и там должно быть 1мксек как на 35, то все выглядит хорошо. Через ~1 микросекунду можно начинать измерять (после завершения процессов в mosfet-ах), я ошибаюсь?


Если во время работы показанию уплывут от действительных в пределах линейной (аффинной) зависимости, то это не создаст значительных проблем (скорее всего), а 20 мА это rms шума который нельзя предсказать (нелинейности наверно можно тоже сюда отнести) а не абсолютная погрешность. Значение тока не есть конечная цель.


Поиграться с BLDC, наблюдателями состояния системы по току.


Соединен но по длинному пути, через силовые провода до батареии, через dc/dc и ещё длинные провода питания до МК.

Для нарисованной схемы это плохо, поскольку в ней выходное напряжение первого ОУ должно быть отрицательным. Чтобы выходное стало положительным, надо поменять местами точки подключения резисторов 580R к шунту.

Раз Вы спрашиваете...
Там на рисунке в ДШ какой коэффициент усиления?
А еще... конденсатор на объединенных входе и выходе в 100н для увеличения устойчивости?

Уберите, но тогда каждое плечо делителя на неинвертирующем входе должен состоять из 2*47 кОм.

Смещением Вы приподнимаете входы на ~20 мВ - для нормальной работы выбранного ОУ в указанных Вами условиях этого достаточно.

Если сделаете обрезание шнурка между землями, то ОУ будет усиливать не только сигнал с шунта, но и земляную разность.
Если не сделаете, получите антенну из земляного контура, но с этим бороться проще.
Правильный вариант - перенести DC/DC на верхнюю плату.

Вот здесь не понял, что плохо в отрицательном напряжении?

Я предполагаю, что может быть не очень хорошо иметь на входах напряжение близкое к границам питания, несмотря на то, что заявлено rail-to-rail, может быть линейность пострадает? В ДШ я вижу ограничения по выходу, а про входы нет.


Там не понятно или 20 или 40 дБ или это распределение так показано, думаю можно расчитывать на несколько тысяч. GBP = 24МГц, с коэффициентом 80 будет 300кГц / ~0.53мксек постоянная времени. Да, похоже лучше сбавить коэффициент усиления, заниматся учетом ещё и этих переходных процессов пока желания нет.

С конденсотором это привычка ставить фильтр на питание (`виртуальный ноль` - часть питания). Теперь мне кажется, что от него пользы мало, даже если его повесить на делитель польза сомнительна.


А оставить при этом дифференциальную схему разве нельзя?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Там понятно, что 40. А этого Вам мало. Это не тысячи... Вам и тысячи мало будет с такими желаниями.
А конденсатор там не просто лишний был.
А Ваш нынешний делитель не испортит Вам все дело? Он ведь плохо питается. Вы ведь десятую процента хотели.
А резисторы обвязки у Вас какой точности?
Непонятна Ваша идея экономить... Вы же хотели поиграться только...
Сделали бы нормально...
Но хозяин - барин. Делаете макетку. Берете генератор, исследуете подавление синфазной компоненты - без тока дергаете оба входа сразу через кабель с 50-омной нагрузкой. Потом - вместо шунта 50 ом и генератор.
И убедитесь...

Можно, если сможете обеспечить равенство отношений резисторов по входам ОУ с точностью лучше 0.1%.
(Вам не лениво ходить по истоптанным граблям? Студентам про недостатки подобного включения ОУ обычно рассказывают на первых лекциях соответствующего курса. Тогда же рассказывают и про инструментальные ОУ.
Поминавшиеся интегральные CMS - инструментальный ОУ на входе и обычный ОУ на выходе, возможно, с фенечками типа задания смещения и усиления, - именно то, что Вам надо бы попытаться изобразить на рассыпухе)

AN-1044 p.18
Видели?

У вашего ОУ питание положительное. На его выходе физически нелзя получить отрицательное напряжение, ему неоткуда взяться. Он может выдать в пределах от 0 до 3.3В, и только. А при включении по вашей схеме он должен бы выдавать напряжение меньше 0. Соответственно, он будет выдавать то, что может, то есть, всегда 0.

Все утро моделировал на бумаге работу ОУ как апериодического звена с отрицательной обратной связью. Но, что вы этим хотели сказать не понял.

То, что увеличение собственного коэффициента усиления ОУ увеличивает быстродействие в схеме с ООС это ясно. Но есть же и собственное быстродействие ОУ (в разомкнутой схеме, в ДШ такое похоже не указывается). Изменять можно и то и дугое выбирая разные ОУ.

Для схем с ООС важны оба параметра и проще смотреть на GBP для оценок т.к. эти параметры связаны.

Вопрос - лучше увеличивать собственный коэффициент ОУ а не быстродейтвие? почему? и почему именно это важно здесь?


У повторителя не может быть емкостной нагрузки? Судя по некоторым ДШ есть ограничения.


Что значит плохо питается? Резисторы прямо сейчас есть только 5%, возможно они и будут использованы.


Сложный вопрос. Да и как сделать нормально я узнал только сейчас, или возможно ещё не узнал.


Мне не рассказывали, специальность не та. Хотя я уже почитал. Мысли следующие.

Синфазный сигнал проходит с некоторым коэффициентом, скажем 1, неважно, дальше это значение использовано не будет. Но он коррелирован с дифференциальным сигналом, в хороших условиях (импульсные потребители 3.3в не шумят в общую землю). А если все таки не резать соединение земель то все ещё лучше, синфазный сигнал почти отсутсвует. То есть это можно откалибровать, а не бороться с этим схемотехнически. При смене длины/толщины проводов, батареи, и может быть чего-то ещё потребуется повторная калибровка, да это плохо но я почему-то оцениваю это выше, чем предложенные вами CMS, инструментальный ОУ, или собрать его из трех ОУ (ещё и четвертый понадобится).

Если я на этот раз нигде не ошибся, то дальше надо выбрать резисторы так, чтобы при допустимых отклонениях выходной сигнал не выходил за пределы (0-питание).

И ещё сделать 2 каскада, для увеличения быстродействия (в ~4 раза).

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Здесь будут проблемы со смещением нуля, можно ли это как-то просто обойти пока не понятно. Входы перевернул, только лишь чтобы избавиться от инверсии.


Схема такая же (на одном ОУ, по самой простой схеме), но быстродействия мало. Там только для защиты от большого тока (остановки ротора и т.п.) как я понял.


Это исправил.

А Вы учитывали, что усиление конечно при разомкнутой петле?

И на вход емкость тоже не нужно в этом случае...

И питание плохое. И резисторы.

В посте номер 6 Вам намекали.

Повторю то, что было в 6 посте.
Берете классическую схему инструментального усилителя на 3 ОУ.
Два первых ОУ выбираете с малыми шумами и дрейфом, а в качестве третьего - чудный дифференциальный усилитель... Таким путем при правильной разводке Вы приблизитесь к своей мечте.
P.S. У Вас при таком шунте весь сигнал - 20 мВ, а желаемое разрешение (или точность?) - 20 микровольт.
Шунт ведь можно увеличить... От этого станет лучше и теплее...

Не волнуйтесь, в таком случае Ваши драйверы поймут всё, и может даже успеют сказать "а", но уж точно и МК с собой прихватят.

То есть так делать нельзя.


Да, как можно иначе было бы его изменять и оценивать результат.


С резисторами ясно, что плохие. С питанием то что? Через соединиене с силовой землей попортится?


Так наверно и сделаю если не найду способ обойтись двумя.

По поводу точности, такой тест, на место двигателя резистор, открываем транзиторы через N микросекунд замер, закрываем транзисторы, повторяем много раз, считаем среднеквадратическое отклонение, это то, что я называю точностью (пренебрегая нелинейностью) в данном случае для замера с задержкой N. Остается вопрос насколько задержка N позволяет завершится переходным процессам. В простом случае можно пренебречь и переходным процессом выбрав подходящую минимальную задержку. Тогда к точности (погрешности) надо добавить эту недорегулировку, сравнивая показания (их среднее значение) с измерениями при гораздо большей N.

Если будет очень надо, то зная предыдущее значение тока и времена переключения можно предсказывать переходные процессы. Но это дело сомнительное, вдруг процесс сильно колебательный или ещё чего, это может оказаться сложно сделать.

Для наблюдателя кажется вполне хватает и 1% точности. Желание большей точности это от того, что ток может быть например в пределах от -1А до +1А а шум остаться на уровне ~200мА. На меньших токах и задержку измерения ещё сокращать надо.

Большой шунт на фоне транзисторов с сопротивлением ~3мОм плохо выглядит. Хотя в аппнотах на тему single shunt foc используют 10мОм шунт на почти такой же диапазон токов, полагаю для упрощения, усилитель там на одном ОУ.

Заметки наблюдателя..
Вы решили решить непростую задачу простым кавалерийским наскоком.
Мне вот большой шунт кажется (выглядится) намного "более лучше".
А вот посчитаем, чем плох низкоомный шунт. Хотим точность в одну тысячную. Это для одного миллиома - один микроом. Мало того, что трудно правильно подвести туда потенциальные концы, - так есть еще и термоэдс и индуктивность.
Небольшая прикидка дает, что индуктивность шунта должна быть не больше, чем (грубо) 200 фемтогенри.
Вы такое можете сделать? Ну ладно, пусть будет 1 пикогенри.
Подсластим пилюлю. Плохой (в этом смысле шунт) может улучшить плохой усилитель, задирая усиление на высоких частотах... Но только при точном подборе...
Еще прикиньте, какая будет разность напряжений на входах ОУ с конечным коэффициентом усиления с разомкнутой петлей.