Создавал здесь тему, наверно ~6 месяцев назад, про измерение тока трехфазного синхронного двигателя с помощью одного шунта. С того времени мнение поменялось, теперь мне кажется, что это плохая, удешевленная и компромиссная схема измерения. А правильно измерять ток напрямую, в двух обмотках двигателя. Тогда не будет ограничений на частоту и скважность управляющих сигналов. И дополнительно это позволит управлять двумя коллекторными двигателями с одного трехфазного инвертора, с некоторыми ограничениями.

Ну и вопрос, как теперь измерять ток через обмотки двигателя (двигателей). Напряжения питания двигателей 12-24в, ток (по обмоткам) до 20А. Управляющая часть работает от 3.3в. Частоты управления ~20-80кГц.

1. ACS711, имеет собственный импульсный источник шума, видимо у датчика магнитного поля очень подвижный ноль.
2. Шунт 1мОм + INA213, по ДШ все хорошо, только GBW 14кГц.
3. Шунт 1мОм + INA194, не может измерять в обе стороны, у сдвоенной схемы наверно будет нелинейность около нуля.
4. Шунт 1мОм + AD8205, питание 5в, и без этого уже надо обеспечивать много разных напряжений, частоты тоже мало.
5. Шунт 1мОм + LT1999, питание 5в, а частоты уже даже много.

Ещё было бы неплохо дополнительно растянуть небольшой участок (-5А+5А) на всю разрядность АЦП, но это будет слишком громоздко, второй усилитель неизбежен.

Да и коэффициент возможно было бы лучше задать резистором, чем терпеть фиксированный.

Какие ещё варианты?

Спасибо.

Оказывается на таких частотах (~80кГц) надо будет бороться с выбросом в момент изменения синфазного сигнала. А хотелось бы делать выборки в любой момент. Созрел следующий набросок решения:

- Отвязанный от общей земли источник 3.3в
- Шунт 1мОм + любой подходящий усилитель, теперь выбор расширяется, широкий диспазон Vcm не нужен
- Усиленный сигнал надо как-то передавать в основную часть схемы, видимо через оптопары, если существуют подходящие

Вопросы теперь по первому и третьему пункту, как это можно сделать?

- Из 3.3 или 5 сделать 3.3 со своей отдельной землей, ток ~1-10мА
- Передать аналоговый сигнал с "плавающей" земли на основную

Всем уже надоели темы про измерение тока? или я что-то неправильно делаю?

Правка: Да похоже я что-то делаю не так, делать измерение в момент переключения в силовых цепях плохая идея при любых способах измерения. Для низхких напряжений только корпусов добавится

Правка: Итог: ни точнее ни проще ACS7xx не получается

Из того что Вы пишите не ясно, нужен ли Вам средний ток, или нужна выборка с заданной частотой.

Выборка с заданной частотой (20-80кГц).

Дайте схему всего вместе : как к шунту подключен ОУ, как к ОУ подключен АЦП, самое главное как разведены земли и питание.

Я выбираю схему измерения тока для нового устройства, нет схемы и ничего не разведено. Планируется подключать датчик (шунт или все таки ACS7xx) последовательно обмоткам двигателя, ну то есть схема как во всех FOC регуляторах BLDC/PMSM с двумя датчиками тока, вопросы в деталях.

Добавка: как земли объединять и разводить тоже есть вопросы, но это будет не по теме.

Помеха, на которую Вы жалуетесь, это результат неправильно разводки земель и питания. Больше ни чем Вам помочь, не видя Вашу схему, нельзя.

Это вы про синфазный отклик? так он о нем в ДШ (у всех дуфф. усилителей) говорится, что он должен быть.

Инструментальный усилитель не помогает ?

Нет. Инструментальный усилитель, например AD620, поможет вам в этом.

Ещё, я думаю надо ставить ОУ с полосой побольше. По логике вещей, у высокочастотного ОУ будет короче синфазный выброс,
и Вы сможете давить его RC ячейкой

Почему-то слышу о такой штуке впервые. Это что такое: синфазный отклик (синфазный выброс)?

По правде сказать я то же впервые.
Но логика прослеживается : если на входы ОУ подать синфазную ступеньку с крутым фронтом, то наверно из-за разной скорости срабатывания транзисторов в нём на выходе будет выброс.
У топикстартера, в его схеме с мотором 20А , эта синфазная ступенька может запросто иметь "иголки" вылетающие за напряжение питания ОУ.

Наверно неудачно перевел, в ДШ называется "COMMON-MODE VOLTAGE TRANSIENT RESPONSE", "Common Mode Rising Edge Step Response", входы замкнуты и на них подается ступенька, на выходе выброс/переходный процесс и стабилизация в ноль.


Подходящих не так много, на входах может быть 24в при питании 3.3в, полоса от 100кГц (при G=50-70), ну и питание 3.3 тоже не у всех допустимо.



На одном AD620 два выхода с разным усилением? не вижу такого в ДШ, да и входы не допускают 24в.



Выбор ограничен токоизмерительными усилителями, по уже указанным причинам. Если можно как-то иначе избавиться от синфазной составляющей то скажите, я не знаю.

Есть ещё различные параметры, как например размах выходного напряжения, которые тоже ограничиают выбор.

600 вольт -
http://www.analog.com/en/specialty-amplifi...ts/product.html
А уж с допустимым синфазным 24 вольта - много - http://www.analog.com/en/specialty-amplifi...ucts/index.html .

А как же ж.
1. Полоса ОУ от 1МГц.
2. Правильное подключение к выводам шунта
3. Цепь фильтрации дифф. сигнала от шунта, но это уже после каскада повторителей.
Тогда, если у Вас будет ОУ с питанием, скажем, 30В(это для того, чтобы не плохело входам тех ОУ, которые похожи на LMx58 - плюс питания надо подымать, а минус - не надо)
--
Пробовали на чем-то простом?

Хорошо, следующий вариант схемы.

Резистор 1мОм (Vcm=-1..+25) -> инстр. усилитель (G=1..10) -> усилитель на ОУ (G=50..5) -> АЦП

Ещё понадобится общая опора, один ОУ. Питание 3.3в, переходный процесс по синфазной составляющей <1мкс, полоса >500кГц, что взять на роль первого усилителя?

Можно ли рассчитывать на шум (по выходу) менее 8мв (при общем G=50..70) при такой схеме? иначе проще взять ACS. Мне кажется, что этого достичь будет тяжело. А нужно лишь для того чтобы ещё больше усилить сигнал и работать с небольшим участком (-5..+5А) используя весь диапазон АЦП. Можно от этого и отказаться.

Вы ж сами третьего дня отметили, что измерение тока в момент переключения - плохая идея.
Обыкновенно это делают на середине периода шим или после нек-рой задержки, это все современными силовушными МК замечательно реализуется. Причем, от "мерялки" не нужно требовать функции ITRIP - это можно сделать шунтом внизу и компаратором, и никаких там выбросов не будет, если правильно выполнить минус питания.
--
Какая амплитуда была у выброса?

Да, вопрос во времени переходного процесса после переключения, по синфазному входу, 1мкс до 0.1% мне кажется достаточно хорошим значением, для периода 12.5мкс. LT1999 имеет такие (или близкие) параметры, судя по графикам, но требует питания 5в. У AD почти все требует 5в.

Ну и вопрос с шумами, может и нет смысла делать на шунте и усилителях. Последний раз когда я мерил ток с помощью ОУ на выходе был шум 20-50мв, при усилении G=45. Хотя там и по питанию было ~100мв шума.

ITRIP это выключение ключей при превышении тока потребления? Для начала обойдусь без этого, ограничение будет в источнике (он не способен выдать так много, чтобы повредить что-то).

Амплитуда? я ещё ничего не делал, только ДШ читаю.

1. Вы не поняли. Или я Захват сигнала S/H ацп будет в этом случае на середине интервала открытия либо нижнего либо верхнего транзисторов. Это может быть неоправданным усложнением, но упростит схему. Тем более FOC все равно подразумевает постоянное вмешательство во всю шим-времянку
2. Тогда нужен запас. А прототипы изучали-то?
Например
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Бестолку делать выборку в середине если переходный процесс длится 50мкс, а частота выборок 80кГц, вот о чем я. Нужен подходящий усилитель. Это первый вопрос.

Второй с шумами, ясно что надо много всего учитывать, и разводку до которой ещё далеко. Но те кто такое не раз делал может быть могут оценить, что от какой схемы ожидать.

Какой запас? К чему эта схема модельного контроллера BLDC? Там нет измерения тока, обратная связь по ЭДС. С этим уже наигрался, хочу работать по току.

Если не секрет, зачем вообще мерить ток двигателя с частотой 80КГц ?
И какая точность при этом нужна ?

Скорость например 200 об/сек, у двигателя 22 полюса, электрическая скорость 200 * 22 / 2 = 2200 об/сек. Один оборот надо проходить с не слишком круптым шагом, чем меньше тем лучше, например 30 шагов, это 12 угловых градусолв на шаг, 2200 * 30 = 66 кГц. Это частота формирования новых значений вектора напряжения. В классическом FOC который везде описан, регуляцию тока можно осуществлять и на более низкой частоте, т.к. она проходит в другой системе координат с помощью ПИ регуляторов. Но мне нужна ещё и идентификация параметров двигателя, это проще всего сделать на той частоте где хорошо представляется вся динамика системы. То есть это уже вопрос не только скорости вращения но и скорости переходных процессов по току. Для управление не планирую использовать ПИ, скорее что-то релейное, с линейной частью вместо нейтральной области. Здесь снова важно быстрое измерение тока. То есть может понадобится "повернуть" вектор тока на торможение так быстро как позволяет индуктивность обмоток и напряжение питания. У меня нет значений индуктивностей (нигде не нашел, и измерять пока не пробовал) чтобы показать численно, какие частоты нужны. Но больше 100кГц уже начнутся проблемы с количеством вычислений, с этим не очень хорошо даже расчитывая на cortex-m4, а более быстрый вычислитель это уже слишком толсто будет для контроллера двигателя.

По точности больших требований нет (1% после линейной калибровки, хорошо, ещё лучше если этот процент вызван белым шумом а не нелинейностью или дополнительной зависимостью от чего либо), но если можно снизить шумы, то не хочется отказываться. Может понадобится работа в малом диапазоне токов, уже указывал -5..+5А.

Иными словами, измеряя ток Вы узнаёте угол между ротором и полем статора ?

Ну так и измеряйте, парой плавающих АЦП, какие проблемы?

И проясните это противоречие:

Да, это тоже. Но и с датчиком положения ток надо измерять.



Если такое усложнение не дает значительных преимеществ относительно простых решений, то зачем? Здесь возникают вопросы, где взять отвязанное от общей земли питание, как передать результат измерений. Если бы была нужна гальваническая изоляция силовой части, то решение наверно было бы подходящим. А так слишком высока цена, по количеству корпусов на плате.



Первая часть про измерение на одном шунте всех двух (трех) токов двигателей. Много ограничений на заполнение, не в каждый момент можно получить измерение, шунт подключается в неудачное место с большими испульсными токами, длину таких линий надо сокращать, нужно большое быстродействие усилителя, про увеличение частот до 80кГц можно забыть.

Вторая про усиление -5+5А диапазона с 1мОм шунта на всю разрядность АЦП с опорой в 3.3в. Но здесь есть ещё вопросы с шумами, если шум уже сравним с величиной разряда АЦП то как какой смысл усиливать сигнал.

Ну, что здесь задача решена и во сколько корпусов это встало я знаю, а подсчитать это же для какого-либо из Ваших вариантов невозможно за отстутствием таковых.


Нет. В первой Вы даёте клятву не считать копейки, во второй её предаёте. Выберите что-то одно.

Кстати, ACS711 не пробовал, но 712ELCTR-05B-T весьма пристойно себя ведет.

Я понял что делает ТС !!! :

У него каждый из 3х проводов идущих из двигателя управляется мостом из N и P канального силового MOSFET.
А шунт вставлен непосредственно в провод . Т.е. мост то подбрасывает измерительный тракт к + питания, то опускает на землю.
Я бы не стал так делать никогда в жизни. А если бы стал, то только с гальванической развязкой измерительного тракта.
Не проще ли вставить два шунта "вверху" и "внизу", и снимать напряжение с них, при этом учитывая, какой из двух транзисторов открыт ?

А в принципе:
вверху 2*INA138
внизу 1* mcp602
---
получается дешевле 2-х всякоразных.
зы еще и FAULT программный, если на STM32, прикрУтите по нижним.

А может для той математики которую реализует ТС достаточно мерить ток только по питанию всех трёх мостов ?
Или достаточно т мерить ток у 3х мостов но только внизу ? Этот вариант кажется правдоподобным и красивым.

Не, соврал, там не INA138, а ADшные биполярные пойдут. Но всё равно, CMR уже побоку.

Можно и одним шунтом обойтись, но нужно большое быстродействие, весь шим будет на выходе. Еще в первом сообщении сказал, что это плохой вариант.