Wie kann ich den Motorstrom messen?

Ich muss einen Gleichstrommotor mit 24 V und 6 A mit einem MOSFET betreiben. Wie kann ich den Strom messen, den der Motor mit einem Mikrocontroller aufnimmt? Ich muss wissen, wann der Motor abgewürgt ist.

Sie schalten einen kleinen Messwiderstand (in der Regel <100 $\Omega$ für die Spannung und den Strom) in Reihe zum Motor und messen den Spannungsabfall. Es gibt zwei Methoden: High-Side und Low-Side , abhängig von der Position des Messwiderstands.

Die niedrige Seite ist am einfachsten, da der Spannungsabfall, den Sie messen möchten, direkt mit der Masse zusammenhängt, aber die niedrige Seite der Motorspannung ein paar Zehntel Millivolt über der Erde anhebt, und das gefällt nicht jedem. Wenn es nicht mehr als diese paar zehn mV sind, sollte es jedoch kein Problem sein, und Sie können einen Operationsverstärker verwenden, um die Spannung in einer einfachen nicht invertierenden Verstärkerkonfiguration zu verstärken . Ein 10m Widerstand gibt Ihnen einen 60mV Tropfen, was akzeptabel ist und zugleich hoch genug , um richtig zu messen. Sie benötigen dafür nicht unbedingt eine physische Komponente. ein 1cm PCB Spur 0,5 mm hat breite einen 10m Ω Widerstand . Stellen Sie sicher, dass Sie einen RRIO - Operationsverstärker (Rail-to-Rail I / O) auswählen.$\Omega$$\Omega$

Für High-Side-Messungen müssen Sie einen Differenzverstärker verwenden , um den Spannungsabfall zu messen. Für maximale Genauigkeit gibt es spezielle ICs, bei denen zum Teil der Shunt-Widerstand integriert ist.

Sie können aber auch Ihren eigenen Differenzverstärker mit einem Operationsverstärker konstruieren. Wenn Sie nur einen Stillstand erkennen möchten, benötigen Sie wahrscheinlich keinen A / D-Wandler, sondern können einen einfachen Komparator verwenden . Achten Sie darauf, die gemessene Spannung mit einem Kondensator zu filtern .

Eine (nicht sehr gründliche) Suche ergab, dass der High-Side-Sensor SiLabs Si8540 bei Mouser ab einem Preis von 0,65 USD erhältlich ist.

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Der Zetex / Diodes ZXCT1009 ist vergleichbar, benötigt aber nur 3 Pins seines SOT23-Pakets.

Weiterführende Literatur:
Linear Technology Current Sense Circuit Collection (Warnung vor zu starkem Verstopfen
des Produkts!) Sammlung von Dokumenten zu Current Sense-Verstärkern von Maxim

Menschen, die glauben, dass die einzige Möglichkeit zur Messung von Gleichstrom die Verwendung eines Nebenschlusswiderstands ist, sind möglicherweise überrascht, wenn sie feststellen, dass eine Vielzahl von Stromerfassungstechniken vorhanden ist.

Hall-Effekt-Sensoren eignen sich gut zur Messung großer High-Side-Gleichströme. Einige verfügen über einen Analogausgang, der einen der Analogeingänge Ihres Mikrocontrollers belegt. Andere verfügen über einen integrierten internen ADC mit digitalen Pins, die direkt mit Ihrem Mikrocontroller verbunden sind. Einige haben auch einen integrierten Power-FET-Treiber und sind intelligent genug, um den FET bedingungslos auszuschalten, wenn er Überstrom misst.

In vielen Fällen muss ich nicht genau wissen, wie hoch der Strom ist. Ich möchte nur verhindern, dass Dinge dauerhaft beschädigt werden, wenn der Motor ausfällt. Es macht den Rest des Systems viel einfacher, einen "intelligenten Schalter" zu verwenden, der sich automatisch ausschaltet, wenn der Motor ausfällt.

Die Allegro Hall-Effekt-Sensorchips sehen gut aus. Die intelligenten IR-Netzschalter sehen gut aus.

Verwandt: Bester Shunt-Widerstand für Leistungsmesser-Anwendungen? und Strommessung mit hoher Bandbreite

Da Strom, Spannung und Widerstand in Beziehung stehen (Ohmsches Gesetz), können Sie den Strom messen, indem Sie den Spannungsabfall über einen bekannten Widerstand messen und diesen berechnen:

$I=\frac{V}{R}$

$<0.1\Omega$

Dies ist etwas, was ich schon seit einiger Zeit selbst machen wollte und ich verstehe die Theorie - habe nur noch nicht herausgefunden, wie man die Spannungsdifferenz misst

Als Andrew Kohlsmith mich korrigierte, ist hier die Änderung:

Bei Gleichstrom kann der Strom nur über einen Shunt-Widerstand erfasst werden . Diese Methode leitet sich aus dem Ohmschen Gesetz ab:

$I=\dfrac{V}{R}$

Wobei 'I' für Strom steht und die einzige Variable ist, die vom µC gelöst wird. In gleicher Weise steht 'V' für die Spannung, die von einem ADC (Analog-Digital-Wandler) im µC gemessen wird. Schließlich ‚R‘ steht für den Widerstand Sie müssen für die Berechnung des ecuation wissen.

Der Shunt-Widerstand kann auf zwei Arten konstruiert werden:

1. Verwenden Sie einen Widerstand, der in Reihe mit dem Motor geschaltet ist. Welcher Wert muss bekannt sein und Sie müssen die Verlustleistung berücksichtigen. Zum Beispiel, wenn Sie einen Widerstand von$1\Omega$Wenn Sie einen Strom um 6 A messen möchten, würde die von diesem Widerstand verbrauchte Leistung 36 W betragen. Ich empfehle Ihnen daher, Werte zu verwenden$10m\Omega$.

2. Verwendung der Leiterplatte in einer Leiterplatte zur Herstellung eines Shunt-Widerstands. Wie [1] sagt, erhalten Sie abhängig von den folgenden Parametern in der Formel einen Widerstandswert:

$R=\rho \times \dfrac{L}{t \times w}\times(1+Tc \times (T-25))$

• Länge (L)
• Dicke (t)
• Breite (w)
• Spezifischer Widerstand (ρ). Für Cu$\rho=1.7*10^{-6}\Omega$-cm
• Temperatur (T)
• Tc = 3,9 $10^-3\Omega/\Omega/C$ (Ich weiß nicht, wofür es steht, Ideen?).

Einige lassen den Temperaturproduktteil [2] weg. Es gibt viele Bahnen, mit denen Sie den ungefähren Widerstand des PCB-Trace erzeugen können, z. B. in [3] und [4]. Wie auch immer, ich würde den Wert mit einem Multimeter mit a messen$m\Omega$Fähigkeit. Wenn Sie weitere Informationen wünschen, aktivieren Sie [5].

Andererseits kann die Spannung dieses Widerstands nur mit einem Instrumentalverstärker gemessen werden, wie Stevenvh vorschlägt.

[1] AN894 - Rückmeldeschaltungen für Motorsteuerungssensoren von Microchip.

[2] AP144 - Berechnung des von Polar Instruments.

[3] Trace Resistance Calculator von EEWeb.

[4] PCB Thermal Copper Area von The CircuitCalculator.com Blog.

[5] Aufbau Ihres Netzteils - Überlegungen zum Layout von Robert Kollman [TI].