Parallelschaltung von Shunts?

[Andre Grosse Bley]

Hallo,

im Rahmen meiner Studienarbeit muss ich eine Ansteuerschaltung für
eine elektronische Last (aufgebaut mittels MOSFETs) optimieren.
Als Problem stellt sich dabei ein hoher Störpegel, den ich aus dem
Leistungsteil auf den Messleitungen der Shunts bekomme.
Als Shunts werden 5 Isabellenhütte RTO-B 5mOhm in Vierleiter-Technik
verwendet, die parallel geschaltet sind. In der Art der parallelschaltung
vermute ich die Ursache der Stoerungen:

Die Anschluesse, durch die der Messstrom fliesst, sind natuerlich
parallel geschaltet. Die Messanschluesse werden ueber 10 Ohm pro
Anschluss parallel geschaltet, um Ausgleichsstroeme zu verhindern.
Das sieht dann in etwa so aus:

Shunt+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Shunt- ---+---+---+---+----

An Shunt+/- wird die Elektronik angeschlossen.

Ich frage mich, ob es nicht reicht, an einem Shunt die Spannung
abzunehmen?
Danke fuer Anregungen und Literaturhinweise,

Andre

 

[MaWin]

Andre Grosse Bley <grossagk@rz.ruhr-uni-bochum.de> schrieb im Beitrag <bvjntr$33o$1@sunu789.rz.ruhr-uni-bochum.de>...

Ich frage mich, ob es nicht reicht, an einem Shunt die Spannung
abzunehmen?
Danke fuer Anregungen und Literaturhinweise,

Deine Schaltung ist in Ordnung, die Stoerungen haben also eine

andere Ursache (und du wirst sie auch nicht los :-( ).
Es reicht an einem Widerstand zu messen.
Was optimierst du ?
Das Regelverhalten per Cx wie in der
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
unter "elektronische Last"
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Andre Grosse Bley]

MaWin (me@privacy.net) wrote:
: Deine Schaltung ist in Ordnung, die Stoerungen haben also eine
: andere Ursache (und du wirst sie auch nicht los :-( ).

Die Uni ist ein guter Stoersender, mit einer kurzen Drahtschleife am
Scope messe ich ca. 30mVpp 'Rauschen'.

: Es reicht an einem Widerstand zu messen.

Gut, die Verkuerzung der Schleife duerfte den Stoerpegel doch etwas
reduzieren.

: Was optimierst du ?
: Das Regelverhalten per Cx wie in der
: de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
: unter "elektronische Last"

Es werden 20 MOSFETs vom Typ FB180SA10 angesteuert, die eine hohe
Gate-Kapazität (zusammen etwa 214nF) besitzen. Die Schaltung
ist vom Prinzip her so wie F24.1. in der FAQ, aber diskret aufgebaut
mit Offset-Korrektur. Zu Optimieren ist die Geschwindigkeit
und Genauigkeit. pSpice und Realität haben da doch schon Unterscheide

Das ganze ist zum "quaelen" von Batterien gedacht.

Gruesse,
Andre

 

[Udo Piechottka]

Shunt+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
----+---+---+---+--- Shunt-

Das ist eher geeignet, die Leitungswege sind alle gleich lang.

Gruss Udo

 

[Marcus Woletz]

Hallo Udo,


Udo Piechottka schrieb:

Shunt+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
----+---+---+---+--- Shunt-

Das ist eher geeignet, die Leitungswege sind alle gleich lang.

Gruss Udo

seid mir nicht böse, wenn ich frage: der OP hat doch geschrieben,
er verwende 5mOhm Shunts. Dann frage ich mich, was für einen Zweck
es haben soll, diese 5mOhm-Widerstände in Reihe zu 10-Ohm-Widerständen
zu schalten und dann dort die Spannung zu messen.
Geht es um die Messgenauigkeit (Toleranz der 10 Ohm-Widerstände
im Vergleich zu den Shunts? Also ich stehe momentan etwas im Walde!

ciao
Marcus

 

[Udo Piechottka]

Marcus Woletz schrieb:

seid mir nicht böse, wenn ich frage: der OP hat doch geschrieben,
er verwende 5mOhm Shunts. Dann frage ich mich, was für einen Zweck
es haben soll, diese 5mOhm-Widerstände in Reihe zu 10-Ohm-Widerständen
zu schalten und dann dort die Spannung zu messen.

Oh, das sehe ich jetzt auch. Ich vermute mal, dass die Auskopplung über
die 10 Ohms erfolgt, Mittelwertbildung über die Summation. Der eigentliche
Leistungszweig düfte dann nicht mitgezeichnet worden sein und demnach
bezieht sich mein Hinweis bzgl. der Leitungsführung auf diesen
Leistungszweig.
Das erklärt auch, wo die restlichen Anschlüsse der Vierpole im Schaltplan
geblieben sind...

Und nun wäre der OP gefragt...

Gruss Udo

 

[Andre Grosse Bley]

Udo Piechottka (ifmd.messdatensysteme@t-online.de) wrote:
: > er verwende 5mOhm Shunts. Dann frage ich mich, was für einen Zweck
: > es haben soll, diese 5mOhm-Widerstände in Reihe zu 10-Ohm-Widerständen
: > zu schalten und dann dort die Spannung zu messen.
: Oh, das sehe ich jetzt auch. Ich vermute mal, dass die Auskopplung über
: die 10 Ohms erfolgt, Mittelwertbildung über die Summation. Der eigentliche
: Leistungszweig düfte dann nicht mitgezeichnet worden sein und demnach
: bezieht sich mein Hinweis bzgl. der Leitungsführung auf diesen
: Leistungszweig.

Genau, ich habe nur den Teil gezeichnet, der mir Probleme bereitet.
Der Leistungszweig ist natuerlich direkt parallelgeschaltet.
(Ging das das dem Ursprungsposting nicht so klar hervor? Gut, habe es
am spaeten Abend geschrieben)

Ich befuerchte, dass ich mir ueber die Verbindungen der Messanschluesse
zusaetzliche Stoerungen einfange und wuerde daher gerne die Leiterschleife
so kurz wie moeglich halten.
Wie schon geschrieben ist unsere Uni ein schoener Stoersender.

Danke,
Andre

 

[Joerg Schneide]

Andre Grosse Bley schrieb:

Ich befuerchte, dass ich mir ueber die Verbindungen der Messanschluesse
zusaetzliche Stoerungen einfange und wuerde daher gerne die Leiterschleife
so kurz wie moeglich halten.
Wie schon geschrieben ist unsere Uni ein schoener Stoersender.

Was mir nicht ganz klar ist:
Wie willst Du Dir bei dermassen niederohmigem Kram noch grossartig
Störungen von aussen einfangen?
Das geht imho nur wenn längere Leitungen von den Messanschlüssen
der Shunts zu einem hochohmigen Eingang führen.
Falls das Teil mit PWM o.ä. arbeitet musst Du eh filtern.

Übrigens:
Nur einen der Shunts zum Messen zu verwenden kann bös ins Auge gehen,
bei 5mOhm wird es schon recht schwierig die Teile gleichmässig zu Kontaktieren,
auf die Verdrahtung hat ja schon jemand hingewiesen.
Mal ganz Abgesehen von der Sicherheit, wenn das Teil den Istwert innerhalb
einer Regelung misst.

Jörg.

 

[Martin Schönegg]

Was mir nicht ganz klar ist:
Wie willst Du Dir bei dermassen niederohmigem Kram noch grossartig
Störungen von aussen einfangen?
Das geht imho nur wenn längere Leitungen von den Messanschlüssen
der Shunts zu einem hochohmigen Eingang führen.
Falls das Teil mit PWM o.ä. arbeitet musst Du eh filtern.

Kann der OP vielleicht noch einmal seine Schaltung, ggfs vereinfacht mit
Quelle senke und Shunts skizzieren? I blicke auch nicht, wo der Sinn dieser
vielen Widerstände liegen soll. 20 Ohm in Reihe zu einem 5mOhm
4Polwiderstand zu schalten, der dann gar nicht abgegriffen wird scheint mir
schon schwer abstrus.

Martin

 

[Joerg Schneide]

Martin Schönegg schrieb:

Kann der OP vielleicht noch einmal seine Schaltung, ggfs vereinfacht mit
Quelle senke und Shunts skizzieren? I blicke auch nicht, wo der Sinn dieser
vielen Widerstände liegen soll. 20 Ohm in Reihe zu einem 5mOhm
4Polwiderstand zu schalten, der dann gar nicht abgegriffen wird scheint mir
schon schwer abstrus.

Die Skizze war wohl etwas "faul" erstellt.

Ich denke die Grundschaltung und die Überlegung dazu sieht so aus
(was anderes würde auch keinen Sinn ergeben):
Alle Schunts mit ihren Hochstromanschlüssen parallel, die Messanschlüsse im Prinzip auch,
nur tritt eben -bei derart niedrigen Widestandswerten- mit ziemlicher Sicherheit eine
Ungleichverteilung der Ströme auf. Dazu reicht das eine Lötstelle schon etwas massiver
als eine andere ausfällt, die ganze Verdrahtung ist kaum gleichmässig hinzubekommen.
Damit nun keine Ausgleichsströme (oder eben nur sehr kleine) über die Messanschlüsse
fliessen (die diese überlasten oder das Messergebnis verfälschen) legt man zu diesen
eben noch je einige Ohm in Reihe und schaltet erst dann zusammen. Dann hat man einen
Mittelwert der Messspannung, braucht nicht grossartig auf die Verdrahtung/Leiterbahnführung
zu achten. Wenn mal ein Shunt ausfällt oder eine Leitung bricht hat man auch nicht direkt
einen Wegfall des kompletten Signals.

Jörg.

 

[Martin Schönegg]

Hi Jörg,

Ich denke die Grundschaltung und die Überlegung dazu sieht so aus
(was anderes würde auch keinen Sinn ergeben):
Alle Schunts mit ihren Hochstromanschlüssen parallel, die Messanschlüsse
im Prinzip auch,
nur tritt eben -bei derart niedrigen Widestandswerten- mit ziemlicher
Sicherheit eine
Ungleichverteilung der Ströme auf. Dazu reicht das eine Lötstelle schon
etwas massiver
als eine andere ausfällt, die ganze Verdrahtung ist kaum gleichmässig
hinzubekommen.
Damit nun keine Ausgleichsströme (oder eben nur sehr kleine) über die
Messanschlüsse
fliessen (die diese überlasten oder das Messergebnis verfälschen) legt man
zu diesen
eben noch je einige Ohm in Reihe und schaltet erst dann zusammen. Dann hat
man einen
Mittelwert der Messspannung, braucht nicht grossartig auf die
Verdrahtung/Leiterbahnführung
zu achten. Wenn mal ein Shunt ausfällt oder eine Leitung bricht hat man
auch nicht direkt
einen Wegfall des kompletten Signals.

findest Du nicht, dass dazu das Verhältnis von 10 Ohm *2 zu 5mOhm nicht ein
wenig mit der Kanone auf Spatzenjagd gegangen wird? Warum soll ich mein
Signal künstlich so schlecht machen? dann gehe ich doch lieber her und messe
den Spannungsabfall über den 20 Ohm, da brauche ich im Zweifel noch keine
4-Leitertechnik, weil mich da ein paar mOhm wenig stören.

Martin

 

[Joerg Schneide]

Martin Schönegg schrieb:

findest Du nicht, dass dazu das Verhältnis von 10 Ohm *2 zu 5mOhm nicht ein
wenig mit der Kanone auf Spatzenjagd gegangen wird? Warum soll ich mein
Signal künstlich so schlecht machen?

Es wird wohl auch mit 1 oder gar 0,1Ohm gehen, hängt halt davon ab wie gross
die zu messenden Ströme und damit die Spannungen und eben deren Ungleichheit
ist.
Aber was soll an dem Signal schlechter werden?
Das bischen Rauschen was dazu kommt wird vermutlich kaum stören, da gibts
wohl gravierendere Störquellen.

dann gehe ich doch lieber her und messe
den Spannungsabfall über den 20 Ohm, da brauche ich im Zweifel noch keine
4-Leitertechnik, weil mich da ein paar mOhm wenig stören.

Warum nimmt er wohl 5mOhm und auch noch mehrere davon parallel?
Da müssen ziemlich fette Ströme am Werk sein,
kannst ja mal ausrechnen um wivielfach höher die Leistung an 20 Ohm wäre.

Die Skizzierte Schaltung des o.p. im Geiste einfach um den Lastkreis ergänzen,
dann erkennst Du was gemeint ist, und siehst das im gezeichneten Messkreis
die 20Ohm keine Rolle für die zu messende Spannung spielen.
Aus sicht eines (relativ) hochohmigen Messeinganges hast Du zwar die Quellimpedanz
erhöht, sie ist aber absolut immer noch sehr niedrig.

Eine alternative für die Messung hoher Gleichströme wäre ein LEM-Wandler,
aber der hat neben ein paar Vorteilen eben auch einige Nachteile.

Jörg.

 

[Winfried Buechsenschuetz]

Ich glaube nicht, daß die Shunts und/oder ihre zusätzliche Beschaltung
der Grund für Deine Störungen sind. Hier fließt ja überall nur
Gleichstrom, und solange die (Übergangs-)Widerstände konstant sind,
sollte auch die Ausgangsspannung so sein.

Ich würde mal eher ein Problem mit einer Masseschleife vermuten, da
bei Shunt-Strommessung ja keine galvanische Trennung zwischen
Leistungs- und Meßkreis möglich ist. Überprüf noch mal Deine
Masseführung und auch deren Ausführung (Verdrahtung).

Winfried Büchsenschütz

 

[Martin Schönegg]

Hallo Jörg

Warum soll ich an einem 5 mOhm Widerstand die Spannung mit 4-Leitertechnik
messen, wenn ich eine Spannung über den in reihe liegenden 20-Ohm messen
kann. Die Spannung dort ist viel größer, der Bahnwiderstand ( der bei 5 mOhm
tatsächlich stören würde) ist bei korrekter Leiterbahnführung bei 20 Ohm
auch ziemlich egal. Wozu dann also die teuren 5 mOhm Messshunts ?

dann gehe ich doch lieber her und messe
den Spannungsabfall über den 20 Ohm, da brauche ich im Zweifel noch
keine
4-Leitertechnik, weil mich da ein paar mOhm wenig stören.

Warum nimmt er wohl 5mOhm und auch noch mehrere davon parallel?
Da müssen ziemlich fette Ströme am Werk sein,
kannst ja mal ausrechnen um wivielfach höher die Leistung an 20 Ohm wäre.

die 20 Ohm hat er doch drin, d.h. die Leistung wird dort verbraten.
A propos Braten, das wäre jetzt aber so ziemlich der einzige Vorteil, den
ich erkennen kann: Wenn turbogenau sein muss, dann können die
Bratwiderstände weniger eng toleriert werden, aber mit der Symmetrie ists
dann auch nicht mehr weit her. Und die Teile parallelschalten hieße ja
eigentlich entsprechend niederohmigere zu verwenden... Mit der
Stromauftrennung kann ichs dann aber auch vergessen. Es sei denn, ich
summiere die Messpannungen hochohmig mit dem Messverstärker. Dann lass ichs
wieder gelten. Sonst sehe ich kein Gewinn. Nur größerer Aufwand, aber ein
Stück Redundanz.

Die Skizzierte Schaltung des o.p. im Geiste einfach um den Lastkreis
ergänzen,
dann erkennst Du was gemeint ist, und siehst das im gezeichneten Messkreis
die 20Ohm keine Rolle für die zu messende Spannung spielen.

Doch relativ zu dem Spannunsabfall an den 20 Ohm ist das Signal einfach nur
klein ;-) und wenn an den 20 Ohm richtig viel Spannung wegfällt, dann ist
das eine Heizung, kein Messystem.

Aus sicht eines (relativ) hochohmigen Messeinganges hast Du zwar die
Quellimpedanz
erhöht, sie ist aber absolut immer noch sehr niedrig.

Die Quellimpedanz an den 5 mOhm ist signifikant kleiner, nicht größer.

Eine alternative für die Messung hoher Gleichströme wäre ein LEM-Wandler,

LUST und so weiter nicht zu vergessen ;-)

aber der hat neben ein paar Vorteilen eben auch einige Nachteile.

Wohl wohl, selber schon durchlitten...

Martin

 

[Martin Lenz]

"Martin Schönegg" schrieb:

Hallo Jörg

Warum soll ich an einem 5 mOhm Widerstand die Spannung mit 4-Leitertechnik
messen, wenn ich eine Spannung über den in reihe liegenden 20-Ohm messen
kann. Die Spannung dort ist viel größer, der Bahnwiderstand ( der bei 5 mOhm
tatsächlich stören würde) ist bei korrekter Leiterbahnführung bei 20 Ohm
auch ziemlich egal. Wozu dann also die teuren 5 mOhm Messshunts ?

Die 20Ohm liegen nicht in Reihe mit dem starken Meßstrom.

dann gehe ich doch lieber her und messe
den Spannungsabfall über den 20 Ohm, da brauche ich im Zweifel noch
keine
4-Leitertechnik, weil mich da ein paar mOhm wenig stören.

Warum nimmt er wohl 5mOhm und auch noch mehrere davon parallel?
Da müssen ziemlich fette Ströme am Werk sein,
kannst ja mal ausrechnen um wivielfach höher die Leistung an 20 Ohm wäre.

die 20 Ohm hat er doch drin, d.h. die Leistung wird dort verbraten.
A propos Braten, das wäre jetzt aber so ziemlich der einzige Vorteil, den
ich erkennen kann: Wenn turbogenau sein muss, dann können die
Bratwiderstände weniger eng toleriert werden, aber mit der Symmetrie ists
dann auch nicht mehr weit her. Und die Teile parallelschalten hieße ja
eigentlich entsprechend niederohmigere zu verwenden... Mit der
Stromauftrennung kann ichs dann aber auch vergessen. Es sei denn, ich
summiere die Messpannungen hochohmig mit dem Messverstärker. Dann lass ichs
wieder gelten. Sonst sehe ich kein Gewinn. Nur größerer Aufwand, aber ein
Stück Redundanz.

Gegen 5mOhm sind die 2*10 Ohm hochohmig, sie dienen auch zum summieren

und sind _nicht_ vom Meßstrom durchflossen. Ad prallelschalten: Klar
könnte der OP einen 1mOhm verwenden, vielelicht hat er den einfach nicht
(bekommen)

Martin

 

[Martin Schönegg]

"Martin Lenz" <m.lenz@kreuzgruber.com> schrieb im Newsbeitrag
news:40224461.64308B0D@kreuzgruber.com...

Die 20Ohm liegen nicht in Reihe mit dem starken Meßstrom.

ich versuchs mal mit nem Orginalzitat:
Shunt+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Shunt- ---+---+---+---+----

Wenn der Messtrom nicht durch die 10 Ohmer fließen soll, dann wird er wohl
drüberfliegen, dann haben wir aber eine Leuchte und keine Heizung.

Gegen 5mOhm sind die 2*10 Ohm hochohmig, sie dienen auch zum summieren

Du meinst zum aufteilen. Dann teilt sich der Strom durch die Shunts gemäß
der Toleranzen der 2* 10 Ohmwiderstände ergo muss ich da auch auf hohe
Genauigkeit achten, oder alle 5 mOhm auswerten und differenziell Summieren,
viel Spaß. Ich habs ja immer noch nicht verstanden, wo das Problem liegen
soll, warum nicht die Spannung an Shunt+ und Shunt- zu messen, da messe ich
an 4 Ohm den Spannungsabfall, das ist allemal hochohmig genug, um bei
korrekter Leiterbahnführung ohne 4-Leiterwiderstände auszukommen.

und sind _nicht_ vom Meßstrom durchflossen.

ergo fließt auch kein Strom durch R und ich brauch auch kein 4-Leitershunt,
weil ohnehin nix zu messen ist...

Ad prallelschalten: Klar
könnte der OP einen 1mOhm verwenden, vielelicht hat er den einfach nicht
(bekommen)
Wozu auch ;-)

Martin

 

[Martin Lenz]

"Martin Schönegg" schrieb:

"Martin Lenz" <m.lenz@kreuzgruber.com> schrieb im Newsbeitrag
news:40224461.64308B0D@kreuzgruber.com...

Die 20Ohm liegen nicht in Reihe mit dem starken Meßstrom.

ich versuchs mal mit nem Orginalzitat:
Shunt+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Shunt- ---+---+---+---+----

Wenn der Messtrom nicht durch die 10 Ohmer fließen soll, dann wird er wohl
drüberfliegen, dann haben wir aber eine Leuchte und keine Heizung.

Der OP hat, wie schon mehrmals geschrieben, die Lastklemmen der Shunts

_überhaupt_nicht_ gezeichnet, was du hier siehst ist _nur_ der Meßkreis.
Der hohe Strom wird also über entsprechnede Klemmen direkt an -R-
angelegt, er fließt _nicht durch -10R-.

Martin

 

[Martin Schönegg]

Der OP hat, wie schon mehrmals geschrieben, die Lastklemmen der Shunts
_überhaupt_nicht_ gezeichnet, was du hier siehst ist _nur_ der Meßkreis.
Der hohe Strom wird also über entsprechnede Klemmen direkt an -R-
angelegt, er fließt _nicht durch -10R-.

Ich glaub ich habs jetzt auch, aber ein wenig ausführlicher gezeigt ud ich
hätte das schneller begriffen ;-)



Umess+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Strom+ ---+---+---+---+----
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
Strom- ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Umess- ---+---+---+---+----

Oder seh ich das immer noch falsch?


Martin

 

[Martin Lenz]

"Martin Schönegg" schrieb:

Der OP hat, wie schon mehrmals geschrieben, die Lastklemmen der Shunts
_überhaupt_nicht_ gezeichnet, was du hier siehst ist _nur_ der Meßkreis.
Der hohe Strom wird also über entsprechnede Klemmen direkt an -R-
angelegt, er fließt _nicht durch -10R-.

Ich glaub ich habs jetzt auch, aber ein wenig ausführlicher gezeigt ud ich
hätte das schneller begriffen ;-)

Umess+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Strom+ ---+---+---+---+----
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
Strom- ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Umess- ---+---+---+---+----

Oder seh ich das immer noch falsch?

Nein, genau so.

Martin

 

[Martin Schönegg]

Ich glaub ich habs jetzt auch, aber ein wenig ausführlicher gezeigt ud
ich
hätte das schneller begriffen ;-)

Umess+ ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Strom+ ---+---+---+---+----
| | | | |
R R R R R <-- Shunts
| | | | |
Strom- ---+---+---+---+----
| | | | |
10R 10R 10R 10R 10R
| | | | |
Umess- ---+---+---+---+----

Oder seh ich das immer noch falsch?

Nein, genau so.

War ja auch unheimlich viel Arbeit, das Bild so zu ergänzen, dass es auch
verstehbar ist, oder?

Martin