Überstromüberwachung am Gleichstrommotor mit Komparator

[Falko81]

Hallo,

Mein Problem:

Ich möchte gerne eine Überstromüberwachung einbauen. Sprich wenn der Motor zu stark beansprucht wird soll dieser abgeschaltet werden.


Meine Überlegung:

Ich nehme ein bistabiles Relais das im RC Zweig eines MOFETS hängt. Versorgt mit 12V.
So nu brauch ich aber irgendeine Vorrichtung (einen Komparator) der mir diesen Transsitir duchschaltet bei einem bestimmten Strom.

Mein Motor zieht 0,2A im Normalbetrieb und abschalten möchte ich gerne so bei 0,4A-0,6A.

Meine Frage:

Wie sieht die OP-Schaltung aus ? Mach ich das dann über einen Shunt wiederstand ?

[shaun]

Ja, machst Du. Shunt in die Masse, zB. 1 Ohm, das dann zB. an den (+)-Eingang (nichtinvertierender Eingang) von nem LM393, an den (-)- oder invertierenden Eingang kommt eine Referenzspannung, für 0,6A also 0,6V, denn Dein Shunt hat ja 1 Ohm. Die kannst Du Dir per Spannungsteiler aus der Betriebsspanung machen, wenn die genau genug ist. Der Ausgang ist solange 0, wie der Strom nicht über 0,6A kommt, wenn er drüber geht, sperrt der ausgangsseitige Transistor. Du kannst dann zB den Kondensator einen RC-Kombination (R nach oben an +Ub, C gegen Masse) damit entladen, so erreichst Du, dass kurzer Überstrom nichts ausmacht (Anlaufen!), wenn der R den C aber weit genug aufgeladen hat zB. der von Dir erwähnte MOSFET leitet und irgendwas zum Abschalten bringt. Das Ganze wird dann aber vom Timing etwas ungenau, da die Ugs_th des MOSFET nicht klar definiert ist und der ausserdem recht lange im linearen Bereich bleibt, auch nicht so toll. Um das zu vermeiden, kannst Du mit dem 2. Komparator im LM393 noch eine Schaltschwelle festlegen. Einfach mal aufmalen und darüber klar werden, was Du da tust. Ach ja, zwischen Komparatorausgang und Kondensator noch einen Widerstand, der den maximalen Strom in den Komparator-Ausgangstransitor begrenzt. Das ist eins der Details, die uns von chinesischen Entwicklern unterscheiden sollte.

[Falko81]

Danke für die Antwort... ich habe das soweit erstmal verstanden.

Aber nun hab ich gemerkt, dass ich in beide Richtunen einen Überstromschutz brauche.. Aber diese Komparatorschaltung realisiert ja nur einen SPannungsabfall.

Habt ihr ne Idee wie man das sonst lösen kann ?
Wie macht das die Automobiel Industrie bei den Fensterhebern ? :) Die halten die Fenster doch bestimmt auch so in der Art in beide Richtungen an ^^

Währe schön wenn es da ne einfache Schaltungsmöglichkeit gibt.

[kalledom]

Der Shunt liegt an GND; die Richtungsumkehr / Polaritätsumschaltung kann hinter dem Shunt und Plus erfolgen. Der Strom durch den Shunt (und damit der Spannungsabfall an Selbigem) behält dann immer die gleiche Richtung.
PS: OpAmp-Grundschaltungen: http://www.domnick-elektronik.de/elekovg.htm

[Falko81]

Hmm super Idee.

Aber da ich mit dem L293D oder L298 arbeite is dis nur bedinkt möglich.

Mein Frage:

Am L298 gibts ja SENSE-Ausgänge worüber der komplette Strom des jewieligen Motors fließt.
Kann ich dort nen Shunt anbringen udn dort messen ?

Und geht dies auch mit den GND Anschlüssen am L293D ?
währe echt günstiger wenns mit dem L293D gehen würde.. dann bräucht ich die Dioden nicht mit einplanen ;)

Hoffe auf eine baldige Antwort..

THX

[kalledom]

Lies mal den Thread https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=19641, da ist ein 'StromAbschalter' für 200µA; für 0,6A wird R4 = 1 Ohm, die Diode D1 kann entfallen. Der Plus-Ausgang der Schaltung geht zum Pin 3 des L293, wo der Strom zum Motor fließt. Mit einem 'Stromfühler' im GND wäre ich beim L293 nicht so glücklich, weil das gleichzeitig der GND für die 5V-Logik ist.

Bei einem 1 Ohm-Widerstand kann kein Strom 'wegfließen'; es entsteht an ihm ein Spannungsabfall nach dem Ohmschen Gesetz: U = I * R = 0,6A * 1 Ohm = 0,6 Volt. Bei 12 oder 24V Versorgungsspannung dürfte das nichts ausmachen.

[Falko81]

Hmm also wird der NPN Transistor T1 durchgeschaltet wenn der Strom ca 0,6A erreicht. Dann kann ich über dem T1 nen Relais anbringen ? Wie schaltet das denn durch wenn ich diese SChaltung nur an Pin 3 hängen habe ? Dort is doch mal eine Positive Spannung dann gehts und für die andere Drehrichtung Masse oder so. Dann schaltet doch mein Relais nicht .
Wohin geht denn die obere Verbindung nach rechts ? Ins Nichts oder ?


Echt schade das es mit nem L293D nicht geht.. Wobei es nicht genau sein muss.. wir fahren mit dem Motor auf ein Hinderniss und wollen das erkennne und abschaltet.. wie hoch der Strom genau geht is egal.. irgendwo machen wir ne Grenze
Mit dem L298 gehts aber definitiv oder ?

[kalledom]

Du kannst auch direkt mit T2 ein Relais schalten.
Auf jeden Fall mußt Du sicher stellen, daß das Relais bei Überstrom nicht sofort wieder abfällt und die Spannung / den (Über-) Strom einschaltet !
Wohin geht denn die obere Verbindung nach rechts ? Ins Nichts oder ? Wo soll denn der Strom hin, in's Nichts ? An Pin 3 des L293 natürlich.
Dort is doch mal eine Positive Spannung dann gehts und für die andere Drehrichtung Masse oder so Glaubst Du ernsthaft, der L293 funktioniert noch, wenn Du was anderes als Plus-Spannung am Pin 3 anschließt ? Kennst Du nicht das Datenblatt vom L293 ?

[Falko81]

oha ich frag doch nur ganz lieb


klar kenn ich das Datenblatt

Und an Pin 3 (1Y) und Pin 6 (2Y) hängt der 1. Motor

Und jenachdem wie ich den Motor drehen will.. liegt doch einmal am 1Y das positive Potential und einmal am 2Y das positive Potential an.

Oder is das vollkommen falsch?

Und das das Relais nicht abfällt mach ich durch nen bistabiles Relais (mit 2 Wicklungen)

[kalledom]

Auf Seite 7 und 8 des Datenblatts von TI sehe ich an Pin 3 (Vcc2) +24V anliegen, an Pin 16 (Vcc1) +5V und an Pin 4, 5, 12 und 13 ist GND.
Die Leitung in's 'Nichts' ist Plus und gehört an Vcc des L293.
Wenn Du mir ganz lieb sagst, nach welchem Datenblatt Deine Schaltung aufgebaut ist, reden wir über die gleiche Schaltung.

Edit: Das ist tatsächlich ein Druckfehler im Datenblatt und gleich auf zwei Seiten; der Pin 3 ist doppelt vergeben, Pin 8 kein mal. Somit kommt nicht Pin 3 an +24V sondern Pin 8 !!!

[Falko81]

Ok super dann währe das geklärt ^^

Somit gibt es nachdem ich das verstanden habe noch ne Möglichkeit.

Endweder ich nehme die nette Schaltung auf die du mich verwiesen hast oder könnte ich auch "vor" dem Pin 8 ein Shunt Widerstand einbauen um dort mit nem Komparator drann zu gehen ?

Wobei die andere Schaltung nicht überl währe würd ich prinzipell gerne wissen obs auch mit nem komparator dort geht.


Danke nochmal für die Mühe ;)

[kalledom]

Wie shaun es mit dem 1 Ohm nach GND beschrieben hat, sollte es auch nach Plus gehen, wenn die Plus-Spannung nicht höher ist, als der Komparator es verträgt; da wird shaun vieleicht mehr zu sagen können. Mit Komparatoren in der Plusleitung habe ich keine Erfahrungen.

[shaun]

Schlecht, ganz schlecht. Die üblichen Komparatoren oder auch die OPs, die man entsprechend einsetzen kann (324/358) kommen zwar an die negative Versorgungsspannung ran, aber bei weitem nicht an die positive. Also braucht man für den OP eine Spannung, die min. 3V höher ist als die positive Versorgung der Leistungsstufe, oder man setzt vor beide Eingänge Spannungsteiler, die auch gleichzeitig Teil der Referenzsspannungserzeugung sein können, oder benutzt OPs/Komparatoren, die bis +UB kommen - selten. Es gibt allerdings speziell für High-Side-Sensing konzipierte Stromfühler und OPs, allerdings eher nicht im "Bastel"bedarf. Die Lösung mit dem Transistor ist eine einfache Go/Nogo-Geschichte, zum anfänglich im angesprochenen Thread erwähnten Strom_MESSEN_ taugt die nicht. Je nach Verstärkungsfaktor der Transistoren, Auslegung der Widerstände und Ansprechschwelle des Schwellwertschalters - hier der LED + Auge - wird das Ding irgendwo im Bereich um und bei 0,6V über dem Widerstand Meldung machen, kann aber auch schon bei 0,45 oder erst bei 0,75V der Fall sein. Beim Komparator hast Du eine mehr oder weniger saubere Schwelle und kannst auch noch eine Hysterese einbauen

[kalledom]

@shaun
So was in der Richtung hatte ich befürchtet, daß der OpAmp eine etwas höhere Plus-Versorgung benötigt, als der Shunt Plus-Potential hat. OpAmps sind nicht mein 'Steckenpferd', deshalb habe ich Dir den 'Vortritt' gelassen.
Bezüglich der Transistor-Schaltung möchte ich Dir ein klein wenig widersprechen. Damit der Komparator bei einer bestimmten Spannung schaltet, müssen Widerstandswerte angepasst / geändert werden, was im einfachsten Fall mit einem Trimmpoti erfolgen kann. Eine Widerstandsanpassung muß der Transistor-Schaltung dann aber auch zugestanden werden. Die ist wegen des Stroms nicht unbedingt mit einem Trimmpoti realisierbar, aber durch Parallelschaltung kleiner Widerstandswerte kann die 'Ansprechschwelle' schon recht genau festgelegt werden. Hier geht es ja um einen Stromwert, der beim Anhalten des Motors wegen eines Hindernis auftritt und daher relativ grob einzustufen ist.
Die Schaltung ist ohnehin nicht komplett, da z.B. noch ein Zusatz zur Überbrückung des Anlaufstroms erforderlich ist.
Der Spannungsbereich für die Basis-Emitter-Strecke zum 'Durchschalten' des Transistors ist meiner Erfahrung nach wesentlich geringer, als Deine Angabe 0,45...0,75V; ich würde es mit 0,63...0,68V angeben. Es hängt natürlich vom Transistor-Typ ab, und von dem Collektor-Emitter-Strom. Deshalb habe ich in der Schaltung einen weiteren Transistor eingesetzt, der die 'Leistung' schaltet.

[Falko81]

soo ich möchte nun mal gerne die Transistorschaltung verstehen.

DIe obere Leitung geht ja zum Pin 8 den L293D....

1. Is dort dann auch direkt die Versorgungsspannung angeschlossen ?
2. Wohin geht die obere Leitung nach Rechts ? Is die einfach dort zuende oder kommt dort die Versorgungsspannung drann ?

3. Warum sollte ich R4 = 1Ohm machen ? Was macht der R5 1K Ohm Widerstand ?

4. Is der PNP die ganze eit duchgeschaltet und wenn die Spannung über R4 0,6V erreicht schltet er aus ?

5. WO soll ich das Relais hinschalten damit es anzieht Wenn der Strom ca 0,5A- 0,7A erreicht?

Ihr seht ich versteh die SChaltung ganz und garnicht ^^
möchte es aber gerne

THX

[shaun]

@kalledom: Beim Komparator brauchst Du kein Poti, die Widerstandswerte einmal berechnet und dann stimmt das innerhalb der Widerstandstoleranzen auch. Der Transistor, den Du so ideal als "durchschaltend" beschreibst, hat leider auch noch einen linearen Bereich (Verstärkerbauer freut dies), d.h. irgendwo zwischen der Schwellspannung, bei der sich nun wirklich nichts tut und dem Zustand der Sättigung fliesst ein zum Basisstrom proportionaler Kollektorstrom, und ab welchem Wert der den zweiten Transistor soweit leitend werden lässt, hängt vom initalen Stromverstärkungsfaktor beider Transistoren, von deren Alterung und der Umgebungstemperatur ab. Angenehm hierbei: wenn's heisser wird, wird früher abgeschaltet, das habe ich bei einem frühen Netzteilentwurf von mir sogar mal ausgenutzt, um auch noch eine marginale thermische Sicherung einzubauen. Ohne Poti ist die Transistorschaltung nicht brauchbar, mit durchaus - in Grenzen. Heute 600mA einstellen und in drei Wochen bei 35 Grad draussen zu erwarten, dass es immernoch irgendwas zwischen 580 und 620mA sind, ist sicher illusorisch. Eine Schaltung, die 600mA aufnehmen darf und bei 800mA Gefahr läuft, kaputt zu gehen, lässt sich mit dieser Schaltung, eingestellt auf 700mA, sicher recht gut schützen. Eine Motorblockade festzustellen bedarf, wie Du ja selbst schreibst, etwas mehr Aufwand, da Anlaufstrom und andere Effekte (Losbrechmomente irgendwelcher Lagerungen usw) berücksichtigt werden müssen.
Das Poti legt man übrigens sinnigerweise parallel zum Shuntwiderstand, zB 100 Ohm, und geht dann mit dem Schleifer über einen Schutzwiderstand zur Transistorbasis. Das Einstellverhalten des Potis lässt sich noch optimieren, indem man auf die dem Ausgang abgewandte Seite noch einen Widerstand setzt, aber das zu erklären ist jetzt etwas viel. Ziel ist, die Schwelle nicht unnötig hoch einstellbar zu machem, um den Rest des Poti-Drehwinkels möglichst gut für den wirklich interessierenden Bereich zu nutzen.

@falko81
1/2. "Vor" dem 1R-Widerstand rein, rechts davon zum L293 würde ich sagen, ohne die Schaltung jetzt vor Augen zu haben.
3. Weil dann bei 0,6A auch 0,6V daran abfallen, so dass der Transistor schalten kann. Der 1k-Widerstand schützt die BE-Strecke des Transistors vor Überstrom, wenn der Strom steigt würde sonst irgendwann ein Grossteil des Laststromes über die BE-Strecke fliessen und den Transistor killen.
4. Umgekehrt. Er leitet bei Überschreitung, lässt den anderen Transistor leiten und das Relais anziehen. Dann brauchst Du nur noch eine lösbare Selbsthaltung, sonst schnarrt das Relais im Überlastfall fröhlich vor sich hin.
5. Hmmm. Schaltplan nicht vor Augen, wie gesagt. Aus der Erinnerung: PNP aktiviert NPN, der liegt mit E an Masse. Also Relais mit freilaufender Diode zwischen + und Kollektor. Dann mit Kontakt oder Elektronik Selbsthaltung realisieren. Ausserdem noch in Basiszweig des NPN eine Verzögerung einbauen, sonst spricht das Ding beim Anlaufen immer an.

[kalledom]

Zuerst mal eine etwas 'passendere' Schaltung, wobei nach wie vor dafür gesorgt werden muß, daß das Relais nicht 'flattert'. Das könnte auch durch den Austausch des Transistors gegen einen Thyristor erfolgen. Ein mal angesteuert, schaltet der dann durch und bleibt so, bis die Versorgung kurz abgeschaltet wird.
Zur Funktion von T2:
Ein PNP-Transistor wird leitend, wenn die Basis 0,7V negativer wird, als der Emitter. Wenn über R4 Strom von +24V zum L293 Pin 8 fließt, entsteht an diesem ein Spannungsabfall nach dem Ohmschen Gesetz U = I * R = 0,5A * 1 Ohm = 0,5V (Transistor sperrt) .... 0,7A * 1 Ohm = 0,7 V (Transistor leitet). Dabei ist die Basis-Seite negativer (geht ja nach GND) als die Emitter-Seite. Wenn T2 leitet, fließt Strom über den Basiswiderstand R2 nach T1; T1 wird leitend und schaltet das Relais ein, das dann ... ???
C1 soll ein kurzes Durchschalten von T2 bei Anlaufstrom abfangen. Der Wert von C1 muß noch ermittelt werden.

Edit: Im Eifer des Gefechts habe ich die Freilaufdiode an der Relaisspule vergessen; laßt Gnade walten :-)