Strommessung +-30A

[MisterMou]

Hallo,

ich bin auf der Suche nach einer Möglichkeit einen Strom von +- 30A auf 50mA genau zu messen.

Bei dem Strom handelt es sich zum Einen um ein zum Ursprung symmetrischen Rechteckstrom mit 10kHz und +- 0-30A bei einer Spannung von 35V und zum Anderen ein Gleichstrom mit 0-30A bei 35V, je nach Aufbau.

Die Messwertaufnahme geschieht mit 100Hz. Das Ergebnis des Wechselstroms wird gleichgerichtet, quasi eine RMS Messung.

Gedacht ist der Aufbau für Strommessungen in einem Rennwagen(Shell FuelSave Challenge) mit Brennstoffzellenversorgung (2x 300W) und einem Supercap-Array.
Es muss also so wenig Leistung wie möglich für die Strommessung verbraten werden.

Bis jetzt bin ich bei zwei Lösungsansätzen angekommen.
-Shunt mit max 10mOhm
-Hallsensor

Dabei gefällt mir dieser Hallsensor (http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Sensor-ICs/Zero-To-Fifty-Amp-Integrated-Conductor-Sensor-ICs/ACS712.aspx) sehr gut. Das große Problem ist die Maximalabweichung von 1,5%, das klingt ganzschön übertrieben und passt auf keinen Fall in den Rahmen. Andererseits habe ich gelesen, dass ein Sensor aus dieser Familie genauer ist, als der ADC vom AVR mit seinen 10bit.
Was soll ich denn nun glauben?

Es wäre toll wenn jemand mal seine Idee dazu in den Raum wirft.

[Besserwessi]

Mit dem Shunt sollte man noch etwas unter 10 mOhm gehen können. Das wäre ja immerhin schon 300 mV an Spannungsabfall. An sich reicht da auch schon 1 mOhm als Shunt, ggf. sogar noch etwas weniger. 50 mA an 1 mOhm sind immer noch 50 µV und nicht so schwer messbar, wenn man darauf achtet das der Shunt aus Manganin und nicht Konstantan ist.

Bei der hohen Frequenz wird es aber mit der Gleichrichtung ggf. nicht ganz einfach.

[wkrug]

Hall Sensor:
Ich würde auch versuchen einen Hall Effekt Sensor zu verwenden.
Leider hat dieser Sensortyp auch ein paar Nachteile.
1. Nach einem starken Stromimpuls kann eine kleine Remanenz zurückbleiben. Der Nullpunkt verschiebt sich also.
2. Dieser Sensortyp hat ein nicht unerhebliches Rauschen, das man herausfiltern sollte.
3. der Sensor ragiert auf externe Magnetfelder, also weg von den Motoren.

Die Vorteile sind, kleiner Durchlasswiderstand, galvanische Trennung von Messkreis und Leistungskreis.

Der A/D Wandler eines AVR Controllers hat 1024 Stufen. Es sind theoretisch also etwa 0,1% Genauigkeit vom Endwert her möglich.
Leider hat der A/D Wandler Nichtlinearitäten und kleine Fehler bei den LSB Bits. Auch auf die Qualität der externen Spannungsreferenz - die ich hierbei nutzen würde - hat Einfluss auf die Präzision.

Ich hab mal bei einem Projekt 2 A/D Wandler verwendet. Einer bekam ein um den Faktor 10 verstärktes Signal für die kleineren Ströme, der Andere das unverstärkte Signal. Zuerst wurde der unverstärkte Zweig ausgelesen. War der Wert unter einem bestimmten Schwellwert wurde der Wert des verstärkten Zweiges verwendet. Der vermeitliche Auflösungsgewinn ging allerdings im Rauschen des Sensors unter. Ich hatte allerdings noch die alten ACS750 verwendet.

In meinem neuesten Projekt hab ich einen AD7683 verplant. Das ist ein 16 Bit A/D Wandler mit SPI Schnittstelle. Ist aber auch nicht ganz billig das Teil.

50mA Auflösung bei einem 50A Sensor halte ich für etwas unrealistisch. Das ist immerhin ein Faktor von 1000/1. Bei 100 bis 200mA wird wohl eher die Wahrheit liegen.

Ein Nullabgleich beim Start des Systems wäre sicher auch eine gute Idee.

Shunt Lösung:
Es gibt auch fertige Shunts, die in 48 bzw. 60V Stromversorgungsanlagen verwendet werden.
Das Teil sieht aber eher nach einem Metallstab aus, als nach einem Widerstand.
Wenn Du die Messelektronik galvanisch von der Leistungsstufe trennst ist es dann auch egal, ob Du den Widerstand in der + oder in der - Leitung einbaust.
Präzise Shunts in diesem Leistungsbereich sind aber auch ganz schön teuer.

[MisterMou]

Schönen Dank für die Antworten.

Den Messbereich hab ich mir nicht ausgedacht :)
Ich werde alles auf diesen Bereich auslegen und hoffen, dass da vielleicht noch was zu machen ist mit viel Glättung. Dann muss die Messfrequenz bei hoher Genauigkeit reduziert werden. Die 100Hz sind nämlich noch nicht festgelegt, war erst einmal ein Anhaltspunkt.
Der Sensor ist für 30A ausgelegt, nicht 50A.

Stromspitzen sind nicht zu erwarten, da die 30A schon die Spitzen enthalten. Bei allem anderen sollte dann auch langsam die Sicherung kommen.
Der Nullabgleich ist eine gute Idee, wird mit eingebaut.

Das mit dem AVR hatte ich bloß mal gelesen, ich plane auch einen 16bit ADC mit SPI zu verwenden, wahrscheinlich von TI, dort gibt´s kostenlose Probepäckchen :)