Vorurteile Beispiele Menschen
Die Gleichtaktdämpfung CMRR DIFF des Differenzverstärkers wird hauptsächlich bestimmt durch Fehlanpassung der Widerstände (R 1, R 2, R 1 *, R 2 *), und nicht durch die CMRR des Operationsverstärkers. Widerstände mit engen Toleranzen erzeugen hier zusätzliche Kosten. Bei R 2 /R 1 = 1 ergeben Widerstandstoleranzen von 0, 1% ein maximales CMRR DIFF von 54 dB. Verwendet man Widerstände mit 1% Toleranz, sinkt dieser Wert auf 34 dB. R SEN sollte wesentlich kleiner sein als R 1 und R 2, um widerstandsbedingte Lasteffekte zu minimieren. Die Eingangsimpedanzen des Differenzverstärkers sind in Bezug auf V 1 und V 2 unsymmetrisch. Dabei ist zu beachten, dass der widerstandsbedingte Belastungseffekt und die unsymmetrischen Eingangsimpedanzen einen negativen Einfluss auf CMRR DIFF haben. Über die Referenzspannung V REF lässt sich das Ausgangssignal des Verstärkers auf eine höhere Spannung in Bezug auf die Masse verschieben. V REF muss von einer Quelle mit geringer Impedanz bereitgestellt werden, um zu vermeiden, dass sich CMRR DIFF verschlechtert.
Weitere Nachteile sind, dass jeder durch einen zufälligen Kurzschluss (zur echten Masse) verursachte hohe Laststrom unerkannt bleibt und dass Bauteile mit einer niedrigen Versorgungsspannung V DD benötigt werden. In einer Konfiguration mit nur einer Versorgungsspannung besteht der wichtigste Aspekt einer Low-Side-Strommessung darin, dass der Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich (V CM) des Operationsverstärkers den Massepegel einschließen muss. Eine Strommessung an Masse ist also immer dann sinnvoll, wenn keine Kurzschlusserkennung erforderlich ist und wenn Störungen des Massepegels toleriert werden können. Bei einer Strommessung an der Versorgungsspannung ( Bild 2) befindet sich der Messwiderstand zwischen der Spannungsquelle und der Last. Dadurch entfallen Störungen am Massepegel. Die Anwendung lässt sich direkt mit Masse verbinden, auch Kurzschlussströme lassen sich damit erkennen. Allerdings muss die Messanordnung sehr hohe und dynamische Gleichtakt-Eingangsspannungen verarbeiten können.
Die Strommessung mit einem Shunt ist eine einfachere und günstigere Alternative zur Strommessung mit Sensoren. Allerdings gehört sie zur Präzisionsmesstechnik und es gilt, ein paar Dinge zu beachten, um Messergebnisse mit der erforderlichen Genauigkeit zu erhalten. Wie funktioniert ein Shunt? Ein Shunt ist ein niederohmiger Widerstand, mit dem sich die Stromstärke messen lässt - deshalb wird er auch als Strommess-Widerstand bezeichnet. Der Shunt kommt immer dann zum Einsatz, wenn der zu messende Strom über den Bereich des Messgeräts hinausgeht. Dabei wird der Shunt parallel zum Messgerät geschaltet. Der gesamte Strom fließt durch den Shunt und erzeugt einen Spannungsabfall, der gemessen wird. Daraus lässt sich mit dem Ohmschen Gesetz durch den bekannten Widerstand die Stromstärke berechnen (I = V/R). Um die Verlustleistung - und damit auch die Wärmeentwicklung - möglichst gering zu halten, müssen Shunts einen sehr kleinen Widerstand im Milliohm-Bereich haben. Prinzipiell eignen sich Shunts für alle Arten von Strommessungen - und zwar bei Gleichstrom und Wechselstrom.
Die Strommessung ist eine grundlegende Anforderung für praktisch jedes Gerät mit elektronischen Steuer- oder Überwachungsfunktionen. Vorteile sind unter anderem: längere Batterielaufzeiten, effizienterer und ruhigerer Betrieb von Antrieben, schnellere Erkennung von Fehlerzuständen mit einem Plus an Sicherheit. Wie sehen die grundlegenden Konzepte von Strom-Messwiderständen und Techniken der Strommessung aus? Wo liegen die Vor- und Nachteile von drei typischen Messkonfigurationen? Strom wird fast immer indirekt gemessen und oft aus der Spannung abgeleitet, die über einem Widerstand im Strompfad abfällt (I = V/R). Strommesswiderstände sind kostengünstig und können von sehr geringen bis zu mittelgroßen Stromwerten eine hohe Messgenauigkeit bieten. Sie eignen sich gleichermaßen für Wechsel- wie auch Gleichstromanwendungen. Zu ihren Nachteilen zählt, dass sie einen zusätzlichen Widerstand in den gemessenen Schaltungspfad einbringen, der den Ausgangswiderstand der Quelle vergrößert und zu unerwünschten Lasteffekten führen kann.
Die Eingangsspannungen V 1 und V 2 lassen sich durch eine Gleichtakt-Eingangsspannung V CM und eine differenzielle Eingangsspannung V DM darstellen: Um zu vermeiden, dass V OUT in den Versorgungsspannungspegel hineinläuft, muss diese Spannung innerhalb des zulässigen Bereichs zwischen V OL und V OH gehalten werden. Die aus den Widerständen R 1, R 2, R 1 *, R 2 * bestehenden Spannungsteiler definieren den V CM -Bereich des Differenzverstärkers. Diese Werte begrenzen also die Spezifikationen von V CM und V DM des Differenzverstärkers. Insgesamt bieten Differenzverstärker eine akzeptable Gleichtaktunterdrückung, einen breiten Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich, niedrigen Stromverbrauch, günstige Kosten und einen einfachen Aufbau. Zu ihren Nachteilen zählen widerstandsbedingte Lasteffekte, unsymmetrische Eingangsimpedanzen und die Tatsache, dass man mehr als einem Widerstandswert ändern muss, um den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers einzustellen.
Welcher Widerstandswert ist ideal für die Strommessung? Der ideale Widerstandswert der Shunts aus Vollmetall lässt sich relativ einfach bestimmen: Die niedrigste Messspannung, mit der noch ausreichend genaue Ergebnisse erzielt werden können, wird durch den niedrigsten Stromwert des Messbereichs geteilt. 4-Leiter-Shunts Eine Variante des Shunt aus Vollmetall ist der 4-Leiter-Shunt. Hier fließt der Strom durch zwei Anschlüsse, an den beiden anderen wird die Spannung gemessen. Mit Hilfe derilfe innen liegenden Kelvin-Anschlüsse lässt sich der Spannungsabfall an den Übergangswiderständen ermitteln und die dadurch verursachten Messfehler lassen sich herausrechnen. 4-Leiter-Shunts werden in zwei Fällen verwendet: 1. Wenn Leitungs- und der Kontaktwiderstand relativ groß sind und im Vergleich zum zu messenden Widerstand nicht vernachlässigt werden können. 2. Wenn der Widerstandswert kleiner 10mR ist. Denn auch die Widerstandswerte der Leiterbahnen liegen im Milliohm-Bereich und sind deshalb mit einzubeziehen.
Der Trend geht zu Shunts in kleineren Bauformen bei höheren Leistungen; auch kundenspezifische Ausführungen hinsichtlich der Geometrie der Anschlüsse und der Bauform des Shunts sind zunehmend gefragt. Ob diese den Standard-Shunts vorzuziehen sind, hängt von der Applikation ab. Tipp: Ausprobieren, welcher Shunt am besten in die Applikation passt! Da Shunt Widerstände verglichen mit anderen Widerstandstechnologien relativ teuer sind, sind sie bereits in kleinen Stückzahlen und Testmustern erhältlich. Komponenten gibt es auf.
[8] Die Strommessung mit einem Shunt ist mit dem Aufkommen von Stromsensoren (diese bieten zudem eine Potentialtrennung) etwas zurückgegangen, Shunts sind jedoch eine preiswerte und genaue Methode der Strommessung und werden außer in Messgeräten auch in Leistungselektronik -Baugruppen zur Stromüberwachung und -regelung eingesetzt. Niederinduktive Bauformen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Vierleiter-Meßwiderstand mit geringer Induktivität Soll eine Stromstärke mit kurzen Anstiegszeiten oder hohen Frequenzen gemessen werden, müssen spezielle Bauformen mit geringer parasitärer Induktivität eingesetzt werden. Axiale oder noch schlechter axial gewickelte Widerstände sind dann nicht einsetzbar. Besser geeignet sind bifilar gewickelte Widerstände oder spezielle Bauformen, wie der koaxiale Shunt, der aus zwei ineinander gesteckten Röhren besteht, die in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen werden. [9] [10] Weitere niederinduktive Bauformen sind der Möbius-Widerstand oder wellenförmige Widerstandsfolien.
Diese Bauelemente werden – auch in diesen Anwendungen – im üblichen Sprachgebrauch aber nicht als Shunt bezeichnet. Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Wiktionary: Shunt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-92226-1. Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] ↑ IEC 60050, siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE: Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch IEV. Eintrag 151-13-32. ↑ IEC 60050 – IEV [1] Eintrag 313-09-04. ↑ a b DIN EN 60617–4:1996 Graphische Symbole für Schaltpläne – Teil 4: Schaltzeichen für passive Bauelemente, August 1997, Eintrag 04-01-10 ↑ Rupert Patzelt, Herbert Schweinzer (Hrsg. ): Elektrische Meßtechnik. Springer, 2. Aufl., S. 305 ↑ ROHM Semiconductor: Shunt Widerstand (sic! ) [2] ↑ Messverstärker, Datenblatt mit Schaltplan [3] ↑ Messverstärker, Datenblatt mit Schaltplan [4] ↑ SMD-Strommesswiderstand, Datenblatt mit Bild [5] ↑ Klaus Schon: Hochspannungsmesstechnik: Grundlagen – Messgeräte - Messverfahren.
Durch das zu dieser Art von Shunt parallelgeschaltete Spannungsmessgerät wird nur ein meistens vernachlässigbar kleiner Strom abgeleitet. Anwendung zur Strommessung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Prinzip [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Bei großen Stromstärken, Richtwert größer 10 A, wird die Strommessung meist über eine Messung der elektrischen Spannung an einem Shunt mit einem Spannungsmessgerät ausgeführt. Diese Shunts sind oft ausgelegt auf eine Spannung von 60 mV oder 150 mV beim Nennwert der Stromstärke. Die Stromstärke im Shunt wird nach dem ohmschen Gesetz berechnet. Beispiel: Beträgt der Spannungsabfall 55, 0 mV über einem Shunt von 0, 500 mΩ, so beträgt die Stromstärke 110 A. Der Shunt wird in die Leitung des zu messenden Stromes eingebaut. Die an diesem Widerstand abfallende kleine Spannung wird gemessen. Die Übergangswiderstände in den Stromklemmen sind oft größer als der Messwiderstand, dabei quantitativ unbekannt. An den Klemmen fällt in erheblichem Maße Spannung von unvorhersehbarer Größe ab; deshalb wird die Messspannung am Shunt häufig über zwei zwischen den Stromklemmen liegende zusätzliche Spannungsklemmen (auch Kelvinklemmen oder Kelvin-Kontaktierung genannt) in Vierleiteranschluss abgegriffen.