Como medir a corrente de um motor DC

[marceloveit]

Olá.

A ideia não é tão simples como o título do tópico, mas vamos lá. Estou construindo um controlador de motor DC(de até 5A). Meu circuito consiste basicamente em uma ponte H controlada por um microprocessador. Faço o controle de potência através de PWM.

Quero controlar a corrente que esse motor puxa da seguinte forma: se aumentar demais o peso que a carga exerce sobre o eixo do motor, irá aumentar a corrente. Se a corrente subir acima de 5A eu desligo o circuito.

Mas como medir essa corrente?
Me veio na cabeça a ideia de colocar um resistor de baixa resistência e alta potência em série com o motor, para assim poder medir o valor de tensão sobre esse resistor e ter o valor da corrente.

Pus o circuito em prática, e eis que surge o meu problema. Obviamente, o motor gera uma ruideira danada, e fica impossível de ler o valor de tensão sobre o resistor.

Como eu posso eliminar este ruído? Lembrando que: Uso PWM para controlar a potência do motor, logo não posso usar capacitores em paralelo, pois isso iria linearizar meu sinal, acabando com o princípio do PWM.

Outros métodos para medir a corrente também são bem vindos.

Desde já, grato.

[aphawk]

@marceloveit,

 

Não é nada complicado. Faça um divisor resistivo, e ligue ele em paralelo com R111. A parte de cima do divisor, use um de 100 ohms. Na parte de baixo, use um de 1K. Em paralelo com esse de 1K, coloque um capacitor eletrolítico, vai ter de experimentar valores para ver qual fica melhor, eu começaria com um de 47 uF, e vai aumentando, e veja se fica estável a leitura. voce vai ler a tensão sobre esse capacitor. Quanto maior o capacitor, menor o ripple da leitura. 

 

Paulo

[MatheusLPS]

@marceloveit

 

Boa pergunta. Eu mesmo nunca medi corrente dessa forma. Encontrei algumas discussões sobre o assunto. Espero que seu inglês esteja em dia:

 

http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=128686&view=next

 

Falou

[aphawk]

@MatheusLPS,

 

Opa... voce lendo AVRFreaks ???? Uau hehehehe !

 

@marceloveit,

 

Pode ser que sua ponte H tenha o pino de sensor de corrente, seria a maneira mais simples.

 

Pode-se usar também um ACS qualquer da vida, ( sensor de corrente) , eliminaria o resistor sensor, mas teria de "linearizar" com um RC a saída dele da mesma maneira.... então eu ficaria com o resistor shunt que voce usou.

 

Talvez tenha de usar um amplificador operacional para aumentar o sinal para ter uma resolução maior na medida pelo seu ADC.

 

Paulo

[MatheusLPS]

@aphawk,

Percebi a algum tempo que o bom conhecimento vem de fontes onde menos esperamos. Leio de tudo. Mesmo não possuindo nenhum microcontrolador diferente dos PICs, sempre estou antenado.

E se tratando e uma dúvida mais genérica ligada mais à eletrônica do que aos uC, qualquer forum pode ajudar.

Só para ilustrar, quando eu estava aprendendo a usar o MAX7219, estava tendo dificuldade no mode de conversa com ele pelo CCS. Descobri como fazer no forum do PICAXE! Nada a ver (http://www.picaxeforum.co.uk/showthread.php?17637-Max7219-Cascade , post 10).

Falou

[marceloveit]

Bom, minha ponte H na verdade é um L6203(http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/1373.pdf). Não quis postar antes pra não complicar. Mas sim, ele tem um pino de Vsense ligado a um resistor. O Vsense é basicamente o "fim" da ponte H, e o resistor ligado nele nada mais é do que um resistor ligado em série com o motor(como eu havia postado antes).

@MatheusLPS dei uma olhada no link, eles falam em usar um ampop pra amplificar a tensão sobre o resistor, como o @aphawk falou.

Então o que eu fiz:

-Coloquei um ampop para amplificar a tensão sobre o resistor, amplifiquei em 10x.

-Como o ampop tem uma alta impedância de entrada, eu "linearizei" a saída colocando um capacitor e o PWM sobre o motor não foi afetado.

 

Agora eu tenho um sinal linear na saída do ampop, que varia de acordo com a corrente do motor. Basta eu colocar um comparador pra quando a corrente passar de "tal" valor desligar meu circuito certo?
O chato é que eu tenho que considerar a corrente de partida do motor.

Dúvida:

Meu motor ta trancado e a corrente subiu. O valor dessa corrente é maior do que a corrente de partida dele certo? Ou não?

[MOR_AL]

Bom.

Colocar um capacitor para filtrar o ruído introduzido pelo motor funciona em parte. O capacitor, que na verdade faz parte de um filtro RC, tem que ser bem definido. Não deve filtrar a subida da corrente no motor, mas deve filtrar os transientes (ruídos) gerados pela comutação das escovas.

Tem muita fonte chaveada que possui o tal divisor resistivo com o tal capacitor. Mas na maioria das vezes a frequência de chaveamento é fixa, só variando o delta. Com isso torna-se simples usar o tal filtro.

No caso do motor acredito que o ruído acontece em uma faixa de frequências relativamente maior e mais próxima das frequências que se deseja monitorar.

Isso é um problema.

Nas fontes chaveadas costumam colocar um transistor NPN, emissor à terra e base na saída do filtro. Assim, o coletor pode ativar um pino do uC por meio de um resistor pull up.

Também tem circuitos integrados para fontes chaveadas, que possuem o tal transistor, agora um PNP, na parte superior da tensão de alimentação.

Só complementando. Os motores dc são melhor controlados não com fontes de tensão, mas com fontes de corrente.

Quanto ao início, quando a corrente for maior, comece com um delta pequeno e vá aumentando, e/ou bloqueie momentaneamente a interrupção.

Em último caso, coloque um fusível na linha de alimentação do motor. Se bem calculado, ele faz o papel do filtro passa baixas e também abrirá antes do motor queimar. Também existem fusíveis rápidos.

MOR_AL

[aphawk]

@MatheusLPS,

 

É verdade, eu também leios muitos fóruns diferentes, independentes do tipo do microprocessador. Sempre aparece uma postagem interessante e a gente vai aprendendo.

 

@MOR,

 

No caso o controle está sendo por PWM, então eu assumí também que a frequencia é fixa. Porisso que o RC funcionará bem.

 

Paulo

[MOR_AL]

@MatheusLPS,

...

@MOR,

 

No caso o controle está sendo por PWM, então eu assumí também que a frequencia é fixa. Porisso que o RC funcionará bem.

 

Paulo

 

É verdade!

Andei consultando alguns sítios e observei que quando a frequência do PWM for bem maior que a da variação da corrente a se medir, a filtragem RC fica mais eficiente.

Procurando no Google por "Motor cc PWM" e selecionando "Imagens", se encontra muitas formas de onda da corrente. Algumas comparam as frequências do PWM com a corrente.

Tem muita informação. Mesmo a maioria estando em inglês, dá para se avaliar os gráficos, pois as unidades são as elétricas e os valores são numéricos, como mundialmente consagrado.

MOR_AL

[Agricio]

Lamento informar que se a corrente aumentar além do que aguenta o transistor ou mosfet, os mesmos entrarão em curto e o motor irá disparar. Vejo isso direto e reto em esteiras das melhores qualidades e não há circuito de proteção que contorne isso, Para isso foi criado a chave de proteção que fica presa ao corpo do individuo para que qualquer alteração a chave se desligue com o tranco no corpo do mesmo.

Detalhel: há circuitos onde essa chave fica em série com o motor e há circuitos onde desliga a alimentação.

 

Qualquer coisa fora disso é utopia.

 

Agricio

[aphawk]

@Agricio,

Não concordo. Basta usar uma ponte H dimensionada para suportar a corrente de curto do motor, e ela nunca irá se queimar. O que eu ví acontecer de monte é o motor pifar quando fica travado.

Se seu motor é muito potente, basta fazer a ponte H com mosfets discretos, tem alguns que suportam mais de 100A !

Creio que a intenção do autor do post é exatamente a de proteger o Motor, e não a ponte H. Se o motor travar, a corrente será muito alta, e ele vai desligar a ponte H.

Paulo

[marceloveit]

@Agricio,

Não concordo. Basta usar uma ponte H dimensionada para suportar a corrente de curto do motor, e ela nunca irá se queimar. O que eu ví acontecer de monte é o motor pifar quando fica travado.

Se seu motor é muito potente, basta fazer a ponte H com mosfets discretos, tem alguns que suportam mais de 100A !

Creio que a intenção do autor do post é exatamente a de proteger o Motor, e não a ponte H. Se o motor travar, a corrente será muito alta, e ele vai desligar a ponte H.

Paulo

Exato. 

Acho que alguns colegas aqui não entenderam, mas a última frase do @aphawk meio que resume minha ideia.

Meu controlador não vai ser feito pra trabalhar com tanta potência assim. Como eu falei, 5A no máximo.

Além da sobrecorrente ele vai controlar o sentido de giro e potência por PWM. Tudo por microcontrolador + ponte H.

O problema do ruído já resolvi. Filtros RC não me adiantaram, talvez eu não soube calcular corretamente, mas tentei fazer de acordo com o datasheet da ponte H. O que resolveu foi usar amplificadores operacionais, como eu havia comentado anteriormente.

E o problema de ter que considerar a corrente de partida do motor(para ele não ler como se o motor tivesse em curto) também foi resolvido. A corrente de curto só vai ser considerada após 2s de leitura acima do limite do comparador, assim não vai pegar aquele pico de corrente da partida do motor e nem os picos que acontecem ao aumentar a potência por PWM de forma "rápida". Creio que 2s em sobrecorrente não será problema para o motor e nem para minha ponte H(que terá boa dissipação de calor, além de ventilação com cooler).

Terei que tomar cuidado no roteamento da placa, pois ruído aqui é meu maior "inimigo". Vou separar a parte digital da de potência, evitando ao máximo que o ruído chegue ao meu microprocessador. Já tive problemas em que meu controlador "pendurava" ao chegar em determinado nível de potência, era até engraçado. Funcionava de 0 a 96%, e de 98% a 100%, mas no maldito 97% teimava em pendurar! Fui ver era problema de roteamento. Tinha um capacitor de filtro da parte digital próximo ao GND de potência, e acho que quando o motor chegava aos 97% gerava alguma ressonância com a frequência e me quebrava tudo, hehe.

Obrigado a todos que ajudaram até agora. Críticas e sugestões são bem vindas.

[aphawk]

@marceloveit,

 

Oi meu amigo, voce poderia postar para o Fórum esse circuito com os operacionais ? Assim outros com o mesmo problema terão uma solução aprovada em campo !

 

Paulo

[MatheusLPS]

@marceloveit

 

Recomendo o uso de acopladores opticos entre a parte de controle e a de potência.

 

Falou