Hブリッジ、AD変換

質問

この問題の考え方を教えて下さい
以下のようなトランジスタを用いたHブリッジ回路がある。
(1) 24Vで駆動するモータがある。このモータに流れる電流を監視するためにシャント抵抗を設けたい. 適切な場所はどこか？
(2)モータの電流3Aまでを, 最大5Vの10bitのA/D変換で計測する。電流計測値の分解能は何Aか？　シャント抵抗を0.1Ωとする。
(3)シャント抵抗の耐圧

(1)について
モータの直後か直前に設けるのですか？
(2)について
入力が3AのときAD値は1023*(3/5)=613.8になりますが, 3/613.8が分解能になるのですか？
(3)について
3[A] * 0.3[V] = 0.9[W]で合ってますか？

よろしくお願いします。

回答No.2

nekonynan · ベストアンサー

１．
シャント抵抗は、当然対象回路に直列に付けることに成ります。理論上は、モータの前後どっちでもいいが実際は直後が多い。

２．
最大３Aなので、シャソン抵抗に掛かると電圧は　0.1Ω×３Aで最大測定電圧は、０．３Vとなります

最大5Vの10bitのA/Dであれば、１０ビットは１０２４段階の測定ができる　０Vがが測定するので・・・

０ビットが０V 1024が５V　間は１０２３となるので

　５V÷1023＝　５／1023V　が１段階

　　したがって　（５／１０２３）V÷０．１Ω＝（５０／１０２３）が最小分解電流となる

３．
　安全率は無視をすると仮定して　最大流れる電流は３Vなので

　０．１Ω×３A＝０．３V

　シャント抵抗の耐圧を効いてますよ・・・

お礼

ありがとうございます！
理解出来ました

回答No.3

tadys

（１）
これはなかなか難しい問題です。
教科書的な回答はモーターにシリーズに入れるです。
この場合、次のような問題が発生します。
電流３A、シャント抵抗０．１Ωとすると信号電圧は０．３Vですが、
シャント抵抗の片側の電圧は０Vと２４Vの間で変化します。
抵抗両端の電圧は、０V／０．３Vの場合と２４V／２３．７V、およびこれらの中間の場合があります。
当然のことながら、２４Vの電圧を５VのA/D変換器に入力することは出来ません。
抵抗両端の電圧を計測するためには両端の電圧を同時に測って差をとる必要があります。
この場合、二つのA/D変換器の特性がまったく同じ必要があります。
これらの問題を解決するには差動信号をシングルエンド信号に変換する必要があります。
変換回路の例はこちらが参考になります。
http://www.linear-tech.co.jp/product/LTC6104
http://www.st.com/web/jp/jp/catalog/sense_power/FM123/SC1264
双方向の動作が必要です。

モーターにシリーズに入れるのは何かと面倒です。
それを解決する方法はシャント抵抗を下側のトランジスタのエミッタとグランドとの間に入れる方法です。
抵抗に発生する電圧は０～０．３Vの電圧になるのでこれを５Vまで増幅します。
抵抗が２個必要です。
二つの測定値には差が発生しますが、それはソフトウエアで補正するようにします。
補正値を記憶できるマイコンを使用しましょう。

（２）
１０ビットですから１０２４種類のデータに変換されます。
分解能は３／１０２４です。
シャント抵抗の抵抗値は分解能には関係しません。

（３）
耐圧は回路の電圧と等しい２４V以上が必要です。
それよりも注意が必要なのは消費電力です。
０．１オームの抵抗に３Aの電流が流れると０．１Ω×３A＾２＝０．９Wの電力が消費されます。
通常、実際の消費電力の２倍以上の許容値の抵抗を使用します。
また、発熱で抵抗値が変化するような抵抗を使うと誤差の原因になります。
十分に余裕のある抵抗を使って放熱に注意する必要があります。

お礼

詳しい回答ありがとうございます。

回答No.1

86tarou

１：普通は、３と４のトランジスタのエミッタが接続されたところとＧＮＤの間に割って入れます。ＧＮＤを基準にしてモーターに流れる電流を計測しますので。

２：シャント抵抗が0.1Ωで、３Ａを流せば最大0.3Ｖ発生します。これを普通増幅することが多いですが、そのまま５Ｖ10ビットのＡＤ変換器に入力するのであれば、50mAくらいの分解能しかないでしょう。10ビットの６％（0.3Ｖ÷５Ｖ）くらいしか使ってないですので（なので、普通はもっと増幅する）。

３：耐圧というなら（耐）電圧のことになります。そうではなくて消費電力ということならその計算になりますが、実際に使う抵抗はその数倍の余裕をみます。これは電力を消費することによって熱が発生し、それによって電力軽減をしないといけない場合があります（通常70℃超）。また、モーターがロックしたりショートしたりすることを考えると、それに合わせた大きな抵抗が必要となるでしょう。