Strommessung bis 2 Ampere

Shuntmonitor für High-Side Strommessung

Im hier dargestellten Schaltplan aus dem Datenblatt des AD8217 (datasheet) ist die vereinfachte Funktion, bzw. Beschaltung des Shuntmonitors dargestellt.

Funktionsbeschreibung

Wie aus dem Datenblatt zu lesen verstärkt der IC die Differenzspannung über den Shuntwiderstand R1 um den Faktor 20. Die Spannungsversorgung läuft via IN+ Pin mit mindestens 4,5 Volt. Die Ausgangsspannung des AD8217 ist aber noch viel zu gering um mit einem ADC eines Mikrocontrollers sinnvoll gemessen zu werden. Deshalb wird diese, mit dem OPA2132, noch weiter verstärkt.

Am Punkt "Vmess" liegt nun je nach Strom eine Spannung von 0 - 3,3 Volt an. Mit dem ADC eines Mikrocontrollers kann diese Spannung gemessen und auf den Strom zurück gerechnet werden.
Die Anweisung:
.tran 0 10m 0 10u führt eine Simulation von 0 - 10 ms durch mit der Schrittweite von 10 us.
.step oct param R 5 66 4 führt während der Simulation eine logarithmische Veränderung des Lastwiderstands R3 durch. Hier von 5 - 66 Ohm mit 4 Punkten pro Octave.

Simulationsergebnis

Hier fällt sofort auf das bei ca. 2,4 Ampere knapp 3,3 Volt an Vmess anliegen. Dies soll als eine Schutzfunktion für den ADC des Mikrokontrollers dienen. Der maximal zumessende Strom ist 2 A welche am ADC mit ca. 2,7 Volt abgebildet werden. Würde hier 3,3 Volt anliegen, würden höhere Ströme zu Schäden am ADC führen.
Durch diese Reserve sollen z.B. Einschaltstöme oder sonstigen Stromspitzen, den ADC nicht sofort beschädigen.

Wie hier zu erkennen, beträgt die Spannung über den Shunt "V(VP_12V,Vout)" nur wenige Millivolt. Nach dem AD8217 beträgt Spannung immerhin im Maximum schon ein halbes Volt.

Fazit

Ich habe diesen Shuntmonitor noch nachträglich in meiner Bachelorarbeit (Labornetzteil) eingebaut und bin mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Leider habe ich keine Fotos von Messergebnissen oder dem Aufbau gemacht. Einzig die minimale Betriebsspannung von 4,5 Volt machte den IC bei drei Ausgangsspannungen des Netzteils nicht nutzbar.
Ach ja, der Chip kommt im SMD-Gehäuse. Klein aber lötbar, auch auf ner 2,54 mm Lochrasterplatine wenn man die Kupferaugen teilt.