Prekidačka pogonska kola sa PWM kontrolom struje su široko korišćena u upravljanju motorima zato što daju najbolje performanse. U takvim kolima važno je precizno meriti struju opterećenja. Ovoj tekst predviđa teorijski pregled rešenje ovog problema kroz prikaz mogućih načina rešenja.

Kada je potrebno kontrolisati i pogoniti elektromagnetni aktuator, precizno merenje struje opterećenja je osnovni ključ funkcionisanja svakog sistema. Međutim, merenje struje nije jednostavan zadatak. Postoji više načina merenja struje, od kojih su najpoznatiji sledeći:

• merenje preko strujnog mernog transformatora,
• merenje struje korišćenjem Holovog efekta (E. N. Hall),
• merenje struje pomoću ugrađenog mosfeta (samo za integrisana kola) i
• merenje struje mernim šant otpornikom.

Merenje struje korišćenjem Holovog efekta

Ako se uzme u obzir da robotske aplikacije ne zahtavaju velike struje, onda prve dve varijante nisu upotrebljive. što donekle važi i za aktivne pretvarače na bazi Holovog efekta (Lem sonde – Lem kompanija je najpoznatiji proizvođač ovih senzora slika 1.).

Drugi razlog zašto se Lem sonde ne koriste za pogonska kola ovog tipa je njihova visoka cena. Prednosti su merenje struje bez prekidanja strujnog kola i mogućnost primene za AS i DC signale, a mane su, osim cene, manja tačnost u odnosu na metodu sa šant otpornikom. Na slici 2. prikazan je izgled Holove (Lem) sonde.

Merenje struje pomoću ugrađenog mosfeta

Interesantan je način merenja struje preko ugrađenog mosfet tranzistora u nekim integrisanim H-mostovima. Primer ovakve komponente je LMD18200 prizvođača National Semiconductor. Unutrašnji tranzistori su DMOS tipa. Svaki DMOS snažni tranzistor se u stvari sastoji od mnogo malih paralelno povezanih ćelija. Zbog pozitivnog temperaturnog koeficijenta provodne otpornosti svake ćelije, ukupna struja kroz prekidač se skoro ravnomerno raspoređuje po svakoj ćeliji. Neke od ovih ćelija su odvojene i čine udvojeni (dupli) tranzistor (slika 3.), a njihova struja je skalirana u odnosu na struju prekidača.

Ova strujna zaštita je vrlo laka za korišćenje i dosta je precizna. Ako ovo kolo ima ugrađenu strujnu zaštitu, zašto onda projektovati novo od diskretnih komponenti? Zašto ne koristiti gotove čipove kojih na tržištu ima puno i tako uštedeti vreme i novac? Postoji više odgovora na ova pitanja. Prvi, iako ovakvih rešenja ima puno, većina nije u stanju da obezbedi potrebnu struju za postojeće motore. Ovo je donekle i razumljivo, jer bi se za veću struju pojavio problem disipacije snage. Drugi razlog je nemogućnost nalaženja ovih rešenja na našem tržištu.

Merenje struje mernim šant otpornikom

Merenje struje mernim šant-otpornikom ima svoje prednosti i mane. Merni šant se vezuje redno u kolo, između sorseva donjih tranzistora H-mosta i mase (slika 3.). Struja koja protiče kroz šant stvara pad napona koji je proporcionalan merenoj struji. Usled PWM pogona motora, javiće se struja čija talasnost može da dostigne velike vrednosti. Merni otpornik mora biti u stanju da podnese disipaciju. Otpornost šanta je mala (tipično 1Ω i manja). Stoga se koristi otpornik velike snage koji je skoro uvek velikih dimenzija. Merenje struje preko šanta predstavlja najbolje rešenje što se tiče tačnosti, ima veliki propusni opseg i malu faznu grešku (L≈ i S su ≈približno nula). Dobre osobine šanta su još i velika linearnost, zanemarljivi povratni uticaj opterećenja i veliki opseg merenih struja.

---

Izvor:
Evgenije Adžić, Mirko Raković, Živorad Mihajlović
Elaborat tima BREBRE za robotsko takmicenje Eurobot 2004 god.