Hallo, für das NiMH Ladegerät, das ich gerade baue möchte ich den Ladestrom variabel einstellen und begrenzen können. Um den Ladestrom zu messen möchte ich den Spannungsabfall über einen 0,02Ohm Widerstand messen (den habe ich aus einem Notebookakkupack ausgebaut). Mehr als 1A Ladestrom sind für's erste nicht vorgesehen und weil U=0,22*1 sehr wenig ist um mit dem Mega32 direkt zu messen möchte ich diese Spannung verstärken. Der Mega32 hat ja einen zuschaltbare Verstärkungsfaktor von 10 oder 200. Soweit ich gelesen habe gilt der aber nur für Differential-Messungen und auch funktioniert garantiert auch nur im TQFP oder MLF Gehäuse. Ich habe leider die DIL Variante. Im Atmel App.note #450 ist ein Ladegerät beschrieben, bei dem dieser Strom mittel LM358 um den Faktor 49 verstärkt wird. Atmel verwendet 33kOhm und 680Ohm, ich habe 30kOhm und 620Ohm gewählt und komme so ziemlich genau auf den gleichen Wert (1+(R1/R2)). Den Ausschnitt aus dem Appnote-Schaltplan habe ich begefügt und den Bereich, den ich nachbaue blau umrandet. Viel kann man da auf den ersten Blick nicht falsch machen, aber wenn ich nun den LM358 mir 5V beglücke (Ob Schaltnetzteil oder 4 Mignon Akkus spielt keine Rolle) gibt er mir am Ausgang1 (Pin1) 118mV aus, obwohl KEIN Strom durch den Messwiderstand fließt (beide Enden auf GND). Lasse ich durch einen 47Ohm Widerstand nun 106mA fließen (I=5V/47Ohm) messe ich am Ausgang 138mV. Zwei 47Ohm Widerstände parallel ergeben 212mA und gemessene 168mV am Opamp. Und hier weiß ich nun nicht mehr was läuft. 118mV... hmm ok der Opamp verstärkt mit dem Faktor von 49. - 118mV/49=2,4mV (nach dem Ohm'schen Gesetz die Spannung am Messwiderstand) - I=0,0024V/0,02Ohm I=0,12A !!! Soll das heißen dass 120mA durch den Messwiderstand fließen obwohl beide Seiten an GND klemmen? Da kann doch irgendwas nicht stimmen. Wenn ich den Strom zurückrechne, der beim 47Ohm Widerstand gemessen wird komme ich auf 170mA (106 wären richtig). Wie kommt es zu diesen seltsamen 118mV die eigentlich 0mV sein sollten? Hier gibt's doch bestimmt sehr viele Leute die sich mit der Thematik gut auskennen :)
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Wäre erstmal anzumerken, dass der Mega32 auch die Differenzeingänge mit zuschaltbarem Verstärker besitzt, die in der AN beim Tiny15 benutzt werden. Was die OPs überflüssig macht.
Ooops, sorry, hatte das mit den Diff-Eingängen bei dir überlesen. Drin sind sie aber auch in der DIL-Version, nur nicht getestet.
OPs sind nicht ideal. Der LM358 hat eine Offset-Spannung, also einen eingebauten Messfehler, von typ 2mV. Du musst folglich die Schaltung so dimensionieren, dass die Spannung über dem Messwiderstand im interessanten Messbereich einen Grössenordnung darüber liegt. Und darfst andererseits nicht erwarten, dass bei einem Zehntel des Messtroms irgendwas sinnvolles herauskommt. Und wenn Atmel die Schaltung für 2A dimensionert, damit auf 0,033 Ohm kommt, solltest Du folglich einen entsprechenden grösseren Messwiderstand verwenden, nicht einen kleineren.
Vbat2 wird doch direkt über dem Akku gemessen. Somit ist es - von der Energiebilanz mal abgesehen - egal, ob am Strommesswiderstand nun 1mV, 10mV, 100mV oder 0,5V abfallen. Ob der LM358 mit Spannungen nahe GND klarkommt, weiss ich jetzt nicht. Muss man mal im Datenblatt nachsehen. Wird er aber können, bei Atmel haben sie den ja auch verwendet. Ich würde der Einfachheit zwei 0.1 Ohm Widerstände parallel schalten. Sind dann 50mOhm. Sind bei 1Ampere 50mV. Das ganze dann etweder mal 51 verstärken. Macht dann bei 1A ziemlich genau 2,55Volt. Allerdings solltest Du überlegen, den Offset, der ja beim LM358 nun mal vorhanden ist, wegzuregeln. Oder den Shunt soo groß machen, das die Verstärkung mitm OPV deutlich kleiner ausfallen kann, dann stört auch der Offset nicht mehr so sehr. Wenn der Shunt in der positiven Leitung zur Strommessung benutzt wird, schaltet man zumeist einen Spannungsteiler vor dem Shunt gegen Masse und hinterm Shunt einen Spannungsteiler gegen Masse. Damit wird erreicht, das beide Eingänge des OPV halbe Betriebsspannung sehen. Zwar halbiert sich damit auch der Spannungsabfall am Shunt, aber das Brückengleichgewicht lässt sich sehr viel besser einstellen (Offsetkompensation). Das kannst Du auch machen: Einen Spannungsteiler 2x10K oderso vom Shunt nach PLUS und einem hinterm Shunt nach PLUS. an die Mittelabgriffe kommen deine Eingaänge vom OPV. So kannst Du mit einem der vier 10kOhm Widerstände als Einstellregler den Offsetfehler ausgegeln. könntest Du--
"egal, ob am Strommesswiderstand nun 1mV, 10mV, 100mV oder 0,5V abfallen" Nein, ist es eben nicht. Wie Marco ja selber schon festgestellt hat, nur die Ursacher nicht erkennt. Siehe Grundlagen Operationsverstärker. 2mV Offsetspannung heisst, dass man bei 0mV Differenz am Eingang und einer Verstärkung von 50 eine Ausgangsspannung von +/-100mV erwarten darf. QED. Im Datasheet sind es 2mV typ 5mV max, d.h. die 2,4mV sind ganz im Rahmen der Spezifikation. Übrigens hat Atmel nicht ohne Grund bei der Tiny15 Variante einen rund zehnmal grösseren Messwiderstand verwendet. Der Tiny hat nämlich eine Offsetspannung von max 40mV. "Ob der LM358 mit Spannungen nahe GND klarkommt, weiss ich jetzt nicht." Ja, der schon.
@A.K. und Axel: Danke für eure Tipps! Jetzt wundere ich mich nicht mehr über die Ergebnisse weil es jetzt weiß welche Ursache sie haben :) Ich habe jetzt einen 0,1Ohm Widerstand hervorgekramt und entgegen Atmels Empfehlung mit MUX=9 10x Diff.verstärker zwischen AD0 und AD1 hergestellt. AD0 liegt auf GND, AD1 ist an der Mittelanzapfung eines Potis (5V/GND) angeschlossen. Der AD liefert mir einen Wert von 180 bei gemessenen 170mV. 5V/512bit*180/10(Gain) sind 175mV falls ich mich jetzt nicht verrechnet habe und damit "ganz ok". Gleich mal sehen was der LM358 dazu sagt... @Axel: Dein Vorschlag wird ja so ähnlich von Atmel im angesprochenen Appnote beim Tiny15L durchgeführt. Da gehen beide Spannungsteiler (33k/10k) vom Shunt nach GND... kannst du mir den Sinn davon erklären? Ich steige da noch nicht so ganz durch.
Spannungsteiler: Damit werden die Inputs in die zulässige Region geteilt. Der LM358 kann zwar bei den Inputs bis unter GND runter, aber nicht annähnend an VCC ran.
Die Offsetspannung kannst Du freilich auch softwaremässig kalibrieren. Einfach vom Ergebnis den Messwert bei Strom=0 abziehen.
Und wenn ich durch den 0,1Ohm Widerstand wieder 106mA fließen lasse, messe ich mit dem DMM 11mV und am Opamp Ausgang 580mV. 580mV/49=11,8mV = happy :) Jetzt gilt es "nur noch" den Atmega dazu zu überreden über AD1 1-2 pro Minute die Spannung zu messen und den Buck-converter so zu regeln dass der eingestellt Strom konstant bleibt. Welche Methode würdet ihr verwenden? Interner Diff.verstärker oder Opamp? Viele Grüße, Marco
Bleib beim internen OP und korrigiere ggf. per Software gelegentlich die Offset-Spannung. Denn: Rechne mal aus, was bei den angepeilten 1000mA am OP hinten rauskommen sollte... Oder geh runter mit der Verstärkung. Mehr als ~3,5V gibt der OP nicht her. Wobei die Atmel'sche Beschaltung mit Messung im oberen Zweig ja den Vorteil hat, dass der zweite OP auch entfällt.
Um auf eine niedrige Ausgangsspannung zu kommen empfiehlt sich ein Pull-Down von max 10k am Ausgang nach Masse (wird z.B. beim LM324 so gemacht). Das Datenblatt gibt die min Ausgangsspannung mit einem RL von 10kOhm an. Arno
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