Hallo Zusammen, ich bin an der Entwicklung eines nicht-invertierenden Verstärkers, der die Messspannung eines Shunts (100A/60mV) möglichst präzise verstärken soll. Im Netz habe ich viele Informationen zur Auswahl eines für die Anwendung passenden OPs und der richtigen Dimensionierung der notwendigen Widerstände gefunden. Ich habe aber noch nichts darüber gefunden, was bei der Versorgungsspannung des OPs zu beachten ist. Bei früheren Projekten habe ich oft einen DCDC-Wandler verwendet, um eine symmetrische Versorgungsspannung zu erhalten. Die beiden Spannungen habe ich einfach mit einem Elko gepuffert. Das hat bislang immer gut funktioniert. Bei diesem Projekt will ich aber sicher sein, dass ich damit nicht an Genauigkeit verliere. Was haltet ihr davon bzw. welche Erfahrungen habt ihr damit bereits gemacht? Danke!
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Matt B. schrieb: > ich bin an der Entwicklung eines nicht-invertierenden Verstärkers, der > die Messspannung eines Shunts (100A/60mV) möglichst präzise verstärken > soll. Wenn es präzise sein soll, dann muss Du definieren was Du darunter verstehst. > die Messspannung eines Shunts (100A/60mV) Welcher Strom? Wechselstrom (Frequenz), Gleichstrom? Für mich wäre die Drift wichtig, ggf. low noise und ein geringes CMRR. Sieh mal hier: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina333.pdf Offset Trimming, siehe Bild 33. Für Wechselstrom was automatisches, Bild 37. Zum Blocken der Versorgungsspannung hat man 0,1µF vorgesehen. Sollte wie üblich auf sehr kurzem Wege passieren. Wenn Du sonst noch bedenken hast, dann könnte man ja einen rauscharmen LDO einsetzen. Wichtig wäre dann vermutlich noch ein gutes geschirmtes Gehäuse. Die 100A sollten nicht zu nahe an der Schaltung vorbei fliessen. Gruss Klaus.
Eigentlich gibt's auch dafür eine Angabe im DB, was dann gelegentlich als PSRR (Power-Supply Rejection Ratio) angegeben wird. Welchen OpAmp hast Du denn vorgesehen?
Hallo, also bislang habe ich mich noch nicht auf einen konkreten OP entschieden. Hier noch ein paar Details zur Anwendung: Messsignal: Gleichstrom Shunt: 100 A / 60 mV ADC: AD 7680 -> 16 bit, 100 kSps, Versorung: 3,3V Samplefrequenz: 100 Hz Auflösung: 10 mA Gerade habe ich noch den 'AD 8217 B' (Zero-Drift Stromshunt Monitor) bei Reichelt gefunden. Der bezieht seine Versorgungsspannung direkt von der Messspannung. Dabei wird diese laut Datenblatt mit rund 800µA belastet, was bei meiner Anwendung absolut kein Problem darstellen würde. Dass der Shunt im positiven Zweig platziert werden muss, ist auch kein Problem. Hier noch ein paar Daten zum AD8217B: Gain: 20 Gain Drift: +/- 5 ppm/°C Offset Drift: +/- 100 nV/°C CMRR: 100 dB Ohne jetzt auf langjährige Erfahrungen zurückgreifen zu können, klingen die Werte für mich eigentlich recht gut. Der Haken an der Geschichte ist, dass er eine nicht veränderbare Verstärkung von 20 besitzt. Da der Shunt eine maxmimale Spannungsabfall von 60 mV besitzt käme ich am ADC damit lediglich auf einen Spannungshub von 1,2 V. Versorgung ADC: 3,3 V Spannungshub Messsignal: 60 mV * 20 = 1,2 V Auflösung: 100 A / (1,2 V/3,3 V * 65536) = 4,2 mA Die geforderte Auflösung wäre damit erreicht... Gibt es Einwände oder Ratschläge dazu?
Hallo, 60mOhm an 100A macht 6V Messspannung mit 600W Verlustleistung? Soll das wirklich so sein? Das ist doch kein Messshunt, sondern eine Heizung. Ich würde da mind. eine, besser bis 2 Größenordnung darunter gehen. Als Messverstärker empfehle ich z.B. AD857x Die sind noch recht preisgünstig, einfach zu benutzen und haben einen winzigen Offset (1uV) und noch winzigere Offsetdrift (0,005uV/K). Wenn die nicht reichen, dann gibt es auch noch Chopperstabilisierte OPV mit Zero-Drift, aber ich denke das muss gar nicht sein. Für neg. Stromversorgung nehme ich gerne auch Ladungspumpen, z.B. ICL7660 oder irgend was anders. da gibt es einige. Die Versorgungsspannung sowie das ganze Design muss natürlich sauber ausgeführt sein. Ansonsten ist die CMR so gewaltig, dass da keine hohen Anforderungen an die Stabilität der Spannung gestellt werden. Andere Probleme wie elektrisches Übersprechen und Fehler auf Grund von Masseschleifen spielen da wohl eher eine Rolle. Gruß Öeletronika
Keine Sorge, der Shunt den ich nehmen will ist ein Standardshunt der bei 100A einen Spannungsabfall von 60mV verursacht. Demzufolge besitzt er einen ohm'schen Widerstand von 0,6mOhm. Bei 100A werden also 6 Watt verbraten ( 100A * 0,06V )...
Matt B. schrieb: > Hallo, > > also bislang habe ich mich noch nicht auf einen konkreten OP > entschieden. > > Hier noch ein paar Details zur Anwendung: > > Messsignal: Gleichstrom > Shunt: 100 A / 60 mV > ADC: AD 7680 -> 16 bit, 100 kSps, Versorung: > 3,3V > Samplefrequenz: 100 Hz > > Auflösung: 10 mA > > Gerade habe ich noch den 'AD 8217 B' (Zero-Drift Stromshunt Monitor) bei > Reichelt gefunden. Der bezieht seine Versorgungsspannung direkt von der > Messspannung. Dabei wird diese laut Datenblatt mit rund 800µA belastet, > was bei meiner Anwendung absolut kein Problem darstellen würde. Dass der > Shunt im positiven Zweig platziert werden muss, ist auch kein Problem. 100A/0,01A = 10.000 => Ein 'guter' 14-Bit ADC würde hier reichen, oder sogar ein 12-Bit-ADC mit entsprechendem Oversampling. > Hier noch ein paar Daten zum AD8217B: > Gain: 20 > Gain Drift: +/- 5 ppm/°C > Offset Drift: +/- 100 nV/°C > CMRR: 100 dB Seine 'Initial Accuracy' liegt bei 0,1%, was schon 100mA bei 100A entsprechen würde. Dann kommen noch seine 'Offset Voltage' von max. ±350µV hinzu, was bei Deiner weiter unten errechneten finalen Messspannung von 1,2V einen weiteren Fehler von ~0,03% ergeben würde. > Ohne jetzt auf langjährige Erfahrungen zurückgreifen zu können, klingen > die Werte für mich eigentlich recht gut. > > Der Haken an der Geschichte ist, dass er eine nicht veränderbare > Verstärkung von 20 besitzt. Da der Shunt eine maxmimale Spannungsabfall > von 60 mV besitzt käme ich am ADC damit lediglich auf einen Spannungshub > von 1,2 V. > > Versorgung ADC: 3,3 V > Spannungshub Messsignal: 60 mV * 20 = 1,2 V > Auflösung: 100 A / (1,2 V/3,3 V * 65536) = 4,2 mA > > Die geforderte Auflösung wäre damit erreicht... Tja, die Auflösung vielleicht, aber nicht die Genauigkeit!!! Ohne passende Korrektur in Hard- und/oder Software wird das nichts mit der gewünschten Genauigkeit. Einen Schätzwert zu bekommen dürfte aber sehr wohl möglich sein. Der Vorschlag von Uwe M. mit dem AD857x (mit x=1 (single), 2 (dual) oder 4 (quad)) halte ich da für wesentlich erfolgversprechender. Dann noch ein paar Präzisionswiderstände mit 0,05% Toleranz und einem niedrigen TK und man erhält schon eher eine Messschaltung die auch ihren Namen verdient. > Gibt es Einwände oder Ratschläge dazu?
Eine weiter Möglichkeit wäre, einen höher auflösenden Wandler zu benutzen und dessen Eingangsspannungsbereich nicht vollständig auszunutzen. Haben wir z.B. gemacht mit einem 24-Bit-Wandler mit vorgeschaltetem Verstärker mit Verstärkung 1. Vom Gesamtmessbereich haben wir damit nur die unteren 16 Bit genutzt. Wird z.B. gerne bei EKG-Signalen gemacht, damit Du Dir nicht durch die Verstärkerstufe auf das Eingangsspannungssignal zusätzliches Rauschen einfängst.
Matt B. schrieb: > ADC: AD 7680 -> 16 bit, 100 kSps, Versorung: 3,3V Matt B. schrieb: > Da der Shunt eine maxmimale Spannungsabfall > von 60 mV besitzt käme ich am ADC damit lediglich auf einen Spannungshub > von 1,2 V. Es ist immer wieder schön zu sehen wie viele sich um Fehler im Bereich <0,1% Gedanken machen, aber ohne mit der Wimper zu zucken die Wandlerreferenz auf die Versorgungsspannung hängen. Was denkst du wie genau diese Spannung ist? Vor allem wenn das auch noch die Digitalteile der Schaltung damit versorgt werden. Und wie genau ist denn der 100A Shunt? Für einen der im 'normalen' Temperaturbereich auch nur 0,1% hat muss man schon etwas Geld hinlegen. Es ist wohl also ziemlich müßig über 0,01% Genauigkeit zu diskutieren wenn man die schwächsten Glieder der Messkette gar nicht berücksichtigt. Zu dem "Problem" daß ggf. nur 1,2V als maximale Messspannung zur Verfügung stehen: Die meisten mit 3,3V versorgten A/D Wandler haben eine interne Referenz zwischen 1 und 2,x V. Ausserdem kann man auch externe Referenzen benutzen. Aber bestimmt nicht sollte man die Versorgungsspannung als Referenzspannung benutzen, außer 5% Genauigkeit reichen einem.
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Matt B. schrieb: > Keine Sorge, der Shunt den ich nehmen will ist ein Standardshunt der bei > 100A einen Spannungsabfall von 60mV verursacht. Demzufolge besitzt er > einen ohm'schen Widerstand von 0,6mOhm. > > Bei 100A werden also 6 Watt verbraten ( 100A * 0,06V )... Hallo, ja entschuldige, habe ich falsch gelesen. Normal nehme ich die Aufgabenstellung sehr genau, manchmal spät abends dann doch nicht mehr :-( Bei 60mV bei 100A kannst aber a mit den genannten OPV wohl auch ganz gut leben. Ich habe diese schon öfters z.B. für Thermoelement-Verstärkerschaltungen benutzt und da hat man ja lange keine 60mV Messpannung. 1uV Offset macht ja dann weniger als ca. 2mA Offsetfehler und der ist ja auch noch leicht kompensierbar. Was zum Problem Genauigkeit gesagt wurde, stimmt sicher weitgehend. Aber Auflösung ist ja nicht Genauigkeit. Auch wenn du die 100A nur mit 1% Genauigkeit messen wollest, bleibt es ja trotzdem interessant auch 1A noch mit guter Auflösung und äquivalenter Genauigkeit zu messen. Gruß Öletronika
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