Hallo, ich will die Ausgangsspannung einer Strommesszange mit einem AVR messen, um so den im Leiter fließenden Strom berechnen zu können. Es wird nur Wechselstrom mit einer Frequenz von 50Hz gemessen. Die Strommesszange gibt bei einem Strom von 200A eine Spannung von 200mV aus. Wobei nie mehr als 65A gemessen wird. Damit ergibt sich eine maximale Ausgangsspannung von 65mV. Der AVR wird mit 3,3V betrieben. Ich habe schon eine Idee, wie ich das Ausgangssignal der Strommesszange analog "aufbereiten" könnte: - Verstärkung mit OP: 65mA * V = 3,3V -> V = 50,8 - Aktiver Halbwellengleichrichter: http://www.loetstelle.net/grundlagen/operationsverstaerker/opamp_5.php Die Messung jeder zweiten Halbwelle wird als ausreichend angesehen. - Übersteuerungsschutz mit Dioden Ich poste gleich noch ein erster Entwurf eines Schaltplanes... Habt ihr Tipps und/oder Idee zur Optimierung der Schaltung? Gibt es OPs, die für eine solche Anwendung besonders geeignet sind? Danke
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
Ich habe gleich noch ein paar Änderungen in den Schaltplan eingearbeitet. Da der Halbwellengleichrichter die positive Halbwelle invertiert ausgibt, muss sie vor dem AVR nochmal invertiert werden. Deswegen habe ich den OP zur Verstärkung des Signals nach dem Gleichrichter positioniert. Als invertierender Verstärker übernimmt er die Invertierung und die Verstärkung. Zudem habe ich ein Anti-Aliasfilter eingefügt.
Wenn es nur 50 Hz sind, bietet sich noch an das Signal als Wechselspannung mit dem AD abzutasten und dann rechnerisch den Effektivwert zu bestimmen. Als Hardware wäre eigentlich nur eine Verstärkung nötig(wenn es nicht zufällig mit der internen passt), wenn auch kleine Ströme ( < 5% des Messbereichs) gefragt sind ggf. auch umschaltbar (bzw. 2 Stufen). Die Software ist nicht so kompliziert und es gibt den Code (C, ASM hätte ich auch noch) schon verfügbar. Die Auflösung kann dabei durchaus deutlich besser als die 10 Bit des Wandlers sein. Ein passender OP wäre wohl ein Rail to Rail OP, etwa ein MCP6002. So hoch sind die Anforderungen ja nicht. Wenn der OP mit den selben 3,3 V läuft spart man sich den Überspannungsschutz am AD Eingang. p.s. Die Schalung oben bräuchte eine +- Spannungsversorgung, oder eine anders Masse als der µC. Da wäre es also mit einem Rail-Rail OP nicht getan. Als einfache Lösung nur für eine Halbwelle kann man ggf. auch einfach die Begrenzung eines RR Ops nutzen. Die untere Haltweller schneidet dann einfach der OP ab.
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
-
AC-Verstaerker.png
4,8 KB
Hallo Ulrich, ich habe mir nochmal ein paar Gedanken zur Schaltung gemacht. Ich habe beschlossen zunächst erst einem auf eine Gleichrichtung zu verzichten und das Spannungssignal von der Zange lediglich mit einem Offset zu versehen, das ich dann direkt mit dem ADC einlesen. Für erste Versuche sollte das auf jeden Fall mal reichen. Im Anhang mal ein einfacher Verstärker mit Minimalbeschaltung. Den LM324 habe ich noch hier liegen. Single-Supply sollte er laut Datenblatt unterstützen. Rail2Rail bietet er zwar nicht, aber es handelt sich ja nur um einen ersten Test... Reicht diese Minimalbeschaltung für einen ersten Test aus? Danke
:
Bearbeitet durch User
Matt B. schrieb: > Da der Halbwellengleichrichter die positive Halbwelle invertiert > ausgibt, muss sie vor dem AVR nochmal invertiert werden. Du kannst auch die Dioden umdrehen ;-)
bei nur 3,3 V Versorgung bleibt beim LM324 nur sehr wenig bereich für die Aussteuerung über. Wenn die Versorgungsspannung des OPs höher ist, sollte an den Ausgang des OPs noch ein Widerstand um den µC vor ggf. zu hoher Spannung zu schützen. Die DC Spannung sollte man ggf. auch noch an den Wertebereich anpassen. Die Hälfte von Aref wäre etwa passend. Bei einem invertierenden Verstärker geht das auch noch ohne Puffer für den Ref. Punkt - die Stromzange als Quelle ist ja recht niederohmig, kann also auch einen invertierenden Verstärker treiben, nur der Elko müsste ggf. etwas größer sein. Bei der Schaltung oben fehlt auch noch der Gleichstrompfad für den nicht inv Eingang. So klappt es noch nicht. Möglich wäre bei der Quelle den Offset dazu zu addieren und dann den nicht invertierende Verstärker mit einem Koppel Elko nach GND in der Rückkopplung - so dass man eine DC verstärkung von 1 hat, aber AC mäßig mehr.
Hallo Ulrich, den LM324 habe ich nur mal für einen ersten Aufbau verwendet, da ich den noch hier rumliegen hatte. Mit einer Eingangsoffsetspannung von 3mV ist er ziemlich ungeeignet. Für den finalen Aufbau werde ich definitiv eine Schaltung mit einem aktiven Gleichrichter verwenden. Hab auch mal die ersten Messungen mit der Strommesszange gemacht. Am Oszi ist zu sehen, dass das Messsignal (Sinus, 50 Hz, variable Amplitude) ziemlich verrauscht ist. Es ist wohl besser wenn ich noch einen Bandpass davor schalte. Mich interessieren schließlich nur die 50 Hz. Was wäre dann eine sinnvolle Aufbaureihenfolge? Ich dachte an sowas: 1. passiver Bandpass 2. Verstärker (invertierend oder nicht-invertierend spielt meiner Meinung nach keine Rolle) 3. aktiver Gleichrichter 4. Spannungsbegrenzung für ADC 5. Anti-Alias-Filter Danke matt
@ Matt B. (mattb) >1. passiver Bandpass OK, wobei ein Tiefpass auch reicht. >2. Verstärker (invertierend oder nicht-invertierend spielt meiner >Meinung nach keine Rolle) Braucht man nicht, der aktive Gleichrichter geht problemlos bis in den mV Bereich, erst recht bei 50Hz. >3. aktiver Gleichrichter >4. Spannungsbegrenzung für ADC >5. Anti-Alias-Filter OK.
Hallo Falk, ich muss das Signal doch sowieso für den ADC verstärken... Übersetzungsverhältnis der Stromzange: 1mV/A Der aktive Gleichrichter hat ja eine Verstärkung von 1.
@ Matt B. (mattb)
>ich muss das Signal doch sowieso für den ADC verstärken...
Ach so. Na dann passt das schon. Mann muss aber darauf achten, einen
Verstärker mit wenig Offsetspannung zu benutzen, denn 1mV ist ja schon
1A!
Falk Brunner schrieb: > Mann muss aber darauf achten, einen > Verstärker mit wenig Offsetspannung zu benutzen, denn 1mV ist ja schon > 1A! Genau! Der LM324 mit einer Eingangsoffsetspannung von 3mV ist hierfür denkbar schlecht. Fallen dir auf die Schnelle sonst noch Anforderungen an den OP ein? Hier mal meine anderen Gedanken dazu: - OP mit symmetrischer Versorgungsspannung - Versorgungsspannung +-9V (sowieso vorhanden) -> kein Rail-to-Rail notwendig - geringe Offsetspannung - Slew-Rate für 50Hz-Signal eher unkritisch - Input-Offsetstrom würde ich auch als unkritisch betrachten Danke matt
:
Bearbeitet durch User
Auf der Suche nach einem passenden OP habe ich gemerkt, dass die meisten OPs mit einer geringen Offsetspannung meistens nur Single-Supply unterstützen. Hat mir jemand vielleicht eine konkrete Bauteilempfehlung?
@ Matt B. (mattb) >Auf der Suche nach einem passenden OP habe ich gemerkt, dass die meisten >OPs mit einer geringen Offsetspannung meistens nur Single-Supply >unterstützen. Nö. JEDER OPV kann auch bipolar gespeist werden. Single Supply ist nur eine Spezialvariante, die viele bessere OPV können. LM324 ist auch Single Supply fähig, wenn gleich nur nahe GND.
Ok, man darf natürlich nicht mit den +/-9 = 18V die maximale Versorgungsspanung des OPV überschreiten, hier haben moderne Typen wahrscheinlich Probleme, die laufen eher mit +/-5V oder weniger.
Eigentlich sollte das Ausgangssignal der Strommesszange nicht besonders verrauscht sein, vor allem nicht im Vergleich zur mit 10 Bit relativ geringen Auflösung des ADCs im µC. Es kann aber sein, das die Geräte den Strom nicht Sinusförmig aufnehmen und das Stromsignal entsprechend mehr als nur die 50 Hz enthält. Bei der Wahl der OPs ist es eine Abwägung zwischen Preis, Stromaufnahmen und den Fehlern. Ein guter Type wäre ggf. der LT1013. Für die letzte Stufe vor dem ADC ist ggf. ein Rail-Rail OP mit 3,3 V Versorgung hilfreich - damit spart man sich die extra Begrenzung auf 0...3,3 V. Wenn nicht gerade unbedingt der Gleichrichtwert (statt RMS) benötigt wird, oder die Rechenzeit oder der Speicher beim µC sehr knapp ist, sehe ich aber keinen wesentlichen Vorteil bei der Lösung mit Gleichrichter gegenüber der Software RMS Version.
Hallo, Ich verwende in einer U/I Anwendung einen LT1637 [1]. [2] High Side Strommessung Abbildung 5. Dieser liefert bei 100 facher Verstärkung, an einem im 1mOhm 4-Leitershunt beim 50A (50mV), 5V Ausgangsspannung. Der max. Offestfehler von +-600µV ist vorhanden und wird auch um der Faktor 100 größer - somit 60mV -, so dass man noch einen Offsetabgleich durchführen muss. In der Application Note 105 [2] findet man viele Schaltungsvarianten. Links [1] http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1637fd.pdf [2] http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an105fa.pdf
:
Bearbeitet durch User
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.