Galvanisch getrennt Spannung Messen (Trennverstärker)

[Zeropoint (Gast)]

Hallo,
ich hab mal eine Frage bzw. ein Problem.
Ich möchte mit einem Mikrocontroller die Spannung mehrere 12V Akkus in 
einer Reihenschaltung einzeln galvanisch getrennt messen.
Dafür habe ich mir AMC1200 (Differential-Trennverstärker) sowie 5VDC zu 
5VDC Converter besorgt.

Angeschlossen habe ich das so wie unten zu sehen, (Statt dem Shunt und 
230V ist es ein passender Spannungsteiler und Schutzbeschaltung).

Messe ich nun zwischen den Pins die zum ADC gehen (sollen) (2 und 3) 
kommen bei 100mV am Eingang 800mV raus (Gain von 8 also richtig).

Verbinde ich nun den unteren Pin mit meiner Controllermasse (Pin3 mit 4, 
blaue Linie) und den oberen Pin an den ADC erhalte ich eine Spannung von 
ca. 3,1V.

Kann man die Schaltung modifizieren, um die 800mV mit dem Controller zu 
messen oder brauche ich dann noch einen weiteren DC/DC Wandler für die 
Ausgangsseite?

Gruß
Dirk

[Georg G. (df2au)]

Pin3 nicht mit GND verbinden, bleibt offen. Pin2 ist der zu messende 
Wert.
Denk dran, dass du den Offset (zwischen 2.4V und 2.7V) heraus rechnen 
musst.

Alternativ könntest du differentiell zwischen 2 und 3 messen (wenn das 
dein ADC kann). Dann hättest du das Offset Problem nicht.

[Zeropoint (Gast)]

Das wird also mein Problem sein.

Mit Offset - Spannung ist der Output common-mode voltage - Wert aus dem 
Datenblatt?

Dieser ist mit einer Differenz von 0,3V (2,4 - 2,7, typ. 2,55V) 
allerdings ganz schön groß.

(Entspricht immerhin ca. 2,5V Batteriespannung auf der Eingangsseite.)
Dazu kommt noch, das mein Messbereich kleiner wird (Wollte die interne 
2.5V-Referenz des Prozessors nehmen, so müsste ich auf die 5V wechseln, 
hätte aber trotzdem nur einen Messbereich von va. 2.5V.)
Das ist doch sicher nicht Sinn der Sache oder?

Würde die im Anhang gezeigte Schaltung funktionieren (Prinzip, 
Kondensatoren, Widerstände etc. natürlich dazu)?
Habe ich dann noch eine Offset-Spannung?


Danke & Gruß
Dirk

[Georg G. (df2au)]

Die Schaltung funktioniert nicht. Du darfst keinen der Ausgänge auf 
Masse legen.

Da dein Mega8 keinen differentiellen Eingang hat, kannst du entweder:
- "einseitig" messen und den Offset herausrechnen (Abgleich und dann den 
Korrekturwert im EEprom speichern) oder
- Ausgang 2 und Ausgang 3 auf je einen der ADC Eingänge legen, beide 
messen  und dann die Differenz ausrechnen (Kanalumschaltung mit einem 
der üblichen CMOS-Analog Multiplexer, CD4053) oder
- Ausgang 2 und Ausgang 3 mit einem OpAmp zusammenfassen und dann das 
Ergebnis auf den ADC legen (leicht vorspannen, damit das Ergebnis nicht 
0 oder negativ werden kann).

[Offset (Gast)]

Zeropoint schrieb:
> Angeschlossen habe ich das so wie unten zu sehen, (Statt dem Shunt und
> 230V ist es ein passender Spannungsteiler und Schutzbeschaltung).

Und wie sieht der Rest deiner Schaltung aus? Ist da noch irgendetwas 
anders als in deinem Schaltplan?

> Ich möchte mit einem Mikrocontroller die Spannung mehrere 12V Akkus in
> einer Reihenschaltung einzeln galvanisch getrennt messen.
> Dafür habe ich mir AMC1200 (Differential-Trennverstärker) sowie 5VDC zu
> 5VDC Converter besorgt.

Was ist an einer galvanisch getrennten Messung so toll, dass du diesen 
Aufwand treibst? Wieviele Akkus sind bei dir in Serie geschaltet und wie 
genau möchtest du die Einzelspannungen wissen?

[Zeropoint (Gast)]

Galvanisch getrennt ist nötig, da der Batteriekreis gegenüber dem 
Gehäuse und der Schaltung isoliert ist (Teils hohe Spannungsspitzen bis 
1kV, Kreis wird durch Isolationswächer überwacht), außerdem soll die 
Schaltung universell auch für andere zu messende Spannungen eingesetzt 
werden.

Anders ist dort nur, das am Eingang ein Grob und Fein einstellbarer 
Spannungsteiler sowie ein Varistor und ggf. Sicherungen sind.
Außerdem werden die Eingänge vermutlich noch über Relais-Kontakte 
geführt, damit sich die Zellen nicht durch den Spannungsteiler entladen.

Als Prozessor kommt ein AT90CAN128 zum Einsatz.
Es sollen 8 Spannungen gemessen werden. Mit einem Analog-Multiplexer 
habe ich noch nicht gearbeitet, kann mir das aber vorstellen.
Einen Analog-Multiplexer der gleich die Differenz-Spannung misst gibt es 
nicht oder?


OpAmp hört sich auch gut an, das werde ich morgen mal Testen.
Wenn würde dieser eh nur mit positiver Spannung versorgt werden,
habe 5V und 12V zur Verfügung.

[D. E. (m4st3rm)]

Habe nun nochmal eine Frage, und zwar habe ich das mit dem 
Operationsverstärker ausprobiert.

Das funktioniert auch ganz gut, allerdings nur wenn die Spannung 
zwischen Pin 3 und Pin 2 am OPV größer als 0,75V ist. Darunter bleibt 
der Ausgang bei 0.75V .
Für die Batteriemessung ist es nicht so tragisch, das etspricht einer 
Batteriespannung von <5V, allerdings interessiert es mich, warum sich 
die Schaltung so verhält.

Muss zwischen Pin 2 und Pin 3 des OPV's noch ein Widerstand?
Oder liegt es an was anderem? Wenn ich die Eingangspins beide auf Masse 
lege ist auch der Ausgang auf 0V, daher scheint es nicht am OPV(Offset) 
zu liegen.

Edit: Falsche Datei angehängt, wie bekommt man die wohl wieder gelöscht?

[Georg G. (df2au)]

Eingänge am OpAmp (2 und 3) sind vertauscht. Du hast keinen Verstärker 
sondern einen Schmitttrigger gebaut.

[Harald W. (wilhelms)]

Zeropoint schrieb:

> Einen Analog-Multiplexer der gleich die Differenz-Spannung misst gibt es
> nicht oder?

Dafür brauchst Du zwei Analog-Multiplexer.

[D. E. (m4st3rm)]

Sehe ich auch gerade, ist natürlich in der Schaltung richtig.
Ist nur leider nicht die Lösung für das Problem ;)

[Georg G. (df2au)]

Wirf R4 raus. Bzw speise dort relativ hochohmig eine Spannung zwischen 
GND und VCC (Trimmpoti) zum Mittenabgleich ein.

[temp (Gast)]

Bei 1000V Spannungsspitzen solltest du dir aber auch über entsprechende 
DC/DC Wandler Gedanken machen. Die Wald- und Wiesendinger (1000V) setzt 
man besser nicht für dauerhafte Differenzen >100V ein. Wenn du in die 
Kategorie 3000-5000V gehst wird es schön teuer. 1 oder 2W Wandler die 
auch vom Pinning 7,5mm Mindestabstand haben gibt es zwar, aber leider 
nur theoretisch. Jedenfalls in kleinen Mengen. Recom und Traco bieten 
sie zwar an, aber gebaut werden sie nur auf Anforderung.
Wenn das ein üblicher gestackter Akku ist, solltest du besser über sowas 
wie LTC6803-4 nachdenken und einen einzigen ADUM1401 mit DC/DC Wandler. 
Die Dinger sind ziemlich genau und speziell für diesen Zweck gemacht.

[Ulrich H. (lurchi)]

Statt DC/DC Wandler würde ich die Schaltung eher sehr sparsam auslegen, 
und die Versorgung dann über die Akkus machen - ein paar µA fallen 
gegenüber der Selbstentladung und der Belastung durch den 
Spannungsteiler vermutlich nicht auf. So oft muss man die Spannung 
vermutlich auch nicht messen, so dass man die Daten z.B. per 
Lichtleitfaser senden könnte.

[Matthias K. (gruppe_h)]

Ich habe auch was ähnliches vor und bin auf folgende Bauteile gestoßen, 
vlt. helfen dir die auch weiter (oder jmd anderem, der post ist ja schon 
alt...)

aus Beitrag "Re: Spannungsmessung von Einzelzellen am Arduino"

"
Du wolltest doch die Spannung isoliert messen.

Vlt. helfen dir solche Bauteile weiter?

- isolierter ADC: 
http://www.mouser.de/ProductDetail/Silicon-Labs/Si8902B-A01-GS/?qs=sGAEpiMZZMumnm97awX2JG0GtQW7r1MS

- isolierte Amps: 
http://www.mouser.de/ProductDetail/Avago-Technologies/ACPL-C790-000E/?qs=KAs5CcNu0T6EAtkG5uh9lA%3D%3D
http://eu.mouser.com/search/ProductDetail.aspx?Avago-Technologies%2fHCPL-7860-300E%2f&qs=BMSuqZ76GYRDVM6uw2xPLg%3d%3d
"


auch noch interessant:
http://www.elektroniknet.de/power/spannungswandler/artikel/95509/