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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit Differenzverstärker


Autor: Sebastian K. (basti)
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Hallo!
Ich habe für eine Strommessung mit Shunt einen Differenzverstärker mit
dem TLC277 (OpAmp) aufgebaut.
Ich möchte den Strom aus einem 7,4V LiPo-Akku messen, hab dazu auch
schon eine Platine geätzt und aufgebaut. Nur will der OP nicht so wie
ich will.
Zur Messung verwende ich einen 0,1 Ohm Shunt. Der Nichtinvertierende
Eingang ist über einen Spannungsteiler (10k : 100k) an die 7,4V
angeschlossen. Der Invertierende Eingang ist mit 10k an die andere
Seite des Shunt angeschlossen, nach dem 10k Widerstand ist ein 100k
Widerstand an den OP-Ausgang angeschlossen (Rückkopplung). Der Ausgang
wiederrum an den A/D-Wandler eines ATTiny26.
Mein Problem besteht nun darin, dass am OP-Ausgang immer 5,29V anliegen
(der TLC wird mit 5V Versorgt).
Mit einem LM358 besteht das gleiche Problem, nur die Spannung liegt bei
nur ~3,5V.
Am Ausgang des OP's liegt also immer "High"-Pegel, was mich auf eine
falsche Beschaltung schließen lässt.

Vielleicht kann mir da ja jemand helfen...im Anhang ist der Teil der
Beschaltung des OP's.

MfG
Basti

Autor: Ernst (Gast)
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Ohne die OpAmps direkt zu kennen:
sind die Eingangsspannungen am OpAmp eventuell zu "nah" an der
Betriebsspannung?
Wenn der mit 0V und 5V versorgt wird, sollte die Eingangsspannung
vermutlich im Bereich um 2.5V liegen, für eine möglichst Lineare
Verstärkung.

Also evtl mal an den Eingängen messen, und die Spannungsteiler anpassen
wenns nicht passt.

Autor: Sebastian K. (basti)
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Naja, dann hab ich wohl nen Elementaren Fehler eingebaut (hab noch sogut
wie nie mit OP's gearbeitet).
Der OP wird mit 5V Versorgt und an den Eingängen liegen um die 12V
(Testphase mit Pb-Akku)...hab ich mir schon fast gedacht!

Kann ich also höchstens einen Spannungsteiler einbauen, der die 12V auf
3V runterteilt...

Autor: Sebastian K. (basti)
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Hallo nochmal!
Ich weiß jetzt nimmer weiter, ich hab nen Spannungsteiler 100k zu 10k
vor den OP gelötet. Die Spannungen sind jetzt 1,137V vor dem Shunt
(also direkt an 12V) und 1,030V hinter dem Shunt (vermute mal
Bauteiltoleranzen).
Wenn ich jetzt einen 100Ohm Widerstand als Last anschließe müssten sich
die Spannungen um 1,2mV ändern.
Tun sie aber nicht! Die beiden Spannungen ändern sich nur, weil sich
die Batteriespannung langsam senkt.
Der OP Verstärkt das Signal (müsste th. Faktor 10 sein) zwar, es kommen
aber immer nur knapp 7mV hinten raus.
Irgendwas stimmt nicht...aber ich hab keine Ahnung was!

Autor: crazy horse (Gast)
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und da das Problem nicht ganz unbekannt ist, hat maxim z.B. ne ganze
Menge ICs für diesen Zweck...
http://para.maxim-ic.com/Default_CurrentSenseAmplifiers2.htm

Autor: Sebastian K. (basti)
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Naja, die Dinger kosten bei Reichelt immerhin fast 7€ (und mehr als 2
Samples geht auch nicht)!
Wenn das Problem so bekannt ist muss es doch auch so ne Lösung geben!?

Autor: Schudi (Gast)
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Hallo Sebastian,

wenn du vor dem Shunt einen Spannungsteiler hast, um die
Eingangsspannung am OP herabzusetzen, mußt du auch hinter dem Shunt
einen Spannungsteiler mit dem gleichen Teilungsfaktor machen, denn die
OP-Eingänge müssen ja eine Differenzspannung von nahezu 0 V bekommen,
sonst geht der OP (wie bei Dir der Fall) in die Sättigung!!!

Autor: Sebastian K. (basti)
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Hmm, bei den Bauteiltoleranzen lässt sich aber nicht viel drehen...einen
TLC hab ich mir schon mit den 12V kaputt gemacht (ich hab aber keine
Ahnung warum...ist auf einmal Rauch aufgestiegen, ein LM358 hat's aber
überlebt).
Wie stell ich das denn am besten an?

Autor: Profi (Gast)
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Wenn dann musst Du die beiden Spannungen (vor und nach dem Shunt) mit
zwei exakt gleichen Spannungsteilern, die die Spannung auf ca. 3V
runterteilen, auf den OpAmp geben. Dann bestimmt die
Versorgungsspannung aber immer noch die Empfindlichkeit Deiner
Schaltung.

Google mal nach "high side current sensor" und
"high side current amplifier".

Habe mit MAX4080 recht gute Erfahrung gemacht.
Von Allegro gibt es auch was nettes, ein Hall-Sensor für Strommessung:
ACS704  ACS706  ACS75x und Konsorten
http://www.allegromicro.com/hall/currentsensor.asp
Das Stromsignal ist galvanisch getrennt (Umax=600-1200V)!
Vorsicht, die Teile rauschen beachtlich! -> filtern (nichts für
schnelle Messungen)

als Stromsensor:
Oder der KMZ51 / ZMX40 ZMX40M Zetex (2 Sensoren kompensieren externe
Felder).

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
ich würde den OPV mit der Batteriespannung als Betriebsspannung
versorgen, dann gibt es weniger Rauchsignale.
Die Prinzipschaltung der High-Side-Sensoren von Maxim & Co kann man
auch "diskret" mit OPV und einem Transistor aufbauen, die Schaltung
ist in fast jedem Datenblatt von OPV, die Eingangsspannungen bis zur
Betriebsspannung vertragen, enthalten. Als Bonus hast Du dann gleich
den Massebezug.
Arno

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Gehe mal unter Artikel zu den Operationsverstärkern und suche den
Subtrahierer. Mit dem kannst du das Probl. sauber lösen. Ub deines TLC
muss aber unbedingt an Ubat. Um den TLC nicht an den Ub-Grenzen zu
fahren, muss die "Masse" des Spannungsteilers vom nichtinvertierenden
Eingang (+) eine virtuelle werden. Ich nehme dazu meistens 1,2V weil ich
da Ref-Regler habe. Diese Spannung must du im Tiny dann subtrahieren und
fertig ist der Lack.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Sebastian K. (basti)
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Hallo!
Danke für den Tip, muss ich morgen gleich mal testen!

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