Hallo, ich möchte mit einem AVR einen Strom von 0-10A (bis 11A geplannt) bei einer Spannung von 0-100V(DC) messen. (Low Side) Dafür hätte ich mir folgendes überlegt: Als Shunt soll ein Messwiderstand von Isabellenhütte eingesetzt werden (4 Leiter 20mOhm max. 2,42W -> kein Kühlkörper) Der Spannungsabfall soll mit einem Instrumentenverstärker (INA333) um den Faktor 5 verstärkt werden. Die Ausgangsspannung des Verstärkers hebe ich mit einem OPA333 um ca. 20mV an (Offset für ADC), sodass die Ausgangsspannung 20mV bis 1120mV beträgt. Als ADC hätte ich jetzt den LTC2460 (16Bit) mit interner 1,25V Referenz verwendet. Der ADC hat eine Auflösung von 0,019mV pro Digit => Laut Datenblatt (Integral Nonlinearity: 10LSB) => 0,19V maximale Ungenauigkeit Am INA333 Ausgang entspricht 1mA -> 0,1mV Im Anhang habe ich den groben Aufbau angehängt. Nun ein paar Fragen... -Stimmt meine Rechnung? -Theoretisch komme ich so auf eine Genauigkeit von ca 3mA... oder übersehe ich da etwas? (mit welcher Genauigkeit kann ich in der Praxis wirklich rechnen?) -Bei dem + Eingang vom INA333 müsste noch ein Überspannungsschutz eingbaut werden (bei Kurzschluss - bis Sicherrung auslöst). Wie kann ich diesen realisieren ohne das Messergebnis zu verfälschen? Bitte um Unterstützung / Verbesserungsvorschläge :) Gruß Tim
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Dein Schaltplan stimmt nichtmal ansatzweise mit deiner Beschreibung überein. Korrigiere ihn.
Die obere Spannungssquelle, die -Ub an die INA333 anlegen soll, ist m.E.n. verkehrt rum dran. mfG Paul Edith sagt: Was es heute für schöne Bauelemente gibt: INA und OPA. :) Hört sich an, wie Großvater und seine Enkelin
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Überspannungsschutz= 2 Antiparallele Dioden über den Messshunt bzw. + - vom INA
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Zwischen Shunt und überspannungschutz sollte noch ein Widerstand - dann können die Dioden kleiner ausfallen. Je nach ADC braucht man den Verstärker nicht einmal. Einige der SD ADCs haben gleich eine "Verstärkung" drin und können auch einen kleineren Messbereich (z.B. +-250 mV) direkt nutzen. Für den Schutz des ADC wäre es einfacher wenn der Verstärker mit der gleichen Versorgung (z.B. 0 und 5 V) arbeitet.
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>Dein Schaltplan stimmt nichtmal ansatzweise mit deiner Beschreibung >überein. Korrigiere ihn. Oh... Da habe ich den falschen angehängt... :( Vielen Dank für den Hinweis! Habe jetzt den "richtigen" Schaltplan angehängt... >Was es heute für schöne Bauelemente gibt: INA und OPA. >:) >Hört sich an, wie Großvater und seine Enkelin Ja... Hört sich lustig an :) ;) >Thema Überspannungsschutz Wenn ich bei dem INA333 am + Eingang zwei Dioden + Widerstand "einbaue" müsste es passen? Dann dürften maximal 5V am INA333 Eingang anliegen. Da die positive Betriebsspannung des INA333 5V beträgt können am ADC nicht mehr als 5V ausgegeben werden...Der ADC wird ebenfalls mit 5V betrieben. Dürfte dem ADC nicht schaden? >Je nach ADC braucht man den Verstärker nicht einmal. Einige der SD ADCs >haben gleich eine "Verstärkung" drin und können auch einen kleineren >Messbereich (z.B. +-250 mV) direkt nutzen. Was ist genauer? Wie genau könnte ich mit meinen Aufbau messen?
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Ob externer Verstärker oder ADC mit internem Verstärker muss sich nicht viel nehmen mit der Genauigkeit. Die interne "Verstärkung" (eigentlich nur mehrfaches Abtasten des Eingangs und aufsummieren) der SD ADCs ist schon recht stabil. Eine mögliche einfache Lösung wäre da etwa der MCP3421 (billiger 18 Bit ADC mit interner Ref. und Differenzeingang). Die INL des ADC ist allerdings nur eine Fehlerquelle. Dazu kommen noch Gain-drift beim Verstärker, der TC des Shunts (der wird ggf. schon recht heiß ohne gute Kühlung) und auch Thermospannungen (etwa am shunt oder Widerständen). Die +5 V sollten dem ADC nichts ausmachen, allerdings -5 V ggf. schon. Der Kondensator direkt am Ausgang des OPs ist auch nicht ideal.
Wenn man die Strommessung eh mit nem AVR macht, kann man da auch die differentiellen Eingänge mit 10x Verstärkung nehmen. Wenn die Strommessung nicht dauerhaft erfolgen muss, dann kann man den Shunt per n-FET kurzschließen zum Abkühlen. Den Einfluss der Umgebungstemperatur kann man mittels Temperaturmessung rausrechnen. Die diversen Messabweichungen des ADC selbst und des Verstärkers bekommt man durch Kalibrierung raus.
Tim M. schrieb: > Bitte um Unterstützung / Verbesserungsvorschläge :) Falls es bei deiner Schaltung nicht um sportlichen Ehrgeiz geht, könntest du einfach einen ACS710 nehmen. Damit könntest du auch problemlos high-side messen.
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Paul B. schrieb: > Die obere Spannungssquelle, die -Ub an die INA333 anlegen soll, ist > m.E.n. verkehrt rum dran. Was ist das für ein Reddel, der diesen Hinweis negativ bewertet? Ich meine: Sonst ist mir diese Bewerterei völlig Brust -nur: Einen objektiven Fehler kann man nicht durch eine Bewertung verschwinden lassen. SCNR Paul
Paul B. schrieb: > Paul B. schrieb: >> Die obere Spannungssquelle, die -Ub an die INA333 anlegen soll, ist >> m.E.n. verkehrt rum dran. Was stört dich denn an -5V am V- Pin?
Paul B. schrieb: > Die obere Spannungssquelle, die -Ub an die INA333 anlegen soll, ist > m.E.n. verkehrt rum dran. > mfG Paul Jain. Das + Zeichen des V2 Batteriesymbols ist dummerweise am V- Anschluss vom INA. Aber die Spannungsangabe deneben lautet V2 -5V, also sind dort, so das + Zeichen steht, -5V an der Batterie. Richtig blöd gezeichnet, es gibt keine Batterie mit negativer Spannung, mam sollte 5V dranschreiben und das Symbol umdrehen.
John D. schrieb: > Was stört dich denn an -5V am V- Pin? Daß die Spannungsquelle verkehrt herum dran ist. Dafür habe ich extra noch einmal einen Bildausschnitt angefügt. Paul
Paul B. schrieb: > John D. schrieb: >> Was stört dich denn an -5V am V- Pin? > > Daß die Spannungsquelle verkehrt herum dran ist. Dafür habe ich extra > noch einmal einen Bildausschnitt angefügt. Augen auf! Da steht "-5".
John D. schrieb: > Augen auf! Da steht "-5". HALLLLLOOOOO!!! Aufgewacht und mitgemacht! Wie ist die Spannungsquelle angeschlossen? Na? Richtig: VERKEHRT herum! Es mag sein, daß es den Leuten heute egal ist, was die Polarität einer Spannungsquelle bedeutet. Ich bin noch nicht abgestumpft genug. Paul
+5V mit verdrehter Spannungsquelle oder -5V mit nicht verdrehter Spannungsquelle ist doch völlig irrelevant. Aber ein Gutes hat die Verwirrung Pauls schon: Tim, ich habe das Datenblatt angesehen und eine Versorgungsspannung von 10V ist zu viel. Der INA333 ist für 5V ausgelegt.
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John D. schrieb: > +5V mit verdrehter Spannungsquelle oder -5V mit nicht verdrehter > Spannungsquelle ist doch völlig irrelevant. Aha, die Polarität von Spannungsquellen ist also Deiner Ansicht nach gleichgültig. WARUM gibt es dann die Anschlüsse V+ (7) und V- (4), wenn in der obigen Zeichnung an V- (4) AUCH +5 Volt anliegen. Das findest Du richtig? Ich denke: Das spricht für sich. Da ist jedes weitere Wort zu viel. Paul
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Paul B. schrieb: > John D. schrieb: >> +5V mit verdrehter Spannungsquelle oder -5V mit nicht verdrehter >> Spannungsquelle ist doch völlig irrelevant. > > Aha, die Polarität von Spannungsquellen ist also Deiner Ansicht nach > gleichgültig. Ich verstehe deine Empörung, aber rein formal ist die Schaltung schon ok. Der Fehler liegt IMHO darin, das Symbol für eine Batterie zu verwenden, weil bei einer Batterie die Lage von Plus- und Minuspol aus der Form des Symbols hervorgeht. Da erwartet man nicht, daß die Polung durch die Spezifikation einer negativen Spannung überschrieben wird. Der Fehler liegt beim Hersteller des Simulations(?)tools aus dem die Schaltung kopiert wurde. Für Spannungsquellen mit dem Batteriesymbol sollte keine negative Spannung zugelassen werden. Für allgemeine Spannungsquellen schon.
Axel S. schrieb: > Der Fehler liegt IMHO darin, das Symbol für eine Batterie zu > verwenden, weil bei einer Batterie die Lage von Plus- und Minuspol aus > der Form des Symbols hervorgeht. So ist es. Das ist auch bei Multisim so, das ist überall so -und deshalb erlaube ich mir, darauf hinzuweisen. Und noch Eins: Ihr könnt mich mit "nicht lesenwert" überhäufen -es ist mir Titte. Wichtig ist nur, daß der, der den Rat suchte, den Hinweis liest. Sonst Nichts. Paul
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Vielen Dank für die ganzen Hinweise / Informationen... >Was ist das für ein Reddel, der diesen Hinweis negativ bewertet? Ich >meine: >Sonst ist mir diese Bewerterei völlig Brust -nur: Einen objektiven >Fehler kann man nicht durch eine Bewertung verschwinden lassen. Du hast natürlich Recht - In dem ersten Plan ist das sehr sehr unsauber... Den Schaltplan habe ich auf die "schnelle" mit "Tina-TI" simuliert... Im zweiten Schaltplan sollte soweit alles passen... :) >Aber ein Gutes hat die Verwirrung Pauls schon: Tim, ich habe das >Datenblatt angesehen und eine Versorgungsspannung von 10V ist zu viel. >Der INA333 ist für 5V ausgelegt. Ist mir heute auch aufgefallen :( Vielen Dank für den Hinweis! Ich bräuchte daher +-2,5... Einen solchen Spannungsregler habe ich leider noch nicht gefunden (+12V -> +-2,5) Mit einem zusätzlichen Wandler dazwischen würde es natürlich klappen... >Für den Schutz des ADC wäre es einfacher wenn der Verstärker mit der >gleichen Versorgung (z.B. 0 und 5 V) arbeitet. Würde ich am liebsten... Könnte mir da auch den "teuren" Spannungswandler sparen... (8Euro) Aber wenn ich den INA333 jetzt nur mit 5V versorge habe ich wieder ein ganz anderes Problem: Laut Datenblatt heißt es "Input Voltage:(V–) +0.1V to (V+)–0.1 V" - also 100mV Offset => 500 mA Fehler >Wenn man die Strommessung eh mit nem AVR macht, kann man da auch die >differentiellen Eingänge mit 10x Verstärkung nehmen. Ja stimmt - aber ich möchte einen kleinen Offset vor dem ADC haben (ca. 20mV), da ich später mit dieser Ausgangsspannung regeln möchte... Da hat sich der Offset Eingang des INA333 natürlich angeboten... Im Moment weiß ich noch nicht wie ich das Problem in den Griff bekomme... :( Gruß Tim
Jetzt habe ich noch ein paar Fragen zu dem INA333 Versorgt wird dieser mit -2,5V und 2,5V. Laut Datenblatt: "Vosi Offset voltage: max ±25 ±75/G" µV Bei G=1 und Uein=0V - maximal +-25µV Offset am Ausgang? Bei G=100 und Uein=0V - maximal +- 2,5mV Offset am Ausgang? Mit dem Offseteingang kann ich den Ausgang wieder auf ca. 0V korrigieren. Dieser Offsetfehler müsste danach sehr reduziert werden? Auf was bezieht sich die Angabe +-75/G? Im Datenblatt heißt es "Input Voltage: (V–) +0.1V to (V+)–0.1 V" Gibt es auch einen Eingangsoffset ab dem der Verstärker Spannung erkennt oder kann ich ab 0V messen? Laut der Angabe müsste ich dann auch schon ein paar µV messen können? Gruß Tim
Der Anteil 75 µV/G zum Offset kommt zu den 25 µV noch dazu. Das sind 75 µV auf den Ausgang bezogen und müssen daher durch Teilen durch die Verstärkung auf den Eingang zurück gerechent werden. Für G = 1 hat man also zusätzlichen 75 µV und damit 100 µV (worst case) Für G = 1000 kann den zusätzlichen Teil (0.075 µV) vernachlässigen.
Vielen Dank! - hat mir sehr weitergeholfen! Das mit der Eingangsspannung (verstärken weniger µV) stimmt so wie ich vermutet habe?
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