Hi,
ich suche ein Schaltungskonzept, mit dem ich eine Differenzspannungen
auf einem höheren Potential messen kann.
In einem Testadapter muss der Spannungsabfall an einem
High-side-Schalter bei Last bestimmt werden, der Spannungsabfall ist mit
<100mV spezifiziert, die Spannung liegt bei +24V.
Die Messgenauigkeit sollte um die 1% bei 100mV betragen, hohe Bandbreite
ist nicht nötig - es handelt sich um DC.
Herauskommen soll eine Spannung von 0-3,0V für einen ADC.
Die Schaltung muss robust sein. Sie darf nicht kaputt gehen, wenn z.B.
24V über den High-Side-Switch anstehen. Sie muss dann aber nicht mehr
richtig messen.
Folgendes habe ich mir bisher überlegt:
- Mit einem INA170 mit Bias, analog einer Shuntmessung
- Einem Differenzverstärker
Gibt es da eventuell ein eleganteres Konzept?
Möglicherweise einen IC, der genau hierfür gedacht ist?
Messknecht schrieb:> - Mit einem INA170 mit Bias, analog einer Shuntmessung> - Einem Differenzverstärker
Der INA170ist ein Differenzverstärker
> Möglicherweise einen IC, der genau hierfür gedacht ist?
Alle Differenzverstärker zur Messung an Highside-Shunts.
Möglicherweise musst Du das Differenzverstärker-IC vor
hohen Potentialen bei offenen Schalter schützen.
Harald W. schrieb:> Messknecht schrieb:>>> - Mit einem INA170 mit Bias, analog einer Shuntmessung>> - Einem Differenzverstärker>> Der INA170 ist ein Differenzverstärker>>> Möglicherweise einen IC, der genau hierfür gedacht ist?>> Alle Differenzverstärker zur Messung an Highside-Shunts.> Möglicherweise musst Du das Differenzverstärker-IC vor> hohen Potentialen bei offenen Schalter schützen.
Ja, das ist genau das Problem:
Das geht mit Serienwiderständen an den Eingängen + 1-2 Dioden. Das
ändert natürlich die Verstärkung, und die Serienwiderstände müssen
akurrat sein, und so weiter.
Die Shuntverstärker haben noch eine andere Krankheit: Bei kleinen
Spannungen sind sie nicht wirklich genau. Mit dem INA170 sind mit 100mV
Bias 1% schon drin, aber einfach ist es nicht.
Darum die Frage, ob es irgendwie eleganter geht.
Messknecht schrieb:> Darum die Frage, ob es irgendwie eleganter geht
Elegant ist kein brauchbares Kriterium für eine elektronische Schaltung.
Alle Differenzverstärker haben ein prinzipielles Genauigkeitsproblem
damit, kleine Differenzen von hohen Spannungen zu messen. Da hilft eben
nur grösste Präzision aller Bauteile.
Die einzige Alternative, die ich sehe: eine Messschaltung für z.B. 100
mV, die mit einem DC-DC-Wandler galvanisch getrennt versorgt wird, und
das Messergebnis per Optokoppler o.ä. dahin überträgt wo man es braucht.
Da die Genauigkeit des ADC nur viel geringer sein muss kann man das mit
einem kleinen Controller realisieren.
Zufällig gerade gelesen: so ein System aus Leistungsschalter und
10bit-Strommessung mit 5 kV Trennung gibt es bereits als IC: Linear
LTM9100.
Georg
Georg schrieb:> Zufällig gerade gelesen: so ein System aus Leistungsschalter und> 10bit-Strommessung mit 5 kV Trennung gibt es bereits als IC: Linear> LTM9100.
Danke, das ist auch noch ein Tipp. Ähnliche habe ich schon zur
Strommessung verwendet.
Allerdings will mir das für 1% übertrieben erscheinen. Ich werde mein
Glück zunächst mit dem LT1990 und INA170 versuchen.
Messknecht schrieb:>> Alle Differenzverstärker zur Messung an Highside-Shunts.>> Möglicherweise musst Du das Differenzverstärker-IC vor>> hohen Potentialen bei offenen Schalter schützen.>> Ja, das ist genau das Problem:
Deinen Eröffnungsbeitrag
Messknecht schrieb:> Die Schaltung muss robust sein. Sie darf nicht kaputt gehen, wenn z.B.> 24V über den High-Side-Switch anstehen. Sie muss dann aber nicht mehr> richtig messen.
habe ich so interpretiert, dass am Leistungsschalter maximal 24V
abfallen. Die üblichen ICs (INA170, INA138, INA139, INA168 und INA169)
vertragen bis zu 40V Eingangsdifferenzspannung.
> Das geht mit Serienwiderständen an den Eingängen + 1-2 Dioden. Das> ändert natürlich die Verstärkung, und die Serienwiderstände müssen> akurrat sein, und so weiter.
Wieso haben die Dioden einen Einfluss auf die Verstärkung? Es sollte
doch kein Problem sein, sie so auszulegen, dass ihr Reststrom bei den
100mV Differenzspannung vernachlässigbar ist.
> Die Shuntverstärker haben noch eine andere Krankheit: Bei kleinen> Spannungen sind sie nicht wirklich genau. Mit dem INA170 sind mit 100mV> Bias 1% schon drin, aber einfach ist es nicht.
Ja, die genannten Shunt-Verstärker haben alle eine Offsetspannung von
etwa 1mV, die sich bei Messspannungen <100mV natürlich schon negativ
bemerkbar machen. Du könntest dir so einen Shunt-Verstärker aber mit
einem genaueren Opamp auch selber aufbauen.
Yalu X. schrieb:> Wieso haben die Dioden einen Einfluss auf die Verstärkung? Es sollte> doch kein Problem sein, sie so auszulegen, dass ihr Reststrom bei den> 100mV Differenzspannung vernachlässigbar ist.
Die Dioden nicht, stimmt, aber die Widerstände, die ändern den GAIN.
Ich nehme eine SI-Diode (MCL4148), da sollte es bei 100mV noch keinen
nennenswerten Strom geben.
>> Die Shuntverstärker haben noch eine andere Krankheit: Bei kleinen>> Spannungen sind sie nicht wirklich genau. Mit dem INA170 sind mit 100mV>> Bias 1% schon drin, aber einfach ist es nicht.>> Ja, die genannten Shunt-Verstärker haben alle eine Offsetspannung von> etwa 1mV, die sich bei Messspannungen <100mV natürlich schon negativ> bemerkbar machen. Du könntest dir so einen Shunt-Verstärker aber mit> einem genaueren Opamp auch selber aufbauen.
Ich habe mich inzwischen für den INA170 entschieden, hauptsächlich
deshalb, weil er eh schon mehrfach auf der Platine drauf ist.
Ich gebe ihm 100mV Bias am Eingang, dann kommt er auf die 1% hin. Oder
in die Gegend zumindest.
Was die Eingänge angeht: V + - V- ist abs. max. 2V. Daher habe ich eine
Schutzschaltung verbaut:
2x2k4 vor V+ und V-, dahinter eine MCL4148 von V+ auf V-.
Die 2k4 sind 0,1%.
Im Fehlerfall sieht der INA170 0,7V.
Dazu kommen noch ESD-Dioden und Pulls.
