ich möchte mit einem AD-Wandler (MCP3911) und einem 5 mOhm-Shunt einen
Strom messen. Mein Problem ist, dass im Kurzschlussfall kurzzeitig ca.
800A fließen, was 4V entspricht. Der AD-Wandler hält aber nur max. 2V
aus. Gibt es eine sinnvolle Möglichkeit, die Eingangsspannung am
AD-Wandler zu begrenzen?
Was ich mir bisher überlegt habe:
- einen kleineren Shunt verwenden, was die Messgenauigkeit herabsetzen
würde, außerdem ist der Shunt bereits vorhanden (ist aber immer noch die
beste Lösung, die mir eingefallen ist)
- Dioden parallel zum Shunt, aber bei den Strömen kommt man da auch
leicht über 2V Durchlassspannung.
- Vorwiderstände und eine Spannungsbegrenzung an die Eingänge. Der
Wandler hat aber einen recht kleinen Eingangswiderstand, so dass ich
dann wohl einen Impedanzwandler brauche, was wiederum für die
Genauigkeit schlecht ist und eine bipolare Spannungsversorgung
erfordert.
hat jemand eine bessere Idee?
@ Roland L. (roland2)
>ich möchte mit einem AD-Wandler (MCP3911) und einem 5 mOhm-Shunt einen>Strom messen.
Wieviel maximal?
>Mein Problem ist, dass im Kurzschlussfall kurzzeitig ca.>800A fließen, was 4V entspricht.>Der AD-Wandler hält aber nur max. 2V>aus. Gibt es eine sinnvolle Möglichkeit, die Eingangsspannung am>AD-Wandler zu begrenzen?
Sicher.
>- einen kleineren Shunt verwenden, was die Messgenauigkeit herabsetzen
Nein.
>- Dioden parallel zum Shunt, aber bei den Strömen kommt man da auch>leicht über 2V Durchlassspannung.
Nein, das kann man schon machen, braucht aber dicke Leistungsdioden,
sowas wie DSI45 von IXYs.
>- Vorwiderstände und eine Spannungsbegrenzung an die Eingänge.
Genau.
> Der>Wandler hat aber einen recht kleinen Eingangswiderstand,
Wie klein?
Mit richtigier Dimensionierung ist das kein Problem. Einfach zwei
Klemmdioden nach V- und V+, wahrscheinlich am besten Schottkys, und
einen Strombegrenzungswiderstand. Der kann relativ klein sein, denn die
Klemmdioden verkraften einiges an Strom, 100mA und mehr ist kein
Problem.
Ein Vorwiderstand und dann eine (ggf. auch 2) Diode für die Begrenzung
der Spannung sollte reichen. Die Widerstand muss ja nur den Strom durch
die Diode Begrenzen, bei maximal etwa 4 V und einem kurzen Puls darf
der Widerstrand da auch recht klein (z.B. 10-50 Ohm) sein, so dass es
den AD Wandler nicht mehr Stören sollte. Schwierig wird es höchstens
wenn das interessante Signal auch über 1 V kommt - das sollte aber bei
einem 5 mOhm Shunt eher nicht der Falls ein.
schon mal danke für die Antworten.
Der Strom, der gemessen werden soll, hat maximal 40A Spitzenwert (50Hz
mit einem Gleichanteil von maximal ca. 50mA)
Der Eingangswiderstand des AD-Wandlers ist unterschiedlich, je nach
interner Verstärkung und liegt zwischen 33kOhm und 230KOhm.
bei 16 bit Auflösung dürfte nach meiner Rechnung der Vorwiderstand max.
0,5 Ohm haben um 1LSB Fehler zu erzeugen.
der AD-Wandler wird mit einer potenzialfreien Spannung versorgt. Viel
anklemmen kann man da nicht, sonst geht die Spannung einfach hoch und V-
gibt es gar nicht.
Die DSI45 hab ich mir angeschaut. Wenn ich die Durchlasskennlinie auf
400A extrapoliere, komme ich auch auf ca. 3,5V
@ Roland L. (roland2)
>Der Strom, der gemessen werden soll, hat maximal 40A Spitzenwert (50Hz>mit einem Gleichanteil von maximal ca. 50mA)
Macht 200mV Amplitude an 5mOhm.
>Der Eingangswiderstand des AD-Wandlers ist unterschiedlich, je nach>interner Verstärkung und liegt zwischen 33kOhm und 230KOhm.
Das nennst du NIEDRIG?
>bei 16 bit Auflösung dürfte nach meiner Rechnung der Vorwiderstand max.>0,5 Ohm haben um 1LSB Fehler zu erzeugen.
Bitte?
>der AD-Wandler wird mit einer potenzialfreien Spannung versorgt. Viel>anklemmen kann man da nicht, sonst geht die Spannung einfach hoch
Dagegen hilft eine Z-Diode.
>und V->gibt es gar nicht.
Das ist dann halt GND.
>Die DSI45 hab ich mir angeschaut. Wenn ich die Durchlasskennlinie auf>400A extrapoliere, komme ich auch auf ca. 3,5V
Kommt hin. Das war auch nur Beispiel, welches Kaliber Diode man braucht,
wenn man am Shunt klemmen will. Für 800A muss man eher zwei parallel
schalten. Wenn es bipolar ist, dann noch zwei antiparallel. Einfacher
ist aber die Klemmung am ADC, die Dioden sind auch "etwas" kleiner.
Mal rechnen. Wenn man auf +/-500mV begrenzen will, reichen zwei
antiparallele 1N4001 am AD-Eingang.
R = U / I = 3,5V / 1A = 3,5 Ohm, Normwert 3,9 Ohm
Also reichen ~4 Ohm Vorwiderstand, um die Klemmdioden nicht zu
überfahren.
Die 0,5 Ohm, die du ausgerechnet hast, sind rein akademisch. Denn dazu
müsste der Eingangswiderstand auf 0,5 Ohm GENAU sein. Das ist er mit
Sicherheit nicht. Kalibieren muss man so oder so, wenn man WIRKLICH so
genau messen will. Damit spielen die 4 Ohm keine Rolle.
Roland L. schrieb:> Der AD-Wandler hält aber nur max. 2V> aus. Gibt es eine sinnvolle Möglichkeit, die Eingangsspannung am> AD-Wandler zu begrenzen?
10k Vorwiderstand, verfälscht das Messergebnis nicht, begrenzt aber den
Strom der eventuell über die Schutzdioden abfliesst.
Dein A/D-Wandler ist etwas merkwürdig, weil er zwar -2V, aber nur +2V
anm Analgeingang erlaubt. Zum Schutz sollte also wohl 3 Dioden in Reihe
nach GND geschaltet werden oder so.
Wenn man den 1N400x 1 V erlaubt, können die Kurzzeitig (z.B. 20 ms) auch
deutlich mehr als 1 A vertragen. So lange Verträgt wohl auch der Shunt
den hohen Strom nicht. Der Widerstand dürfte also auch einiges kleiner
als 4 Ohm werden. Der Schutzwiderstand gibt auch nur einen konstanten
Faktor für die abweichung - da wäre die Frage eher wie genau ist der
Shunt und die Ref. Spannung des ADs. Selbst dann kann man den Effekt
auch in 1. Näherung korrigieren, wenn man unbedingt will. Wenn man so
will muss der Widestand nur auf 0,5 Ohm genau bekannt sein - wo bei aber
eher der Fehler beim Einagngswiderstand größer ist.
Ein 10 K Widerstand als Schutz wäre dagegen schon eine Einschränkung:
einige Sigma Delta ADC reagieren auf einen höheren Eingangswiderstand
zusammen mit der Kapazität der Dioden auch noch mit Nichtlinearität, und
nicht nur dem um einen konstanten Faktor zu kleinen Messwert.
da ich nicht weiß, wie der Eingangswiderstand aussieht wollte ich mit
dem Vorwiderstand auf Nummer sicher gehen. Der Eingangswiderstand ist ja
kein echter ohmscher Widerstand, sondern nur eine äquivalente Angabe.
Wie sich der mit der Eingangsspannung, der Temperatur und sonstwas
verändert, weiß ich nicht.
Ein separater Abgleich der verschiedenen internen Verstärkungen wäre bei
einem größeren Vorwiderstand auf jeden Fall erforderlich.
Die absolute Genauigkeit von 16bit benötige ich nicht, ich muss nur den
Gleichanteil noch einigermaßen genau messen können, daher benötige ich
die Auflösung.
Der AD-Wandler wird mit +3,3V versorgt, die Eingangsspannung darf
maximal +-2V gegen GND betragen. Einfache Klemmdioden gegen
Betriebsspannung funktionieren daher nicht.
Roland L. schrieb:> Der AD-Wandler wird mit +3,3V versorgt, die Eingangsspannung darf> maximal +-2V gegen GND betragen. Einfache Klemmdioden gegen> Betriebsspannung funktionieren daher nicht.
Hallo,
dann erzeuge mit einem Low-Drop-Regler eine Hilfsspannung von ca. 1,3V.
Damit kannst du dann Klemmdioden (z.B. BAV199) gegen gnd und +1,3V
nutzen.
Um sich bei evtl. Zerstörung des Shunt auch gegen Zersörung des ADC zu
schützen, empfehle ich eine Reihenschaltung von 2 Vorwiderständen.
Nach dem ersten Vorwiderstand (z.B. 47 Ohm) kannst du eine
leistungsfähigere Suppressordiode (z.B. 3,3V) setzen und nach dem 2
Vorwiderstand (z.B. 220 Ohm)dann die Klemmdioden.
Im Falle eines Totalausfalls des Shunt dürfte max. der erste Widerstand
verbrutzeln. Feinsicherungen können auch dagegen schützen.
Gruß Öletronika
Roland L. schrieb:> bei 16 bit Auflösung dürfte nach meiner Rechnung der Vorwiderstand max.> 0,5 Ohm haben um 1LSB Fehler zu erzeugen.
Stimmt, der A/D ist ätzend.
Roland L. schrieb:> Der Strom, der gemessen werden soll, hat maximal 40A Spitzenwert
Also +/-0.2V sollen ungestört sein und 800A nicht über 2V gehen.
+--|<|--+-- GND
| |
+--|>|--+
|
+--0R5--+---- A/D
|
5mOhm
|
Das macht maximal 8A über den Schutzdioden die damit sicher unter 2V
bleiben.
ich werde das mit dem 0,5 Ohm Widerstand und den Dioden mal
ausprobieren. Wenn der AD-Wandler es nicht überlebt, versuch ich es mit
dem Spannungsteiler.
Gibt es Kennlinien von Leistungsdioden, die bis 100mV oder weniger
gehen?
verhalten sich Dioden in diesem Bereich so, wie es sich die Theorie
vorstellt, oder wäre es evtl. besser, einen Transistor mit
kurzgeschlossener Basis-Kollektorstrecke zu verwenden?
@ Roland L. (roland2)
>ich werde das mit dem 0,5 Ohm Widerstand und den Dioden mal>ausprobieren.
Hast du meinen Beitrag nicht gelesen? Oder nicht verstanden?
Beitrag "Re: Schutzschaltung für Strommessung mit Shunt"> Wenn der AD-Wandler es nicht überlebt, versuch ich es mit>dem Spannungsteiler.
Das ist Unsinn.
>Gibt es Kennlinien von Leistungsdioden, die bis 100mV oder weniger>gehen?
Eher nicht.
>verhalten sich Dioden in diesem Bereich so, wie es sich die Theorie>vorstellt,
Wie lautet denn deine Theorie?
Meine sagt, dass bei 200mV Vorwärtspannung je nach Typ nur wenige nA
Strom fließen.
> oder wäre es evtl. besser, einen Transistor mit>kurzgeschlossener Basis-Kollektorstrecke zu verwenden?
Nein. Mach dir mal um Leckströme nicht zuviel Gedanken. Du willst
40A/65536 = 0,6mA auflösen, selbst schlechte Dioden sind da locker
Faktor 100 darunter.
