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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik genaue Spannungsmessung mit ADC in Power Supply?


Autor: Fralla (Gast)
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Hallo!
Ich baue einen AC/DC Wandler(3.2kW) mit 42V - 58V Ausgangsspannung. 
Diese Spannung bekommt das Gerät von einem Bus. Geregelt wird das ganze 
digital mit ein dsPIC33.
Die Ausgangsspannung muss sehr genau gehalten werden (Einstellbar in 
10mV Schritten. Nur muss sie erstmal genau gemessen werden. Mit dem 
10Bit AD Wandler kann ich nur mit 60mV Auflösen.

Ich muss daher irgenwie den Messbereich einschränken und dann mit dem 
ADC Auflösen. Ich dachte an einen OPV als Differenzverstärker. Wird die 
Verstärkung entsprechend gewählt kann ich auf diese Spannung 
"hineinzoomen" und dann mit dem ADC messen. Jedoch muss immer die 
Referenz des OPVs verändert werden und das ist ein Aufwand.

Welche Lösungvorschläge habt ihr?

MFG

Autor: Marius S. (lupin) Benutzerseite
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Über DAC eine genaue Vergleichspannung erzeugen, dann über Komparator 
mit der Ausgangsspannung vergleichen. Den DAC kannst ja trotzdem noch 
nehmen (zum grob regeln) und dann mit dem Komparator fein regeln.

Autor: Daniel (Gast)
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Eine Schwierige Aufgabe, die du da hast.
Von der altmodischen Art und Weise her kann man z.B. Z-Dioden in Reihe 
schalten und so eine Spannungslupe zaubern. Jedoch sind hier sehr großé 
Nichtlinearitäten im Spiel, aber mit einigen Vergleichsmessungen kann 
man diese herausbekommen...und die Kurve Linearisieren bzw. 
quadratisieren.
Die Idee mit dem OPV ist nicht schlecht nur da brauchst du trotzdem 
mindestens 2 Vergleichsspannungswerte, die in der höhe nicht mehr genau 
genug sein werden. Die Durchbruchspannung der Z-Dioden hingegen bleiben 
bei relativ konstanter Temperatur gleich. Mit Verlustleistung musst du 
dabei so und so leben...
also ich denke die gute alte Spannungslupe ist die einzige Methode mit 
der sich die 10mV realisieren lassen.

Autor: Fralla (Gast)
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Mönnte die Kapazität einer Z Diode Probleme machen.

Ich hatte mal den Fall, das ich mit einem Komparor auf 400V sensen 
musste. Hatte eine Z-Diode am Komparator Eingang um die SPannung zu 
begrenzen. Andernsfalls müsste man das Teilerverhältnis des Spgteilers 
ändern müssen und die Schaltschwelle wäre nahe null.  Der 
Spannungsteiler  musste entprechend hochohmig sein (400V). Eine fallende 
Flanke hat die Z-Diode durch ihre Kapazität verschliffen. Eine Si-Diode 
in Serie brachte kaum etwas.




>Die Idee mit dem OPV ist nicht schlecht nur da brauchst du trotzdem
>mindestens 2 Vergleichsspannungswerte.
Wieso 2?

Differenzverstärker, mit verstellerbarere Referenz an einem Eingang und 
das Messignal am anderen EIngang. Zuerst wir mit dem ADC des dsPIC die 
Spannung mit 10 Bit gemessen. Dann wird mit dem DAC (auch 10-Bit) eine 
Referenz generiert die diesem Wert entspricht und auf den 
Diffenzverstärker gelegt. Dieser Verstärkt das Signal mit einem 
ensprechendem Faktor. Diese Verstärkte Abweichung vom Refwert wird 
wieder mit 10-Bit gesampelt. Der Rest ist Mathematik.
Sollte in der Theorie funktionieren, doch Probleme sehe ich bei der 
Ref-generierung. In dem verseuchten Teil. Auch die Verstärkung des 
Diffverstärker muss Konstant bleiben. Zeit ist auch ein problem, 
schliech ist dies auch der Istwert für den Regelkreis.


Hat jemand andere einfachere Vorschläge?
Wie ist Spannungslupe mit Z-Diode in meinem Fall gemeint?


MFG

Autor: Fralla (Gast)
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keine Ideen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fralla (Gast)

>Ich baue einen AC/DC Wandler(3.2kW) mit 42V - 58V Ausgangsspannung.

>Die Ausgangsspannung muss sehr genau gehalten werden (Einstellbar in
>10mV Schritten.

???
Das macht mal locker 5800 Counts Vollausschlag, also ein 13Bit++ 
Wandler.
Gibt es im Laden fertig.

Aber 3,2 *K*W auf 10mV GENAU regeln zu wollen halte ich für äusserst 
sportlich.
Wofür soll das gut sein?

>Ich muss daher irgenwie den Messbereich einschränken

Kann man mit einem OPV als Subtrahierer machen.
Die Z-Dioden Sparlösung ist Murks.

MFG
Falk

Autor: Fralla (Gast)
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Also erstmal danke für die Vorschläge!

>Das macht mal locker 5800 Counts Vollausschlag, also ein 13Bit++
>Wandler.
>Gibt es im Laden fertig.

Möchte den im dsPIC verwenden.

>Aber 3,2 *K*W auf 10mV GENAU regeln zu wollen halte ich für äusserst
>sportlich.
>Wofür soll das gut sein?

Ja 10mV ist heftig, aber die dynamischen Anforderungen an Lastsprünge 
sind äußerst gering. Line regulation klarerweise wider streng. Wofür?
Für einen speziellen Antennenverstärker, was an dem so toll ist weis ich 
selbst nicht. Jedenfalls bekommt meine PSU von diesem Verstärker über 
einen Bus die Spannungsdaten.

Den Leistungsteil hab ich schon im Griff.

Jedoch sowas banales wie die ADC Auflösung hab einfach nicht bedacht, 
bei anderen Geräten reichte 10Bit immer volkommen.

Subtrahierer? Man könnte 42V abziehen (vorher natürlich auf OPV level 
geteilt) und nur den zu verstelleden bereich mit 10Bit Samplen. Doch 
damit erreicht man im besten Fall nur 16mV.
So eine verdammte Schei.e!
Mir fällt wirklich nur die Differenzverstärker Methode ein...
Exteren ADC und den wiederan den dsPIC koppeln, nein, hab lieber den 
interen der kann immerhin 4000ksps

Wenn jemand was besseres weis, bitte sagen...

MFG

Autor: avion23 (Gast)
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Oversampling? Siehe app-note von atmel. Rauschen wird genug da sein.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Antennenverstärker mit 3,2kW? Respekt. Dann wohl eher ein Sender.

Arno

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fralla (Gast)

>Für einen speziellen Antennenverstärker, was an dem so toll ist weis ich
>selbst nicht.

Und der braucht auf 10mV genau eine Versorgungsspannung? Klingt sehr 
esotherisch.

>Den Leistungsteil hab ich schon im Griff.

Naja .. .

>Subtrahierer? Man könnte 42V abziehen (vorher natürlich auf OPV level
>geteilt) und nur den zu verstelleden bereich mit 10Bit Samplen. Doch
damit erreicht man im besten Fall nur 16mV.

Tja, Pech gehabt.

MfG
Falk

Autor: Marius S. (lupin) Benutzerseite
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Dann nimm entweder 2 subtrahierer und zwei ADC eingänge und zieh jeweils 
42 und 50 Volt ab oder nimm einen subtrahierer den du zwischen 42 und 50 
volt umschalten kannst.

Dann hast du 8V / 1024 macht 7,8mV... zumindest theoretisch.

Autor: Matthias W. (fralla)
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So, ich habe das jetzt so halbwegs hinbekommen.

Zuerst wird die Spannung ordendlich gefiltert, klar. Zusaätzlich auf das 
Schalten des LLC DC/DC Leistungsteils synchronisiert.
Dann wird mit dem ADC die Spannung auf 10-Bit gemessen. Anhand dieser 
Messung wird mittels PWM eine Referenzspannng für den 
Differenzverstärker erzeugt. Diese Differenz wir wieder mit dem ADC 
gemessen und die Ist-Spannung berechnet.
Die Spannung wird bei Vollast jetzt gearde so auf 10mV genau gehalten, 
das Kalibibrieren wird ein weiteres Problem.

>Und der braucht auf 10mV genau eine Versorgungsspannung? Klingt sehr
>esotherisch.
Dachte ich auch, aber so stehts in der Speck. Was das soll weis ich aber

>Oversampling?
Kling auch interessant, wenn ich 42V abziehe, müsste ich in meinem Fall 
mindestens 4x Oversampeln (für 11Bit)? Hab damit keine Erfahrung aber 
jetzt weis ich, dass es eine Alternative geben würde.
Wenn das rauschen das LSB toggelt, dann müssen die 4 Werte einfach nur 
gemittelt werden?
Das wäre deutlich einfacher, denn jetzt ist wieder viel mehr Analog 
Zeugs im Einsatz

MFG

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Ich baue einen AC/DC Wandler(3.2kW) mit 42V - 58V Ausgangsspannung.
> Diese Spannung bekommt das Gerät von einem Bus. Geregelt wird das ganze
> digital mit ein dsPIC33.
> Die Ausgangsspannung muss sehr genau gehalten werden (Einstellbar in
> 10mV Schritten. Nur muss sie erstmal genau gemessen werden. Mit dem
> 10Bit AD Wandler kann ich nur mit 60mV Auflösen.
>
> Ich muss daher irgenwie den Messbereich einschränken und dann mit dem
> ADC Auflösen. Ich dachte an einen OPV als Differenzverstärker. Wird die
> Verstärkung entsprechend gewählt kann ich auf diese Spannung
> "hineinzoomen" und dann mit dem ADC messen. Jedoch muss immer die
> Referenz des OPVs verändert werden und das ist ein Aufwand.

Hallo Fralla,

58V (bei 3.2kW) auf 10mV genau einzustellen, hört sich nach großem 
Quatsch an. Wer eine solche Aufgabe stellt, hat in geschätzten 99% der 
Fälle nicht den Hauch einer Ahnung, auf was es bei dem Meßproblem 
wirklich ankommt.
Die restlichen 1% der Leute, die so eine Aufgabe stellen, haben genügend 
Erfahrung, um selbst genaue Bearbeitungshinweise zu geben.

Also: Erstmal nachdenken, auf was es wirklich ankommt!

Wenn Du nach reiflicher Überlegung immer noch meinst, Du brauchst 
unbedingt die 10mV, kannst Du folgendes probieren:

1) Spannung mit hochohmigem Spannungsteile auf OPV-Spannungslevel 
runterteilen. (Wenn Du durch 10 teilst, hast Du Spannungen von 
4.2V-5,8V).
Alleine das Runterteilen ist jedoch schon recht sportlich, da Du dazu 
die genauen Werte der Widerstände brauchst.
Selbst wenn die Widerstände auf 0,1% genau sind - das ist das, was man 
im Laden noch kaufen kann-, hast Du schon systematische Abweichungen von 
1/1000*42V = 42mV.

2) Driftarmen OPV-Subtrahierer verwenden (mit Zero Drift Amplifier) und 
Differenz Deiner Spannung zu einer sehr genauen 
5V-Referenzspannungsquelle bilden. Alternativ kannst Du einen 
Differenzverstärker wie INA... nehmen. Hier besteht wieder dasselbe 
Problem mit der Genauigkeit der Widerstände.

3) Differenzsignal mit µC einlesen. Du kannst beispielsweise solche ADCs 
verwenden.
http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsea...


Gruß,
  Michael

Autor: Ulrich (Gast)
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3.2 kW bei 58 V geben einen Strom von gut 50 A. Wenn man da auf 10 mV 
messen will, muß man wirklich sehen wo man mißt.

Da sollte man lieber einen externen AD wandler mit genügender Auflösung 
nehmen. Zum Teil gibts die auch mit integrerter Referenz. Wenn man auch 
schnelle Störungen erkennen muß, dann eventuell einen langsamen externen 
AD für die Auflösung, und den internen AD AC gekoppelt fürs Schnelle.

Autor: Fralla (Gast)
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>58V (bei 3.2kW) auf 10mV genau einzustellen, hört sich nach großem
>Quatsch an. Wer eine solche Aufgabe stellt, hat in geschätzten 99% der
>Fälle nicht den Hauch einer Ahnung, auf was es bei dem Meßproblem
>wirklich ankommt.

Ist es eigentlich nicht. Das Gerät ist ursprünglich ein normaler Telecom 
Rectifier. Auch da muss die Spannung in 50mV Schritten verstellbar sein. 
Die härtere Anforderung ist der Voltage Droop von 15mV+-2mV/A.
Es werden 3 bis 16 Units hart parallel an eine Busbar gehängt. Im Active 
Current Share Mode  gibt ein Master vor wieviel Strom jede Unit zu 
liefern hat und schaltet sie bei Bedarf auch ab, zählt Betriebstunden 
etc. Für Passive Current Share ist logischerweise ein definierter Droop 
notwendig.

Sonst wurde dies (und andere Sachen, zb Power Limmit) durch externe 
Analoge Regelkreise + PWM Controller realisiert und funktioniert seit 
Jahren Problemlos.

>3.2 kW bei 58 V geben einen Strom von gut 50 A. Wenn man da auf 10 mV
>messen will, muß man wirklich sehen wo man mißt.
Das ist klar jede Unit mist an ihren Klemmen zur Busbar. Die Analoge 
Variante funktioniert problemlos, da hängen 16 Units (mit 2.4kW) 
parallel. Im Normalbetrieb geben die nie alle gleichzeitig Vollgas 
(Teillast bzw sleep zwecks Redundanz und Lebensdauer). Testweise auch 
alle 16 Vollast auf einen Straßenbahn Bremswiderstand, sind dan knapp 
40kW. Auch mit passive current share funktioniert das (ok ein paar 
hängen im Power Limit).

>Da sollte man lieber einen externen AD wandler mit genügender Auflösung
>nehmen.
Ist angeblich zu teuer...

Da jetzt alles digital sein muss, und der dsPIC Regeln muss ist eben das 
Problem der Spannungsmessung da. Zusätzlich muss für eine 
Spezialanwendung eben auf 10mV genau geregelt werden jedoch ohne droop.

AD8629 wurde ursprünglich zum Strommessen eingesetzt und "verzog" den 
Spannungs Regelkreis. Wenn ich mit dem dsPIC eine genaue Referenz 
erzeugen kann braucht man ja keine genaues SpgTeilerverhältnis, weder 
für den Spgteiler, noch für die Verstärkung. Oder?

MFG

Autor: Fralla (Gast)
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Das weit mehr als 10mV an der Leitung (Schiene) zum Sender abfallen ist 
klar. Deshalb sitzt oben eine Power Filter Unit, nochmals nachfiltert, 
ganz ganz winzig wenig linear regelt und Kommandos and die Rectifier 
oder den Current Share Master gibt. Irgendwann wirds ja HVDC geben.

Wie siehts aus mit Oversampling? 4 fach wäre Leistbar für ein Bit mehr. 
Müsste man dan wirklich nur mehr mitteln, sofern das rauschen das LSB 
kippt?

MFG

Autor: aha (Gast)
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Also wenn ihr mehrere Supplies kontrolliert parallelisieren wollt, so 
muesst ihr den Strom regeln, nicht die Spannung.

Autor: Matthias W. (fralla)
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Ja klar, und wie weis ein Gerät auf welchen Strom es regeln soll?

Autor: Fralla (Gast)
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>Wie siehts aus mit Oversampling? 4 fach wäre Leistbar für ein Bit mehr.
>Müsste man dan wirklich nur mehr mitteln, sofern das rauschen das LSB
>kippt?

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