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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ASC715 Hallsensor


Autor: kennie (Gast)
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Ich würde gerne bei einem Bench Power Supply den Strom messen & per LCD 
ausgeben. Da es ein Doppelnetzteil ist muss "highside" gemessen werden, 
mit all den dazugehörigen Problemen. Ich überlege daher die Verwendung 
eines Hallsensors. Aus dem Datenblatt des ASC715 werde ich aber leider 
nicht ganz schlau. Es wird nicht so recht ersichtlich wie gut die zu 
erwartende Genauigkeit ist. Zwar steht dort was von 1,5% typischer 
Abweichung, aber bei welchem Strom? Die Rauschspannung (noise) ist bei 
der 20A-Variante mit 21mV angegeben. Der Sensor gibt ca. 180mV pro A 
aus. Ist das so zu interpretieren dass die Auflösung max. ca. 100mA 
beträgt (Noise geteilt durch 180mV)? Das wäre ja eine erbärmliche 
Auflösung und würde bedeuten dass man solche Sensoren für niedrige 
Ströme überhaupt nicht einsetzen kann.

Autor: eProfi (Gast)
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Ja, die ACS rauschen ziemlich, die neueren etwas weniger.
Es kommt jedoch sehr auf die gewünschte Bandbreite an.
Wenn Du nur anzeigen willst, kannst Du die Filter großzügig 
dimensionieren oder ein Filter nachschalten.
Dann geht es eigentlich recht gut.

Die 1,%% bezeihen sich auf FullScale, also den maximalen Strom.
Ist aber

Achte auf gute Kühlung des ICs (breite Masseflächen rundrum, die die 
Wärme aus den stromführenden Pins "herausziehen").

In meiner Anwendung will ich den Ausgangsstrom einer Vollbrücke regeln, 
das sollte natürlich schnell gehen (schwache Filterung erforderlich), 
und da muss ich schon tief in die Trickkiste greifen.

Von LEM gibt es auch schöne Hall-Wandler z.B. mit 0-5V-Ausgang.

Autor: kennie (Gast)
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Danke für die Antwort. Was sind denn die kleinsten Ströme die man mit so 
einer Filterung messen kann? Die 21mv Rauschspannung sind ja schon mit 
Filter...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Du musst das Datenblatt mal bis unten lesen. Da ist das Rauschen. vs. 
Filter Kondensator aufgetragen.

Autor: kennie (Gast)
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Das hab ich schon gelesen. Die Rauschspannung geht im Diagramm nicht 
unter 100mV. Oben steht aber dass sie mit Filter 21mV beträgt. Inwiefern 
beantwortet also dieses Diagramm meine Frage? Ich möchte wissen wieweit 
sich die Rauschspannung reduzieren lässt (zur Not auch mit externem 
Filter, d.h. RC und noch ein Impedanzwandler dahinter) und was der 
kleinste Strom ist den man noch messen kann. Eignen sich solche HS nur 
für Ströme im Ampere-Bereich oder kann man damit auch wenige Miliampere 
messen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Es sind 100mA, nicht 100mV. Das ist schon über die Empfindlichkeit 
umgerechnet.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hier mal als Bild extrahiert.

Für einen x30A Typ entspricht 100mA etwa 13mV.


Achso: Das Rauschen der neueren Allegro (SOIC8) Stromsensoren ist 
übrigens nicht wirklich besser.
Klar, das rauschen ist bei einem bidirektionalem 20A Typen nur halb so 
groß, aber die Empfindlichkeit ebenfalls...

Für wenige Milli Ampere ist es Quatsch Hall Sensoren zu nehmen. Da kann 
man besser mit einem Shunt (+Verstärker) arbeiten. Das hat (pauschal 
gesagt) weniger Noise.

Problematisch wird es allerdings bei höheren Strömen (Ab ca. 10A) wo man 
den Shunt kühlen muss oder extrem verstärken muss. Da wird es dann 
schnell teuer, wenn es auf Low-Noise ankommt.

Du musst selbst entscheiden ob Noise für dich ein Problem ist, bzw. ob 
es unerwünschte Auswirkungen hat.

Autor: kennie (Gast)
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>Es sind 100mA, nicht 100mV. Das ist schon über die Empfindlichkeit
>umgerechnet.

Danke für die Klarstellung! Das Bild ist dann wohl so zu interpretieren 
dass man mit noch größeren Kapazitäten nicht mehr wesentlich kleineres 
Rauschen als 100mA hinbekommt. Würde hier ein externer RC helfen? Für 
eine Anzeige des Stroms wäre die Verlangsamung ja unproblematisch...

>Klar, das rauschen ist bei einem bidirektionalem 20A Typen nur halb so
>groß, aber die Empfindlichkeit ebenfalls...

Also mir kommt die Genauigkeit ziemlich bescheiden vor. Klar, man kann 
riesige Ströme nahezu verlustlos messen, aber für genauere Messungen 
kleiner Ströme (Ampermeter etc.) schalten so Hall Sensoren dann eher aus 
oder?

Ich wüßt ja zu gerne eine einfache Lösung wie man Highside einen Strom 
mit wenig Bauteilen (und leicht erhältlich), wenig Abgleich und sowohl 
an positiven wie negativen Spannungen (Ausgang Doppelnetzteil!)  messen 
kann. Ich dacht schon an einen linearen Optokoppler...

Autor: Mike J. (emjey)
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Hallo,
ich suche auch eine Lösung um hohe Ströme zu messen.

Ich muss hier an 12 Leitungen den Strom messen, teilweise fließen nur 
maximal 1A und teilweise bis 40A.
Die Auflösung soll 14 Bit betragen.

Der ACS715 x30A scheint ja dafür gemacht zu sein und sollte passen.

Im Datenblatt steht:
- ZeroCurrent Outputvoltage = 0.1 * Vcc
Das heißt also es gibt einen Offset von 0.5V

Electrical Output Voltage: -30mV / +30mV
Was bedeutet das?
Das könnten vielleicht die 1.5% Abweichung sein.

Sind die ACS712/713/714/715 nicht so gut dafür geeignet wenn ich eine 
höhere Auflösung als 8 Bit benötige?

Kann man das irgendwie kompensieren damit wenigstens 10 Bit möglich 
sind?
Gibt es einen besseren Baustein mit dem man diese Ströme messen kann?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Mike J. schrieb:
> Hallo,
> ich suche auch eine Lösung um hohe Ströme zu messen.
>
> Ich muss hier an 12 Leitungen den Strom messen, teilweise fließen nur
> maximal 1A und teilweise bis 40A.
> Die Auflösung soll 14 Bit betragen.

40A mit 14 Bit, das macht ~2.5mA Auflösung. Das kriegste mit so einem 
Hall Sensor nicht hin. Vielleicht ein Sensor von LEM oder so. Oder eben 
ein Shunt mit Verstärker. Bei den Anforderungen wirst du aber mehr als 
ein paar Euro (die der ACS715 kostet) dafür ausgeben müssen.

> Der ACS715 x30A scheint ja dafür gemacht zu sein und sollte passen.
Wohl kaum, wenn du bis 40A messen möchtest...

> Im Datenblatt steht:
> - ZeroCurrent Outputvoltage = 0.1 * Vcc
> Das heißt also es gibt einen Offset von 0.5V
Ja. Und zirka 4V Signalhub.

> Sind die ACS712/713/714/715 nicht so gut dafür geeignet wenn ich eine
> höhere Auflösung als 8 Bit benötige?
Lies diesen Thread und das Datenblatt und entscheide selbst. Da du eine 
Signalquelle hast, die mit Rauschen überlagert ist, bietet sich 
Oversampling an um die (effektive) Auflösung zu erhöhen. Allerdings 
sinkt dann die Bandbreite. Du kannst dann also nur langsam messen.

> Gibt es einen besseren Baustein mit dem man diese Ströme messen kann?
Äh, bestimmt. Zum Beispiel mit einem Shunt und einem Verstärker 
(Verdammt ich bin in einer Zeitschleife gefangen).

Autor: Mike J. (emjey)
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Simon K. schrieb:
> Äh, bestimmt. Zum Beispiel mit einem Shunt und einem Verstärker
> (Verdammt ich bin in einer Zeitschleife gefangen).

:)

Ich bin deinem Rat gefolgt.

Als Shunt habe ich ein Stück Konstantandraht genommen.
(0.6mm dick, 3mm von Pad zu Pad)

Theoretisch müssten es 3mOhm sein, es sind aber ca. 5.23mOhm da das 
Lötzinn nicht bis ganz an den Rand des Pads reicht.

Auf dem Bild:
 - eine Erhöhung des Stroms um 20mA lässt die Spannung um ca. 10.4mV 
ansteigen
 - der OpAmp erzeugt einen konstanten Offset von 87.1mV, das lässt sich 
wegrechnen


 - bei dieser Konfiguration kann ich maximal 3.2875A messen (bei 2.56V 
Vref des ADC)
 - mit 10 bit Auflösung sind das 3.21mA pro Stufe
 - bei den 20mA Schritten wich die Spannung
bei 50% der Werte um +-0.1mV ab (10.4mV +-0.1mV) das wäre ein Fehler von 
+-0.192mA
 und
bei 3% der Werte um bis zu +-0.3mV (10.4mV +-0.3mV) das wäre ein Fehler 
von  +-0.576mA

Das sieht alles recht gut aus.

Wenn 6 dieser Drähte parallel verlegt werden(also in etwa 1 mOhm) würden 
bei einem Strom von 40A am Draht 1.6W an wärme verloren gehen.

Ich werde wahrscheinlich ein ganzes Drahtstück durch die Bohrlöcher 
fädeln und so beide Seiten der Platine zur Kühlung nutzen und den 
Abstand auf 1mm verringern, dann sind das 0.25mOhm und die Heizleistung 
sinkt auf 0.4 Watt.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Mit welcher Bandbreite arbeitest du denn? Und wie sieht das Rauschen mit 
dem Operationsverstärker(Welcher?) aus

Autor: Mike J. (emjey)
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Ich bin gerade dabei Informationen zu sammeln, also welche Möglichkeiten 
existieren, welche Genauigkeit möglich ist, wie hoch die Kosten sind und 
zum Schluss wär noch interessant wie einfach eine solche Platine zu 
fertigen ist.

Ich habe absichtlich den günstigsten OpAmp genutzt den ich finden konnte 
(LM358D) damit ich ein Beispiel für "billig" habe.
Als nächstes werde ich das gleiche mit ein paar hochwertigen OpAmps 
machen und dann realisiere ich das mit zwei verschiedenen HAL-Sensoren 
(CSA-1V oder fhs 40-p sp600 und noch einem anderen LEM Sensor).

Ich vergleiche die miteinander und verwende dann den Sensor der für der 
für das Projekt ausreichend gut ist.

Simon K. schrieb:
> Mit welcher Bandbreite arbeitest du denn?
Also mir reichen 1kHz aus, es müssen also keine Strom-Peaks erkannt 
werden.
Es wäre aber gut wenn ich schon etwas für eine höhere Bandbreite in der 
Hand habe im Falle meine Kommilitonen wieder mal in letzter Minute mit 
anderen Anforderung vor mir stehen.

Autor: kennie (Gast)
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Wen's interessiert: Habe mal mit dem ASC715 Hallsensor experimentiert 
und kann nun bestätigen dass er für niedrige Ströme ungeeignet ist.

Hat schon einen Grund dass im Datenblatt das Diagramm VOut vs. sensed 
current nur den Bereich ab ca. 6A zeigt :) Der Hallsensor gibt unterhalb 
von 1A nichtmal eine steigende Spannung für steigenden Strom. Bei einer 
Erhöhung des Stroms von 0 auf 0.3A beispielsweise sinkt die 
Ausgangsspannung. Ab etwa 1A geht es dann wieder aufwärts wie es soll, 
auch der Offset ist minimal. Somit lässt er sich für Stromanzeigen nur 
bedingt einsetzten. Schade!

Autor: kennie (Gast)
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Diese Schaltung habe ich eben in Spice und auf dem Breadboard getestet 
und sie scheint vielversprechend. Gemessen wird Highside (der Tl081 
verträgt eingangsseitig die positive Betriebsspannung), an Umess liegt 
eine spannung an die dem Strom in A entspricht. Im Gegensatz zu einer 
Beschaltung als Differenzenverstärker braucht es keinerlei teure 
Präzisionswiderstände. In der Originalschaltung wurde ein 
DMOS-Transistor verwendet aber ein oller BC549 oder BC337 tats genauso.

In der gleichen Beschaltung sollte sich so auch ein Strom an einer 
negativen Spannung messen lassen, so z.B. die +/- Ausgänge eines 
Doppelnetzteils. Die Ausgangsspannung muss dann nur noch invertiert 
werden. Das probiere ich jetzt aus.

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