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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessung mit OPV


Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Ich habe wirklich die Suchfunktion verwendet aber keine weitere Person 
hatte folgendes Problem:
Es geht um eine Strommessung. Diese soll mit einem OPV (LMC6044IN) und 
Stromwandler (HTFS 800-P) umgewandelt werden. (Es kann auch ein anderer 
OPV sein, Stromwandler muss dieser sein) Ein Strom von -800A und +800A 
soll gemessen werden (sehr viel ich weiß, ist aber so). Dieser soll auf 
minimal 0V bis maximal 3,3V herunter transformiert werden, damit ich ihn 
mit dem PIC messen kann.
Da ich mich mit OPV-Schaltungen nicht wirklich auskenne, wollte ich euch 
Profis fragen. Bitte hilft mir weiter, ich wäre euch wirklich sehr sehr 
dankbar. Es ist nämliche wirklich wichtig.
Falls ihr noch weitere Informationen benötigt, werde ich sofort Auskunft 
geben.

mfg

: Verschoben durch Admin
Autor: MaWin (Gast)
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> Dieser soll auf minimal 0V bis maximal 3,3V herunter
> transformiert werden, damit ich ihn mit dem PIC messen kann.

Wie blöd, denn der http://www.lem.com/docs/products/htfs_sp2_e.pdf
braucht 5V und erzeugt 1.25V bis 3.75V.

Versorge doch deinen PIC mit 5V und nimm die Spannung direkt.

Ansonsten:

LEM --R1--+- PIC
          |
         R2 (R2 ca. 2.5 mal R1)
          |
         GND

Oder falls unbedingt der OpAmp verwendet werden muss
http://www.jens-wesemann.de/op7.htm mit U1=0.85V.

Autor: Horst Hahn (horha)
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Hallo,

diese 0,85 Volt kann man ja aus der Referenzspannung des HTFS 800-P 
gewinnen.
Die dort V_in/2 beträgt.
Hier ist eine etwas besser beschreibende PDf zum Einsatz.
http://www.lem.com/images/stories/files/Products/P....

Der Spannungsteiler muss aber auf die Maximalwerte abgestimmt sein. 
Diese betragen im Überlastfall 0,5 und 4,5 Volt.

Das transformieren ist ja schön und gut, aber die Referenzspannung des 
PIC wird von seinen 3,3 V abhängen und die des HTFS 800-P von seinem 
V_in = 5 Volt.
Wenn beide Toleranzen von +-2 % haben ist doch schon die ganze Messerei 
schon Käse.

Eigentlich müsste man auch dem PIC direkt Referenzspannungen aus V_in 
erzeugen können.
http://www.sprut.de/electronic/pic/grund/adc.htm
[qute]Vref+ darf nicht kleiner sein als Vdd - 2,5V (bei 5V 
Betriebsspannung also mindestens 2,5V)
Vref- darf nicht um mehr als 0,3V unter Vss liegen.
Vref- darf nicht größer sein als 2V (bezogen auf Vss)
Zwischen Vref- und Vref+ sollte eine Differenz von mindestens 2V 
herrschen, um 10Bit Genauigkeit zu garantieren.
Die Differenz zwischen Vref- und Vref+ darf nicht größer sein als 
Vdd+0,3V[/quote]

Mal ein Versuch mit dem Programm http://www.elexs.de/kap2_4.htm#uteiler

Wenn man der PIC mit 3,3 Volt und der HTFS 800-P mit 5.0 V betrieben 
wird, dann
ist die Ausgangsspannung des HTFS 800-P auf 0,5..4,5 Volt begrenzt.
Also teilt man die Spannung für V_out von 4,5 auf 3,2 V Volt herunter.
8.2 kOhm  in Reihe mit 3.3 kOhm teilt auf 3,209 V an den 8.2 kOhm = 4,5 
* 8,2/(8,2+3,3).

Jetzt noch Vref+ und Vref- aus den V_in des HTFS 800-P erzeugen, denn 
seine interne Referenzspannung ist ja V_in / 2.
Vref+ sollte möglichst 4,5 * 8,2/(8,2+3,3)= 3,209 V werden,
, denn dann ist bei maximalem Ausschlag V_in *Spannungsteiler = Vref+ -> 
Adc zeigt 1023.
Uteiler nennt 1,5 k+2,7 k => Vref+ = 5V*2,7/(2,7+1,5) = 3,214.. V
Vref- sollte möglichst 0,5* 8,2/(8,2+3,3)= 0,3565.. V werden, denn dann 
ist bei minimalem Ausschlag V_in *Spannungsteiler = Vref- -> Adc zeigt 
0.
Das ergibt 56 k in Reihe mit 4,3 kOhm ( E24 )
Ach herrje, was für eine Rechnerei.

Also doch einfach nur Spannungsteiler für Vref+ und V_in und gut ist, 
dann ist der minimale Messwert des PIC eben 113 oder 114.Man verliert 
nur 11% an Auflösung.

O.K.
Also lieber doch einen Spannungsteiler mit Offset?

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Danke schonmal
Aber jetzt hast du mich etwas verwirrt. Wenn ich einen einfachen 
Spannungsteiler verwende, wie groß sollten dann die Widerstände sein?

Und von welchen Bereich würde er dann messen? Kann das aus dem 
Datenblatt irgendwie nicht herauslesen.

Und bei welchen Pins wird die Schaltung dann am PIC angeschlossen? 
Verwende den PIC32MX795F512L.
Die angehängte Schaltung sollte so weit funktionieren oder?

mfg

Autor: Horst Hahn (horha)
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Hallo,

Das ist ein einfacher Tiefpass:
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-RCglied.htm
Da kannst Du ja Werte eingeben. R sollte > 100 Ohm und C >1 µF sein.
Du wirst ja wissen , welche Frequenzen Du noch messen können musst, 
keine Ahnung!
Das 3-fache der PWM frequenz oder wie an gesteuert oder überwacht wird?

Dummerweise wirkt R1 mit RL als Spannungsteiler.
Dann nimm doch R1 = 3,3 kOhm und Rl = 8,2 kOhm, dann hast Du den 
Spannungsteiler, den Du brauchst, um die maximalen 4,5 Volt unschädlich 
zu machen, und in Reihe liegen sind es auch mehr als die 10 kOhm von Rl 
in der Skizze.
An Out kannst Du ja einen Spannungsfolger/Impedanzwandler pappen, damit 
der Eingang des Adc OUT möglichst wenig belastet und als 
Parallelwiderstand zu Rl wirkt.

Also C jetzt passend zu R12 = 3,3 kOhm wählen.

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Hallo,

ich glaube ich habe mich falsch ausgedrückt, ich muss keine Frequenzen 
messen, ich muss mit dieser Schaltung nur den Strom messen.

Und hab ich das richtig verstanden, wenn durch den Stromwandler ein 
Strom von 800A fließen sollte liegt am Output eine Spannung von 4,5V an, 
oder? Aber was wäre wenn der Strom in die andere Richtung fließen würde 
und 800A sein sollten, welche Spannung liegt dann am Output an?

Und die max Spannung am Output sollte höchsten 3,3 Volt sein, da der 
analoge Pin am PIC für eine höhere Spannung nicht zulässig ist. Und 
bestenfalls sollte bei 800A in die andere Richtung 0 Volt am Output 
anliegen.

Ich habe irgendwie noch nicht ganz das Prinzip von diesem Stromwandler 
begriffen, tut mir leid.

Es geht nämlich um ein Elektromotorrad und da sollen wir die 
verschiedensten Sachen messen. Eins ist zum Beispiel der Strom der von 
der Batterie wegfließt (wenn man Gas gibt) und wenn man bergab rollt, 
wird sie aufgeladen (Strom hinein fließt).


Also wenn das jetzt so zirka stimmen sollte müsste die Zeichnung die 
richtige Schaltung sein. (Den Spannungsteiler R1 und R2 muss ich dan so 
dimensionieren, wie die höchste Output Spannung ist)

Ich hoffe ich hab nicht wieder einen Denkfehler gemacht.
Tut mir leid für die Umstände.


mfg

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Habe vergessen die Datei anzuhängen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Und hab ich das richtig verstanden, wenn durch den Stromwandler ein
> Strom von 800A fließen sollte liegt am Output eine Spannung von 4,5V an,

Also ich lese im Datenblatt 3.75V, lies du doch auch mal.

> Wenn ich einen einfachen Spannungsteiler verwende, wie groß sollten
> dann die Widerstände sein

4k und 10k, oder 10k und 25k wären wohl passend. Sie werden halt 
zwischen Belastung des HTFS 800-P und Eingangsimpedanz des 
PIC32MX795F512L einzupassen.

Autor: Horst Hahn (horha)
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Hallo,

in dieser PDF, wie oben,
http://www.lem.com/images/stories/files/Products/P...
steht dass Funktionsprinztip zu Beginn erklärt, auf Seite 4 kommen dann 
die von mir genannte Begrenzungsspannungen auf 4,5 und 0,5 V, die bei 
Überlast maximal auftreten können.
Dabei sollte der PIC noch überleben ;-)
Aber richtig, bei I/In = 1 sollte 3,75 Volt erscheinen.

Du kannst ja mal 
http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tina-ti.html installieren 
und U_out simulieren mit dem passenden Kondensator und auch OPV's in 
diversen Varianten.

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Danke horst jetzt kenn ich mich glaub ich aus :)

Ein Beispiel: beträgt die externe Refernzspannung 2 Volt, kann die 
Ausgangsspannung folgende Werte erreichen:
+ 2 Volt' + 2 Volt = + 4 Volt auf der positiven Seite
+ 2 Volt' - 1,5 Volt = + 0,5 Volt auf der negativen Seite

Da der Strom auf der positiven Seite aber nur höchsten 3,3 Volt sein 
darf, nimm ich eine Referenzspannung von 1,3 Volt und erreiche somit 
folgende Werte:
+ 1,3 Volt' + 2 Volt = + 3,3 Volt auf der positiven Seite
+ 1,3 Volt' - 0,8 Volt = + 0,5 Volt auf der negativen Seite

Sollte ja so funktionieren oder?


Danke nochmals für eure Geduld.

mfg

Autor: Horst Hahn (horha)
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Hallo,

ich habe mit TINA die Schaltung simuliert.
Dazu eine Sinus mit 2 V Amplitude einer Gleichspannung von 2,5 V 
überlagert mit 10 Ohm Ausgangsimpedanz, das garantierte Maximum an 
Werten, bei U_ein = 5 V.
Die - 3db Grenzfrequenz beträgt bei R1 = 3,3 kOhm und Rl=8,2 kOhm und C 
= 150 nF 450 Hz ( probiert ).
Das ist die Grenzfrequenz, die man erhält, wenn man R1 und Rl parallel 
zusammenfasst zu 2,5.. kOhm , ohne probieren :-( .

Der OPV ist ein LTC 1052, weil ich ja nur einen aus der Liste des 
Programmes zur Verfügung hatte.
Auf dem Bild ist die Simulation bei 50 Hz mit den Referenzspannungen für 
den PIC32....
Laut http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?... 
und was gibt es dort viele PDF's für jede Einzelheit
Hier für ADC http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/61104D.pdf
Das PInout wird wohl wie hier beschrieben sein:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/61156F.pdf
Seite 17 : Pin 28 Vref- und 29 Vref+

Autor: MaWin (Gast)
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Vref+ und VRef- musst du nicht erzeugen, aber die VRef-Spannung des HTFS 
800-P solltest du (über exakt so einen Spannungsteiler damit du nicht im 
uC rechnen musst) auch an den uC zum Messen weiterreichen, damit du 
weisst, welches Signal dem 0-Wert entspricht.

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Also sollte diese Schaltung funktionieren?

Ich hoffe es ist kein Problem wenn ich den OPV LMC6044IN (Sollen diesen 
OPV nehmen, außer es ist wirklich notwendig, dass ich einen anderen 
nehme).


mfg

Autor: Matthias O. (matthias1234)
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Danke für die Hilfe, nach ein paar kleinen Änderungen passt alles für 
meinen individuellen Fall.

Autor: Horst Hahn (horha)
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Hallo,

ich habe mal spasseshalber eine andere Version simuliert.
Mit zwei Spannungsfolger stabilisiere ich die die Vref+- .
Der Adc hat es gerne etwas niederohmiger.
Die Vref benutze ich nun mit zwei Komperatoren um die Spannung zu 
begrenzen.
In dem Beispiel teile ich die Spannung von 3,75 =2,5+1,25== 800 A auf 
3,35 V. (*10/(1,2+10)
Daraus ergibt sich für -800A == 2,5-1,25 = 1,25 V eben 1,11 V
Ist die Spannung zu niedrig wird vom oberen PNP Transistor soviel Strom 
geliefert, wie durch die 1,2 kOhm am Generator verschwinden wollen.
Leider schwingt das mit 75 khz ein, aber das klingt sehr schnell ab.
Deshalb vor dem Impedanzwandler für den ADC noch ein Tiefpass, sodass es 
zu keinem Überschwingen bei einer 50 hz Rechtspannung mit einer 
Amplitude von 2 Volt und Mittenspannung von 2,5 V, geht also immer in 
die Spannungsbegrenzung.
In der Simulation sieht das nicht schlecht aus.

Die Auflösung hoffe damit zu vergrößern, meine erste Version ohne 
Begrenzer hat den Berecih 0,5..4,5 Volt auf 0,365..3,21 Volt abgebildet.
Einfacher gesagt 4,5-0,5= 4 V == 1024 ADC -Werte => 2,5 V = normaler 
Messbereich sind eben nur 60 % davon. 614 -Werte für den Bereich von 
1600 Ampere.
Also 1 Bit des ADC entspricht 2,6 A = 0,3% vom Endwert.
Wenn also Der Zustand der Überlast nicht interessiert kann mit der 
Spannungsbegrenzung eben 1024 Bit für 1600 A nutzen:
1 Bit entspricht dann 1,6 A = 0,2% vom Endwert.
Also wenn 3 LSB als ADC-Fehler vorhanden sind entspricht das vorher 1% 
und nun 0,6% vom Endwert.

Autor: MaWin (Gast)
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> In der Simulation sieht das nicht schlecht aus.

Bloss: Warum so einen gigantischen Aufwand, wenn es auch mit einem 
Bruchteil der Bauteile geht ?

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