Hallo, ich will ein Messgerät bauen, um bei Autos den Strom in verschiedenen Stromkreises (speziell im Stand, also Fahrzeug abgeschlossen) loggen zu können. Messgröße: - Stromkreis kann bis zu 50A führen - Strommessung von 0,01A bis 1,0A ausreichend - Auflösung: min. 10mA, 5mA wäre besser Prinzipiell fallen mir zwei Messverfahren hierfür ein. Zum einen die Spannungsmessung über einen Shunt und zum anderen die Strommessung mit einem Hallsensor. Zur Messung mit dem Shunt: Wenn ich einen Shunt (50A/60mV) für die Messung verwende, so fällt an dem Shunt bei einem Strom von 10mA eine Spannung von 12µV ab. Ich vermute, dass in solch einem Spannungsbereich Felder im Umfeld der Elektronik viel ausmachen. Verwende ich einen höher-ohmigen Shunt, hab ich eventuell schon wieder Probleme wenn ein hoher Strom fließt (z.B. 50A). Zur Messung mit dem Hallsensor: Für so eine Genauigkeit wirds wahrscheinlich keinen Hallsensor geben. Ich habe zumindest noch keinen gefunden. Vielleicht hat jemand so etwas in der Art schon mal gebaut und kann von seinen Erfahrungen berichten. Oder vielleicht hat jemand eine Idee dazu. Ich bin für jede Idee, jeden Denkanstoss usw. dankbar. Danke matthias
Hi, matthias, such mal den thread mit demselben Thema. Da geht es um die Verwendung stromführender Kabel als Shunt. Ciao Wolfgang Horn
Hallo, Vorschlag 1: ISAscale Shunt von Isabellenhuette http://www.isabellenhuette.de/de/mess-systeme/ z.B. IVT-A -SPI Schnittstelle -10 mA Auflösung -+/- 300 A Messbereich -dürfte ca. 100€ kosten Vorschlag 2: LEM DHAB S/45 http://www.lem.com/docs/products/dhab%20s45.pdf -Messbereich Kanal 1 +/- 50 A -Übersetzung 40 mV/A -> 200 µV @ 5mA Diesen Wert dann mit einem 16 Bit AD-Wandler messen, z.B. AD7680 Es ist darauf zu achten, dass die Versorgungsspannung von Sensor und AD-Wandler "sauber" ist. Gruß, Alex
>Zur Messung mit dem Hallsensor: >Für so eine Genauigkeit wirds wahrscheinlich keinen Hallsensor geben. >Ich habe zumindest noch keinen gefunden. Ein LEM ist im Wesentlichen ein DC Stromtransformer. Der bringt sicher diese Aufloesung. Ich wuerd auch einen LEM verwenden, denn dann muss man keine Kabel durchschneiden.
Danke schon mal für die Tipps. Die Sensoren von LEM gefallen mir. Nach diveren Gesprächen wurde der Messbereich von 0-20A verringert. Die Versorgungsspannung für das System wird 5V sein. Hat jemand schon Erfahrungen mit dem HXS 10-NP/SP3 von LEM gesammelt? Dieser hat am Ausgang einen Offset von 2,5V und einen Spannungshub von +-0,625V bei +-Nenn-Primärstrom. Würdet ihr dieses Signal noch mit einem Differenz-OP verstärken, um den gesamten Eingangsbereich des AD-Wandlers nutzen zu können? Ohne OP würde die Messspannung im Bereich von 1,875V und 3,125V liegen. Vielen Dank matthias
Du möchtest auf jeden Fall einen dieser "Platinen"-Stromwandler verwenden? Persönlich gefallen mir die im geschlossenen Kunststoffgehäuse besser, da dann nicht 20A über Leiterbahnen und Schraub- bzw. Steckverbindungen gehen müssen. Der von dir vorgeschlagene HXS 10-NP/SP3 hat dann ein Übersetzungsverhältnis von 31,25 mV/A, wenn ich dich richtig verstanden habe? Das entspräche dann 156,25 µV je 5mA (deine geforderte Auflösung). Ein 16 Bit AD-Wandler müsste es dann schon sein. Noch eine Anmerkung: Du hattest eine Auflösung von 5mA gefordert, zur Genauigkeit aber nichts gesagt... wie sieht es denn damit aus? Gruß, Alex
Zur Auflösung: (Bitte korrigiert mich, wenn ich irgendwo einen Fehler drin habe) Eingang: 5V ^= 16 Bit ^= 65536 Digit Eingang: 2,5V ^= 65536/2 Digit = 32768 Digit (Offset-Wert) Eingang: 3,125V (2,5V + 0,625V) ^= 65536 Digit * 3,125V/5V = 40960 Digit => delta-Größen: 20A ^= (40960-32768)Digit = 8192 Digit => Auflösung: 20A / 8192 Digit = 2,44mV/Digit Von Daher sollte die Verarbeitung ohne OP auskommen. Nun zur Genauigkeit: Die Frage habe ich mir noch gar nicht so gestellt. Was ist den realistisch bzw. machbar? Ich habe da leider keine Erfahrung darin. Danke matthias
matthias schrieb: > Die Frage habe ich mir noch gar nicht so gestellt. Was ist den > realistisch bzw. machbar? Ich habe da leider keine Erfahrung darin. Schau dir die Daten des Stromwandlers an. genauer kannst du nicht werden. Wenn dein AD Wandler dann 100 mal mehr auflöst ist das nett, aber im Endeffekt sind die letzten Stellen dann Hausnummern.
Zuerst mal noch eine Korrektur: => Auflösung: 20A / 8192 Digit = 2,44mA/Digit Die Einheit muss natürlich mA/Digit sein!!! @Udo, In dem Datenblatt von dem Stromwandler sind die Genauigkeiten bei verschiedenen Primärströmen angegeben. Wenn ich das aber richtig interpretieren, spielt die Schwankung der Offsetspannung (+-12,5mV) die größte Rolle. Das ist natürlich schon eine Menge. Das heisst, dass ich im worst case folgendes Messe(wenn gar kein Primärstrom fließt): (2,5V+12,5mV) = 2,5125V ^= 2,5125V/5V*65536Digit = 32932 Digit (32932-32768)Digit = 164Digit => 164 Digit * 2,44mA/Digit = 400mA Hier ist mal der Link zum Datenblatt: http://www.lem.com/docs/products/hxs%2010-np%20sp3_rev12.pdf Gruss matthias
matthias schrieb: > die Schwankung der Offsetspannung (+-12,5mV) Ist das wirklich eine Schwankung oder ist das die Ungenauigkeit der Offset-Spannung (ab Werk)? Wenn letzteres kann man das durch Kalibrierung kompensieren.
Solange wir auf die Antwort von LEM warten, würde ich noch gerne über die Referenzspannung für den AD-Wandler reden. Davon hängt ebenso die Genauigkeit ab. Wie würdet ihr diese Referenz aufbauen. Noch eine Anmerkung am Rande: Das System soll modular aufgebaut werden. Das heisst, dass es eine Masterplatine gibt, auf der der Controller sitzt und dann (ich denke) bis zu 8 (Mess-)Boards (jedes Board besitzt einen LEM und den AD-Wandler, sprich bis zu 8 Kanäle) darauf gesetzt werden können. Macht es hierbei Sinn die Referenzspannung auf jedem Messboard selbst zu erzeugen, oder würdet ihr eine "Zentrale"-Referenzspannung verwenden und diese dann zu allen Messboards führen?
Reicht dir nicht ein Wandler und mit 8 Eingangskanälen aka Analogmultiplexer? Die Wandler bringen doch oft schon ausreichend genaue Referenzen mit. Die Kalibrierung machst du dann mit Software.
Hallo Udo, würde prinzipiell gehen, ich dachte nur, dass ich die Leitung mit der Messspannung zwischen LEM und AD-Wandler so kurz wie möglich halte. Komisch, warum hatte ich im Kopf, dass der AD7680 eine Referenzspannung braucht. Der braucht ja gar keine. Ich nehmen an, dass die Versorgungsspannung für den AD7680 dann sauber sein muss. Wie könnte man diese aufbauen? Also du würdest einen AD-Wandler auf die Hauptplatine setzten, eine Analogmultiplexer davor und dann diese Eingänge auf die Messboards führen!? Hättest du mir vielleicht eine Bauteilbezeichnung für einen Analogmultiplexer? Danke matthias
Problem wird wahrscheinlich die Offsetspannung der LEM Wandler machen. So geht's auf jeden Fall, wenn auch etwas komplizierter (hab ich selbst ausprobiert): nimm einen 100mR Shunt. Dann hast Du bei 10mA 1mV Spannungsabfall und bei 1A 100mV. Die mit einem guten OPV verstärken. Das geht recht einfach. Jetzt hast Du einen guten Messbereich mit vernünftiger Auflösung. Zusätzlich 2 Antiparallele Mosfets direkt über dem Shunt. Und einen einfachen LEM Wandler. Steigt der Strom über 1.5A, schaltest Du über den LEM Wandler die Mosfets ein. Du musst dieses Schaltsignal allerdings ebenfalls auf deinen µC geben, damit dieser nicht meint, der Strom würde wieder kleiner werden.
Hallo, wenn du "maximale" Modularität haben möchtest wäre es natürlich am besten, wenn stets ein Stromwandler, ein AD-Wandler und eine Referenzspannungsquelle (falls nötig) eine Einheit bilden würden. Viele dieser Einheiten könntest du dann über einen Bus miteinander verbinden. Wenn die Leitungen sehr kurz sind vielleicht SPI, wenn sie länger sind bietet sich z.B. CAN an. Was "darf's" denn kosten? Gruß, Alex P.S. matthias schrieb: > Hättest du mir vielleicht eine Bauteilbezeichnung für einen > Analogmultiplexer? http://www.analog.com/en/switchesmultiplexers/multiplexers-muxes/products/index.html#Analog_Multiplexers
Hi, was gibt es bei den Multiplexern zu beachten (ausser die Anzahl der Kanäle). Da gibt es doch auch bestimmt bessere und schlechtere? Die Anfrage bei LEM wurde gelesen, aber bislang habe ich noch keine Antwort bekommen.
Etwas zu dem HXS 10-NP/SP3 von LEM: Der hat doch einen REF-Ein/Ausgang, das ist "Dein" Offset bzw. Nullpunkt. Wenn Du jetzt diese REF verheiratest mit der REF des ADCs, fällt der Nullpunktfehler heraus. Also z.B.: REF (LEM) * 2 = REF (ADC, 100%-Wert). Dann liegt der Nullpunkt des LEM genau in der Mitte des ADC. Wenn auch der Wert des zu messenden Stroms genauer sein soll, kann man eine externe Referenz nehmen und damit den LEM und den ADC versorgen (natürlich mit entsprechender Anpassung der Spannungen mittels OP + Widerstände). Gruß Dietrich
Hallo Dietrich, das hört sich gut an. Habe ich das richtig verstanden? Bitte korrigieren, wenn was nicht stimmt. 1. Möglichkeit: Ich hole mir von extern eine Refernzspannung, die gleich der Versorgungsspannung vom AD7680 ist. Diese Versorgungsspannung führe ich zusätzlich über einen Spannungsteiler und erzeuge mir damit die Refernzspannung vom LEM. Hier muss der Spannungsteiler ja so dimensioniert werden, dass die Ausgangsspannung möglichst stabil bleibt. 2. Möglichkeit: ich verwende die Referenzspannung vom LEM, geh damit auf einen OP, verstärke diese Spannung um den Faktor 2 und versorge damit den ADC. Ich denke dass man hier prinzipiell jeden OP verwenden kann, solange man nicht an die Versorgungsspannung dran kommt. Lediglich die 2 Widerstände des Spannungsteiler sollten relativ genau sein. Gruss matthias
Hallo Ingo, ich hab folgende Frage zu deinem Vorschlag: Wie vorgeschlagen 0,1 Ohm-Shunt. Zunächst vielleicht 0,5A. Plötzlich steigt der Strom schlagartig auf 50A oder je nach Anwendung sogar höher an. Ist die Umschaltung schnell genug damit der Shunt nicht abraucht? Ich weiss, dass hier die Induktivitäten mit rein spielen. Am liebsten würde ich den Stromverlauf mal mit einem Oszi aufzeichnen. Aber ich habe momentan kein Zugang dazu. Was für MOSFETs würdest du verwenden? Ich würde wegen der Ausfallsicherheit selbstleitende MOSFETS nehmen.
matthias schrieb: > Bitte > korrigieren, wenn was nicht stimmt. Ist korrekt. Du kannst ja mal ein "Prinzipschaltbild" oder einen Schaltplan zeichnen wenn du möchtest. Als OP benutze ich für so etwas gerne die LT6220 / LT6221 / LT6222. Als Referenzspannungsquelle kann ich REF50xx empfehlen (also bei dir ggf. REF5050 oder REF5025). Gruß, Alex
matthias schrieb: > 1. Möglichkeit: > Ich hole mir von extern eine Refernzspannung, die gleich der > Versorgungsspannung vom AD7680 ist. Diese Versorgungsspannung führe ich > zusätzlich über einen Spannungsteiler und erzeuge mir damit die > Refernzspannung vom LEM. Genau, aber Du brauchst noch einen OP als Impedanzwandler, denn der LEM braucht am REF-Eingang 2,5mA: s. Datenblatt: Notes: 1) > 2. Möglichkeit: > ich verwende die Referenzspannung vom LEM, geh damit auf einen OP, > verstärke diese Spannung um den Faktor 2 und versorge damit den ADC. > Ich denke dass man hier prinzipiell jeden OP verwenden kann, solange man > nicht an die Versorgungsspannung dran kommt. Welcher OP: das ist auch (wie die Widerstände) eine Frage der Genauigkeit (Offsetspannung, Offsetstrom, Biasstrom ... machen ja auch einen Fehler). Und Du brauchst eine Versorgungsspannung für den OP >5V, damit am Ausgang eine stabile Spannung für den Worst-Case (höchste REF-Spannung bei höchster Verstärkung bei max. Strom Idd des AD7680) herauskommen kann. > Lediglich die 2 Widerstände des Spannungsteiler sollten relativ genau > sein. Zumindest stabil, wenn Du abgleichen willst/kannst. Gruß Dietrich
Das Problem bei dem LEM wird die Drift des Offsets und ggf. das Rauschens ein. Die Dirft sind fast 0,1% des Messbereichs pro Grad. Für den 20 A Nennbereich wären das 20 mA / Grad. Das wird es schon schwer 10 mA aufzulösen. Ähnlich sind die 20 mVpp an Rauchen ein Problem - genau ist aber nicht angegeben wie das verteilt ist. Bei der Lösung mit dem Shunt und parallelen MOSFETs hat man schon eine Schutz für den shunt. Auch wenn die MOSFETs selber nicht anschalten, hat man die parasitären Dioden in den MOSFETs, die die Spannung auf knapp 1 V begrenzen. Der 0,1 Ohm Widerstand kriegt also maximal 1 V oder 10 A, oder 10 W an Leistung. Shunts für 10 W kann man durchaus noch bezahlen, wenn man keine besonders hohe Präzision verlangt. Man könnte ggf. sogar noch etwas mit dem Widerstandswert hoch gehen und so die Leistung reduzieren. Wenn man die MOSFETs groß genug wählt oder ggf. noch eine Schotkydiode parallel hat, reduziert sich die Spannung eher auf 0,5-0,7 V und die Leistung auf etwa 1/4 bis 1/2. Man muss den MOSFET auch nicht per LEM steuern. Es reicht auch schon, denn man mit einer analogen Schaltung die Spannung auf z.B. 200 mV begrenzt. Das gäbe dann einen Messbereich bis +-2 A und 10 W an Verlusten am MOSFET falls mal 50 A fließen. Besonders wenn man mit dem Oszilloskop messen will, ist das geringere Rauschen (eher 10 µVpp vom Verstärker) am Shunt von Vorteil gegenüber dem LEM. Der Shunt gibt schon so mehr Signal als der LEM ( 100 mV/ A im Vergleich zu etwa 32 mV/A). Wenn man nur an den kleinen Strömen interessiert ist, muss der AD Wandler auch nicht so aufwendig sein. Da reichen dann ggf. selbst 8 oder 10 Bit, wenn der Messbereich passt.
Angehängte Dateien:
-
Strommessung.png
15 KB
Hallo, ich hab mal auf die Schnelle ein (eher prinzipieller) Schaltplan erstellt. Bitte nicht wundern (!!!), dass da eine Diode eingezeichnet ist. Hab da schono mal nach einem passenden Gehäuse für einen Widerstand gesucht (Reichelt: RTO 50F 0,1). Was haltet ihr davon? Sollte prinzipiell funktionieren oder? Zu der Potenzialanbindung: Da ich keinen Differenz-OP verwenden will, lege ich die Masse des ganzen Systems auf die "Ausgangsseite" des Shunts. Damit bekomme ich direkt den Spannungsabfall des Shunts als Messwert, mit dem ich direkt auf den ADC kann. Einwände? :-) Sonstiges: JP1, JP2 und JP3 brauche ich, weil ich auf die Platine direkt ein UM2101 von ELV drauf setzen will (wegen Parametrierung an Rechner ohne serielle Schnittstelle). Da ich die serielle Schnittstelle in normalen Betrieb ausschalten will, lege ich die 5V vom USB auf einen Pin und erkenne damit, ob die Schnittstelle gebraucht wird oder nicht.
Die FETs über den µC zu schalten könnte etwas lange dauern, vor allem, wenn der µC erst über den AD Wandler mitbekommt dass viel Strom fließt. Der extra Magnetische Wandler ist eigentlich nicht nötig, denn der shunt liefert deutlich bessere Ergebnisse. Wenn die MOSFETs nicht extrem überdimentsioniert sind, sollte man auch noch bei eingeschateten FETs erkennen können was man die FETs ausschalten kann. Bei der Beschaltung der AD Wandler ist auch noch einiges im Argen: Es sollte ein Kondensator an die Versorgungsspannung. Der OP braucht dazu dann aber in der Regel eine Zusatzbeschaltung um damit stabil zu arbeiten. Die Versorgungsspannung ist in beiden Fällen eher schlecht gewählt: 2,5 V sind schon die untere Grenze und das Interface zum µC wird so vermutlich nicht klappen. Die 5 V bei 2. AD sind an der Oberen Grenze und die Daten des ADs lassen da schon etwas nach. Es fehlt auch eine Anpassung an den Messbereich des ADs. Mit maximal 1 V bzw. etwa 0,2 V wird nur ein kleiner Teil des Messbereichs ausgenutzt. Da könnte man besser einen einfacheren AD nehmen und das Signal vorher Verstärken (z.B. 10 fach beim Shunt.) Dann würde auch ein 12 Bit AD ausreichen. Beim Magentischen Wandler reicht das wegen des Rauschens sowieso. Die Anbindung vom µC zum AD könnte auch noch ein Problem sein, denn der AD braucht den CLK Eingang auch für das interne Timing. Ich weiss nicht ober der AD klar kommt, wenn es da noch ein paar Pausen zwischendrin gibt. Eventuell wäre es da besser die USART für SPI zu nutzen. Die Verbindung von AVCC an GND ist ein übler fehler und kann ggf. den Chip zerstören. Bei der schaltung hat man ein Galvanische Verbindung vom USB GND zur Last. Das ist kann Probleme via Erdschleife geben.
Hallo Ulrich, danke für deine Aufschluss-reichen Erklärungen. Schalten der FETs: Wäre es besser/schneller die Umschaltung mit einem Schmitt-Trigger zu machen? Dimensionierung der FETs: Hast du einen speziellen Typ im Kopf? Versorgungsspannung: Ich nehme an, dass eine generelle Versorung mit 3,3V da besser wäre. Wenn die Hochstrom-Messung (eingeschalte FETs) mit dem Shunt noch funktionieren, fällt der ADC für den LEM sowieso raus. Anpassung Messbereich: Mit Verstärkerschaltungen habe ich bisher leider noch nicht viel gemacht. Was gibt es hierbei zu beachten? Hat jemand vielleicht einen guten Link mit z.B. einer Beschreibung zum praktischen Aufbau von Verstärkern?. Anbindung ADC an µC: Würde es nicht auch gehen, wenn ich mit einem PWM-Ausgang ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis vo 50% erzeuge und dieses als Clock nehme? Das sollte eigentlich "stabiler" sein. AVCC: Hmm, was soll ich hier schreiben? Anfängerfehler :-| USB: Generell wird der USB-Anschluss nicht verwendet, wenn das Gerät Ströme misst. Aber ich werde hier trotzdem über einen Optokoppler gehen. Vielen Dank für all eure Hilfe!! Gruss matthias
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