Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Strom (bis 2A, 5-12V) über Shunt messen


von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Hallo,

ich würde gerne einen Strom bis etwa 2A (bei einer Spannung von 5-12V) 
messen. Ziel ist es den Energieverbrauch meiner Netzwerkkomponenten zu 
loggen. Leider habe ich sowas noch nie gemacht, daher wäre es nett wenn 
ihr mir etwas helfen könntet.

Das ganze mach ich logischerweise über eine Shunt, der aufgrund der doch 
geringen Spannung sehr klein sein sollte. Ich denke mal 0,01Ω sollten 
okay sein oder? Dann verliere ich max. 20mV. Kleinerer Shunt wäre 
sicherlich schick, aber dürfte doch größere Probleme bei beim OpAmp 
später machen oder? Zumindest der Widerstand vom Lot dürfte da ja schon 
eine Rolle spielen.

Auf eBay hab ich z.B. diesen Shunt gefunden:
http://www.ebay.de/itm/280619352798

Is sowas eigentlich "einfacher" zu verarbeiten? Sieht mir mal so aus. 
Wenn ein Shunt 3€ kostet ist das nicht sonderlich tragisch.

Danach brauch ich ja einen OpAmp, nur davon hab ich leider gar keine 
Ahnung... noch nie sowas verbaut. Was für einen Typ kann ich da nehmen? 
Hinterher würde ich die Spannung mit einem Atmega einlesen. Wie mache 
ich das da am besten mit der Referenzspannung? Die interne ist ja nicht 
wirklich genau. Wäre schön wenn ich später eine Auflösung/Genauigkeit 
von doch 5mA hätte, also so 8-9 bit. Oder doch bessere einen externen 
ADC Baustein?

Viele Grüße
Julian

von Michael (Gast)


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Nimm einen normalen 0,12 mOhm Widerstand
und gut ist. Und dazu z.B einen LM358.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Michael schrieb:
> Nimm einen normalen 0,12 mOhm Widerstand

Du meinst wahrscheinlich 0,12 Ohm!?

von Michael (Gast)


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Ja richtig.
Leistung für den Widerstand beachten.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Mit LM358 wird das eher nichts..., da muss man schon ein bisschen mehr 
Aufwand treiben.
Die Rundum-Sorglos-Variante:
http://para.maximintegrated.com/en/search.mvp?fam=cs_amp&tree=amps
Da gibts sogar welche, die den shunt schon drin haben, oder auch/und den 
A/D-Wandler.
Für Einzelstücke ist Maxim immer einen Blick wert, nur in Serien darf 
man die nicht verwenden :-(

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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H.joachim Seifert schrieb:
> Für Einzelstücke ist Maxim immer einen Blick wert, nur in Serien darf
> man die nicht verwenden :-(

Warum nicht? Also ich bräuchte etwa 20 "Kanäle" wo ich überwachen 
müsste, aber gut ist wohl noch weit weg von einer Serie ;)

Und bei den 0,01Ω würde ich schon gerne bleiben. Bei 0,12Ω verbrate ich 
ja bei 12V und 1A schon 0,12W... Wenn dann gerade viel Last im Netzwerk 
ist und alle Komponenten viel Strom ziehen sind das ja schon schnell 2 
Watt zusammen. Und das nur bei 50% max. Leistungsaufnahme (gut einige 
Komponenten brauchen nur 5V bzw. 9V).

Aber die Maxim Teile sehen interessant aus wenn man die jetzt noch 
irgendwo als Privatperson bekommt wären die eigentlich perfekt :D

von Harald W. (wilhelms)


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Julian W. schrieb:

> Und bei den 0,01Ω würde ich schon gerne bleiben.

Naja, da brauchst Du schon OPVs mit sehr niedriger Offsetspannung.
Gruss
Harald
PS: Falls Du noch irgendwelche alten defekten Digitalmultimeter
hast; die haben typisch auch 10mOhm-Shunts.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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20 Stk ist kein Problem, die kaufste und dann ist gut. Serienfertigung 
ist was anderes. Da kann es dir bei Maxim schon mal öfters passieren, 
dass die plötzlich und unerwartet Chips komplett einstellen. Oder 1 Jahr 
Lieferzeit. Ist mir mehrfach passiert -> keine Maxim-ICs mehr in 
Serienprodukten (wobei Serie bei mir üblicherweise 200-1000Stk/Jahr 
sind, aber eben über mehrere Jahre hinweg). Weder kann ich mir die 
geplante Gesamtmenge hinlegen (zu teuer, ausserdem kenne ich selbst die 
Gesamtmenge nicht) noch kann ich bei den kleinen Stückzahlen einem 
Distributor einen Rahmenvertrag präsentieren, da lachen die nur (mit 
Recht). Ausserdem gibts Maxim nur bei wenigen Distris, und das 
allerschlimmste - meist keine second-source. Tja, und dann steht man 
dann im 2.Jahr dumm rum. Ewige Lieferzeiten, oder gar redesign. Die 
Kunden interessiert das natürlich nicht. Also: einfache Regel: gar nicht 
erst benutzen. Eigentlich schade, denn die haben immer wieder pfiffige 
Sachen.

von Praktiker (Gast)


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Hallo,

"Warum nicht?"

bin zwar auch nur Hobby Elektroniker - aber nicht nur hier liest mann 
immer wieder das Maxim gerne irgendwelche schöne IC's ankündigt, es dann 
aber auch für Profis und Firmen problematisch wird diese IC in größeren 
Mengen und über längere Zeit auch zu bekommen.
Seltsame "Halbleiterwelt" ein kurzer Wirtschaftseinbruch schon werden 
keine ICs mehr produziert und wenn es dann wieder etwas besser läuft 
kommt mann mit der Prduktion nicht nach...
Maxim ist da wohl wenn mann den Experten glaubt besonders anfällig - hat 
ein Vorstandsmitglied einen Schnupfen-  wird die Halbleiterproduktion 
für bestimmte ICs mal kurz ausgesetzt oder die Produktion wird für 
einige Monate gesammelt und dann eventuell mal weiterverkauft.

Praktiker

von Praktiker (Gast)


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Tja da war die Reaktion tatsächlich eine Minute vor meinen Hinweis 
/Frage ;-)

von Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)


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Hab ich doch grad was bei Reichelt gesehen:
http://www.reichelt.de/ICs-AD-5260-AD-22100/AD-8217-B/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=5457&ARTICLE=113562&SHOW=0&START=0&OFFSET=16&;

Is allerdings MSOP8, also sauklein (3x3mm ist das Plaste).

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Okay das ist mir doch etwas zu klein.

Ich versuche die ganze Zeit einen Maxim mit eingebautem Shunt zu finden 
den ich als Privatperson bestellen kann. Kann mir da einer helfen? Finde 
nix, an die Maxim Teile zu kommen ist ja fast unmöglich.

von Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)


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Schreib doch hin obse dir was samplen.

Ansonsten gibs noch Stromsensoren von Allegro im TO220 Gehäuse mit 
integriertem Shunt.
Hab nur den Namen ned im Kopp.

So schwer is MSOP nun auch wieder nicht zu löten ;)
Der AD9833 ist MSOP10 und lötete sich recht gut mit Pinzette ein.

edit:
Auch als SO8 zum über die Stromführende Leiterbahn löten (Strom wird per 
Halleffekt gemessen).
Ist dann sogar galvanisch getrennt.

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Martin Wende schrieb:
> Auch als SO8 zum über die Stromführende Leiterbahn löten (Strom wird per
> Halleffekt gemessen).
> Ist dann sogar galvanisch getrennt.

Das klingt ja sehr interessant. Wie heißt der IC genau? Find grad nix 
passendes bei Allegro

von Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)


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Die zum drüber löten scheinse wohl nimmer zu haben oder mein Kopp spielt 
mirn Streich und das warn anderer Hersteller.

SO8 habense noch, da muss der Strom aber durch.

http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Sensor-ICs.aspx

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Also der ACS712 und ACS714 sehen doch sehr interessant aus... die werd 
ich mir mal näher anschauen Danke :)

Edit:
Aber gut das Ausgangssignal muss ich dann doch auch noch verstärken und 
über einen AD-Wandler einlesen oder?

von Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)


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Bei 0A kommen 2,5V raus.
Geht dann nach 0V oder 5V, je nachdem in welche Richtung der Strom 
fließt.

Kannste also 1zu1 an nen ADC eines µC tackern wenn er auf 5V läuft, 
sonst nurn Spannungsteiler.

von Oliver _. (verleihnix)


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Evt ist der OP LTC1050 was für dich, geht auch mit 1mOhm Shunt,
siehe auch: http://www.dg7xo.de/selbstbau/7-segment-modul.html

Je was du damit genau vor hast, reichen 10bit beim Mega8?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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low side messen kann jeder stinknormale OP...
Lies noch mal die Original-Frage :-)

von Oliver _. (verleihnix)


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tja, Du hast dich nicht wirklich mit OPs und Strommessung beschäftigt,
nur mit Teilebeschaffung wie ich lese.

Aber ok, Du misst dann sicherlich 20mV am Shunt und kannst mit 15mV 
Offset leben und empfiehlst das dem Fragesteller, aber ok.

Dann empfehle einen Rail-to-Rail OP, der High-Side kann und min. die 
gleichen Werte hat wie der LTC1050, da wird der Markt bei Reichelt&Co 
dünn, suche da selber noch. Aber stand da was von High-Side Messung? 
Muss ich wohl überlesen habe, nicht überlesen war die Vorderung, eine 
einfache Lösung vorzuschlagen.

@Julian W.: Ein andere Weg wäre, einen Shunt mit einem ext. AD-Wandler 
wie
MCP3426A0. Da brauchste kein OP mehr und bis 4 Kanäle je IC sind 
möglich.
Und 16bit sollten mehr als genau sein, da haste eher mit 
Rauschunterdrückung zu tun :)

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Oliver _. schrieb:
> Ein andere Weg wäre, einen Shunt mit einem ext. AD-Wandler
> wie
> MCP3426A0. Da brauchste kein OP mehr und bis 4 Kanäle je IC sind
> möglich.

Der MCP3428 klingt ja super interessant... 16bit ADC reichen dicke und 
über reichelt bekommt man ihn auch :D
Nur versteh ich nicht warum ich dann keinen OpAmp brauche? Die interne 
Referenz hat doch 2,048V und meine Spannung hat höchstens 0,02V. Damit 
"verschwende" ich doch einiges an Auflösung oder?

von Gerd E. (robberknight)


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Julian W. schrieb:
> Nur versteh ich nicht warum ich dann keinen OpAmp brauche? Die interne
> Referenz hat doch 2,048V und meine Spannung hat höchstens 0,02V. Damit
> "verschwende" ich doch einiges an Auflösung oder?

Der hat nen integrierten PGA = Programmable Gain Amplifier. Der kann 
Dein Signal bis 8-fach verstärken. Da verschenkst Du zwar immer noch 
was, aber Deine Anforderung von 5 mA Auflösung ist gut machbar.

Der ADC sampelt mit einer festgelegten Geschwindigkeit, z.B. 15 Samples 
per Second bei 16 Bit. Bei 4 Kanälen also 3,75mal pro Sekunde und Kanal. 
Der ADC macht am Anfang der Messung einen "Schnappschuss" der Spannung 
(Sample&Hold) und liest die dann aus.

Was passiert wenn die sich zwischendrin ändert? Das bekommst Du dann 
nicht mit, der ADC ermittelt ja nicht den Mittelwert, Effektivwert oder 
sonstwas, sondern nur das was er in seinem Sample&Hold hat. Du solltest 
die Spannung also vorher glätten, z.B. mit einem RC-Filter. Je nach 
Werten des RC-Filters und des ADC-Eingangs musst Du zwischen RC-Filter 
und ADC noch nen Opamp als Puffer hängen.

Noch nen anderes Problem: die 15 SPS lassen sich nicht gerade durch 50 
Hz teilen (sondern durch die in USA üblichen 60 Hz). Das quasi überall 
vorhandene Netzbrummen schlägt daher auf Deine Messungen durch. Bei 16 
Bit ist das durchaus relevant. Schau Dich mal um ob Du nicht einen ADC 
findest der auch zu 50 Hz passende Frequenzen verwenden kann.

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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Gerd E. schrieb:
> Noch nen anderes Problem: die 15 SPS lassen sich nicht gerade durch 50
> Hz teilen (sondern durch die in USA üblichen 60 Hz). Das quasi überall
> vorhandene Netzbrummen schlägt daher auf Deine Messungen durch. Bei 16
> Bit ist das durchaus relevant. Schau Dich mal um ob Du nicht einen ADC
> findest der auch zu 50 Hz passende Frequenzen verwenden kann.

Nunja das ist doof... aber wenn ich je nach RC-Glied eh einen OpAmp 
brauche, kann ich dann nicht gleich einen OpAmp mit einbauen, die 
Spannung zwischen 0-2V wandern lassen und dann dürfte mir das 
Netzbrummen doch im Grunde **** egal sein oder? Weil so genau will ich 
ja nicht messen.

von Joe J. (neutrino)


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Kennt jemand von euch den TSC101? Ist ein Highside Stromsensor und 
arbeitet von 2,8 - 30 V. Ich würde den gerne mal bestellen und testen.

Joe

von Julian W. (julian-w) Benutzerseite


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So, also einen AD-Wandler hab ich schon mal für mich gefunden :D

MCP3428-E/SL
http://de.rs-online.com/web/p/a-d-wandler/7037945/

Ideal, das kann ich sicher löten und 16bit reichen aus.

Nun brauch ich noch einen Shunt, ich würde 0,01Ω nehmen. Auf eBay hab
ich diesen hier gefunden:
http://www.ebay.de/itm/280619352798

Sieht ganz nett aus. Gibt es den auch sonst wo? Konnte ihn leider
nirgends finden. Bringt ein 4 Leiter Anschluss überhaupt so große
Vorteile?

Einzig die Frage nach dem RC-Glied (Ich messe Gleichspannung) und einem
OpAmp ist mir noch unklar... Wenn man OpAmps sucht findet man ja
tausende Modelle und ich hab keine Ahnung wonach ich suchen muss.
Eingangsspannung ist 0-20mV und rauskommen soll was zwischen 0-2V.

Aber schonmal vielen Dank für eure Hilfe bisher! :D

von Dietrich L. (dietrichl)


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Julian W. schrieb:
> Bringt ein 4 Leiter Anschluss überhaupt so große Vorteile?

Ja, denn dann geht der Widerstand der Lötstellen nicht in die Messung 
ein. Und der ist im Vergleich mit den 10 mOhm schon beträchtlich. Siehe 
auch Vierleitermessung: http://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung.

Allerdings brauchst Du dann einen echten Differenzverstärker / 
Instrumentenverstärker, siehe z.B. hier: 
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffamp.htm.

Verstärkertypen findest Du auch hier: 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Instrumentenverst.C3.A4rker.

Gruß Dietrich

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