Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit INA128 - Shunt verstärker


von Thomas D. (thomasderbastler)


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Hallo Jungs, ich habe ein Problemchen mit meinem INA128

Der Aufbau ist wie auf dem Bild. Der Shunt ist ein "Isabellen" Shunt mit 
10mOhm.

Wenn am Netzteil eine entspr. Spannung eingestellt habe, so daß ein 
Strom vom 0.5A fliesst, messe ich am Eingang von INA an Pin 2 und 3 eine 
Spannung vom 5 mV. Soweit so gut.

R2 ist 100 Ohm , Laut Datenblatt entsricht eine Verstärkung vom 500. So 
würde ist am Ausgang ( Pin 6 und 5 ) eine Spannung vom 2,5V erwarten.
500 x 5mV

Gemessen habe ich folgendes, wenn der Strom durch den Shunt ist:

I Shunt 0,25A U Ausgang 0.67
I Shunt 0.5A U Ausgang 0.79
I Shunt 0.75A U Ausgang 0.90

Der INA wird mit + - 9V von einem Labor NT versorgt.

Der Strom durch den Shunt wird genau gemessen. Der Ausgangsspannung am 
Shunt ist sehr genau , proportionall zu strom. Also passt.

Wo ist der Hund begraben ?

Ich habe mal als test einen 10K mehrgang Trimmpoti  anstatt R2 genommen.
Ich kann zwar " verschiedene" Spannungen am Ausgang vom INA einstellen, 
aber ist überhaupt nicht linear

: Verschoben durch Moderator
von Thomas D. (thomasderbastler)


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Noch etwas, diese Beschalltungsvariante brachte ähnliche Ergebnisse.

von nicht "Gast" (Gast)


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Es fehlt der Potential-Bezug zwischen dem Hochstrom-Kreis und der 
Messschaltung. Der INA wird daher in der Eingangsüberspannungsbegrenzung 
hängen.

Mach einmal probeweise eine Verbindung zwischen P$2 (oder P$3) und GND.

von Thomas D. (thomasderbastler)


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nicht "Gast" schrieb:
> Mach einmal probeweise eine Verbindung zwischen P$2 (oder P$3) und GND.

Sowas sehe ich aber nicht im Datenblatt....

von nicht "Gast" (Gast)


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Irgendwie musst du aber sicher stellen, dass die Spannung am Shunt 
zwischen -7 und +7V in Bezug zu GND liegt. Wenn deine äußere Beschaltung 
dies sicherstellt - OK. Aber diese sehe ich wiederum nicht.

von Wolfgang (Gast)


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In welcher Relation steht denn dein "Netzteil+" zum Common-Mode Voltage 
Range des INA128?

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Oki, werde mal testen !

Stimmt die Vermutung, wenn die Verstärkung 500 ist dann ist die Spannung 
am Ausgang 500 mal grösser wird wie am Eingang ?

Wenns so ist, dann muss ich ganz genau 100 einstellen, damit das 
Verhältnis stimmt ?

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Wolfgang schrieb:
> In welcher Relation steht denn dein "Netzteil+" zum Common-Mode Voltage
> Range des INA128?

Verstehe ich die Frage nicht....sorry....

von nicht "Gast" (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
>
> Stimmt die Vermutung, wenn die Verstärkung 500 ist dann ist die Spannung
> am Ausgang 500 mal grösser wird wie am Eingang ?

Nein! "_als_ am Eingang".

> Wenns so ist, dann muss ich ganz genau 100 einstellen, damit das
> Verhältnis stimmt ?

Steht auf der ersten Seite des Datenblattes: Bei 100Ohm hast du eine 
Verstärkung von 501. Die Gain Errors stehen auf Seite 2, die Toleranz 
deines Widerstandes kennst nur du.

von Thomas D. (thomasderbastler)


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So habe folgendes gemacht siehe Bild:

Ergebnisse :

I Shunt 0.25A - U 0.472V
I Shunt 0.5A  - U 0.563V
I Shunt 0.75A - U 0.625V

Hmmm..noch nicht so ganz prickelnd...

von Dietrich L. (dietrichl)


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Thomas der Bastler schrieb:
> nicht "Gast" schrieb:
>> Mach einmal probeweise eine Verbindung zwischen P$2 (oder P$3) und GND.
>
> Sowas sehe ich aber nicht im Datenblatt....

Das Datenblatt sagt zu "Input: Common-Mode Voltage Range" als 
Min.-Werte:
    (V+) − 2 und (V−) + 2
Das bedeutet, dass bei V+ = +9V und V- = -9V die Eingangsspannungen am 
INA128 sich nur im Bereich von -7...+7V bzgl. GND bewegen dürfen.

Also nochmal:
Wie sorgst Du dafür, dass das erfüllt ist? Das Netzteil, d.h. die 
Spannungen an P$2 und P$3 müssen einen definierten Bezug zur 
Versorgung des OP haben. Das Netzteil darf also nicht "schweben".

Aber das hat 'nicht "Gast"' und 'Wolfgang' ja auch schon gesagt. Eine 
Antwort von Dir, wie Du dafür sorgst, dass diese Bedingungen eingehalten 
werden, sehe ich aber nicht :-(

Gruß Dietrich

von Thomas D. (thomasderbastler)


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So etwa.....

von Wolfgang (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
> So etwa.....

Dann müstest du zusätzlich noch sicher stellen, dass die 
Ausgangsspannung deines Netzteils nicht über 7V ist.

Also erzähl doch mal, welche Spannung aus deinem Netzteil kommt und 
welchen Strombereich du abdecken möchtest.

Bei einem Ampere wäre ein Shunt von 10 mΩ schon arg sparsam.

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Danke erstmal für die Antworten !

Erstmal denke ein bisschen Hintergrund.

Ich bin gerade dabei mit meinem Elektronikfreund zusammen einen weiteren 
19 Zoll Rack zu bauen. Ich habe bereits ein fertiges.

In diesem Rack sind verschiedene NTs drinne, die bereits aufgebaut und 
getestet sind. Für die NTs möchten wir universelle Spannung und Strom 
Messmodule einsetzen.Jedes NT hat also eine Spannung und Strom Anzeige

Das Grund Spannungmessmodul ist auch fertig. Ein Atmega mit eine 3 
Stellige 7 Segment Anzeige. Messbereiche sind per Jumper einstellbar. 
Entweder bis 2.5 V oder bis 99.9 Volt.

Die NTs habe die unterschiedlichste Ausgangsspannungen und Ströme.

5V, 9V,12V 15V 20 V und ein NT mit 60V
Die Ströme sind nachdem auch verschieden. Maximum wäre 9.99 A

Also brauchen wir "nur" noch ein Strom Messmodul.

Bei 9.99A wäre die Spannung am Shunt 99.9 mV besser wäre eine 
Ausgangsspannung von 9.99 V.

von Wolfgang (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
> Die Ströme sind nachdem auch verschieden. Maximum wäre 9.99 A

Und welche Vorstellungen hast du von Auflösung und Genauigkeit.

Thomas der Bastler schrieb:
> 5V, 9V,12V 15V 20 V und ein NT mit 60V

Bei den Spannungen kommst du mit deinen 9V nicht weit. Wenn du den Shunt 
"oben" sitzen hast, brauchst du eine Strommessung Over-the-Top. Außerdem 
muß deine Schaltung mit den 60V klar kommen.
In der AN105 von LT an stehen ein paar Basics zur Strommessung
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an105.pdf

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Wolfgang schrieb:
> Und welche Vorstellungen hast du von Auflösung und Genauigkeit.

Nun, was man halt so ohne riesen Aufwand möglich wäre. Der Shunt hat 
auch toleranzen sowie die AVR Messung.

Die Versorgungsspannung beim INA könnte ohne Probleme erhöht werden.

Ich würde gerne es schon mit dem INA realisieren.

Die HighSide Over The Top Sense Applikation mit OpAmp sieht zwar 
interessant aus aber ab 3V...ich würde gerne mit dem INA eine Lösung 
haben.

Meine Vorstellung wäre eine lineare Ausgangsspannung zu Strom.

von Wolfgang (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
> Nun, was man halt so ohne riesen Aufwand möglich wäre.

Bei 10mV/A werden da durch Offsetspannung und Störungen deutliche 
Grenzen gesetzt. Warum verwendest du nicht einen größeren Shunt und 
greifst die Rückkopplungsspannung für die Regelung vom Netzteil dahinter 
ab?

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Es gibt spezielle Highside-Strommess-ICs, bspw. den INA168/169. Der
ist zwar mit max. 60V für das 60V-Netzteil nur mit viel Optimismus
einsetzbar, geht aber schon einmal deutlich weiter als der INA128

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Deshalb dachte ich auf die einfache Variante Shunt, und INA..muss mal 
schauen wie ich weiter komme. Es muss möglich sein am Ausgang eine 
gleiche Dimension Strom-Spannung rauszubekommen.

von Thomas D. (thomasderbastler)


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So Freunde der Elektronik und die Bastelei...habe hinbekommen, bin 
zufrieden.

Schaltplan und Messergebnisse kommen.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Thomas der Bastler schrieb:
> Die NTs habe die unterschiedlichste Ausgangsspannungen und Ströme.

Nur zur Klarstellung:
Falls die NTs kein gemeinsames Bezugspotenzial haben, brauchst Du für 
jedes NT einen getrennten INA + µC + LCD-Anzeige + Stromversorgung.

Ein Alternative wäre eine Potenzialtrennung für die Strommessung, z.B. 
mit Stromwandlern von LEM (z.B. LTSR 6) oder Stromsensoren von Allegro 
(z.B. ACS710, ASC712).

Aber vielleicht soll die Anzeige ja sowieso für jedes NT separat sein, 
dann wäre das kein Thema.

Gruß Dietrich

von Thomas D. (thomasderbastler)


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Ja jedes NT hat separate Anzeigen, 19 Zoll Teilfrontplatten.
Wie ich beschrieben habe, Pro NT eine Universelle Platine.

Falls Bedarf da wäre, könnte ich den Plan posten.

Anbei der Plan und die Messergebnisse, vielleicht braucht abgesehen von 
mir und mein Freund was.

Der Shunt ist eine Isabellemhütte 10mOhm Shunt mit +-1% Toleranz.
Versorgungsspannung +-15V

R2 = 503 Ohm Trimpoti
Gemessener Strom                Ausgangsspannung ( Pin 6 und 5 )

0.15A                           0.16V
0.25A                           0.25V
0.5A                            0.51V
0.75A                           0.76V
1,0A                            1.00V
1.25A                           1.25V
1.5A                            1.49V
1.75V                           1.75V
2.0A                            1.99V
2.25A                           2.24V
2.5A                            2.49V

Wenn R2 = 48 Ohm

0.25A                           2.68V
0.5A                            5.23V
0.75A                           7.80V
1,0A                            10.43V
1.25A                           12.91V
1.5A                            14.44V
1.75V                           14.44V


Ende

von gk (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
> So Freunde der Elektronik und die Bastelei...habe hinbekommen, bin
> zufrieden.


Mit dem 60V-Netzteil hast Du das aber sicher noch nicht probiert. Und 
das würde ich auch bleiben lassen. Es sei denn, Du stehst auf 
Rauchzeichen.

gk

von Dietrich L. (dietrichl)


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gk schrieb:
> Thomas der Bastler schrieb:
>> So Freunde der Elektronik und die Bastelei...habe hinbekommen, bin
>> zufrieden.
>
> Mit dem 60V-Netzteil hast Du das aber sicher noch nicht probiert. Und
> das würde ich auch bleiben lassen. Es sei denn, Du stehst auf
> Rauchzeichen.

Thomas könnte ja auch den GND mit NETZTEIL+ verbinden, dann gehts immer.

Gruß Dietrich

von Thomas D. (thomasderbastler)


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gk schrieb:
> Mit dem 60V-Netzteil hast Du das aber sicher noch nicht probiert.

oder lasse ich in seinem Gehäuse wie es ist...

von gk (Gast)


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Thomas der Bastler schrieb:
> oder lasse ich in seinem Gehäuse wie es ist...


Wenn Deine obige Schaltung stimmt und GND die Masse der -+15V ist, die 
mit Netzteil- verbunden ist, dann liegen die INA-Eingänge um 45 V über 
deren positiven Versorgungsspannung. Und das funzt nicht.

NWE  gk

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