Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LEM Modul diff. Strommessung


von Olaf .. (ope-)


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Hi,

vor mir liegt ein LEM HTFS200P 
http://www.lem.com/docs/products/htfs200_800p_sp2_e_rev06.pdf, der an 
einen ADC am Mikrocontroller angeschlossen ist. Dieser ist als 
Differential ADC konfiguriert mit +/- 2V, konkret pos. gegen neg. 
Eingang. Um Störungen klein zu halten, ist ein diff., pass. RC LP davor.

Die Idee war ursprünglich den inv. ADC Eingang auf die uREF dem LEM zu 
legen und vOut des LEM auf den Nichtinversen. Damit wären die Offsets 
bzw. Ungenauigkeiten des LEM aus der Welt. Soweit zur Theorie.

Praktisch hatte ich einen massiven Offset (~300A), während es mit einem 
kleineren LEM LTS6 http://www.lem.com/docs/products/lts%206-np.pdf und 
der vREF Nachbildung (1:1 einstellbarer Spg. Teiler, er hat keinen 
Ausgang dafür) sofort funktionierte.

Dieser ging dann am HTFS200P weitgehend weg, nachdem ich am vREF Ausgang 
220k und vOut 2k2 gegen Masse geschaltet habe, sprich belastet habe.

Nun ist formal durch die unsymmetrische Belastung das Diff. Verhalten 
ein Anderes, insbesondere in Hinblick auf das Filter, d.h. statisch 
stimmt der Wert, über das Frequenzverhalten kann ich keine Aussagen 
treffen.

                          180
                           ----
        vOut  --*---------|    |----*--  +ADC
                |          ----     |
                |                  -+--  47n
                |                  -+--
                |          ----     |
         vREF --|------*--|    |----*-- -ADC
                |      |   ----
                |      |
                |      |     180
              ----    ---
              --+-    -+-            f ~ 9.5 kHz
         4n7    |      |  4n7
                |      |
               ---    ---

Einen OVP mit Diff.ausgang o.ä. kann ich nicht vorschalten.

Nun die Fragen:
- gibt es wirklich einen Einfluss auf das Freq.verhalten?
- geht es passiv (mit Widerständen) auch anders? Ich überlegte mir auch, 
zwischen pos/neg. Eingang des ADC ebenfals einen R ~2k2 zu setzen und 
beide Eingänge mit 220k gegen GND abzuschliessen. Symmatrisch wäre das 
ja, aber die LEM Ausgänge würden wohl nicht gemäß den Load Resistance 
lt. Datenblatt arbeiten.
- da LastWdst. vOut bei >2k und bei vREF >200k sein sollen, geht das 
überhaupt so einfach? Wozu war den vREF Out überhaupt gedacht. Die 
App.Notes von LEM sind ja reine Werbung.

von tukaram (Gast)


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> der an einen ADC am Mikrocontroller angeschlossen ist.
> und bei vREF >200k sein sollen

Ohne den Eingangswiderstand d.h. den tatsächlichen Typ des µC zu kennen, 
kann man dazu noch nicht viel sagen. Vermutlich ist der aber zu gering, 
so dass eine Entkopplung mit einem Spannungsfolger, direkt am Sensor, 
angebracht erscheint - im Hinblick auf deinen passiven Eingangsfilter 
auch für Vout.

von Matthias (Gast)


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Olaf .o. schrieb:
> Praktisch hatte ich einen massiven Offset (~300A)

Ein Offset von 300A bedeutet, dass eine der Ausgangsspannungen des LEM 
völligen Bockmist baut. Hast du dir die Signal am Sensorausgang mal mit 
einem Oszi angesehen?. Möglicherweise kann der mit deiner direkten 
kapazitiven Last durch deine 4n7 nicht umgehen und schwingt. Je nach 
Phasenreserve der internen Signalkonditionierung kann die kapazitive 
Last zu instabilem Verhalten führen.

von tukaram (Gast)


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> kapazitiven Last durch deine 4n7 nicht umgehen

lt. DB wären bis zu 1µF zulässig. Für Vref sind die ohnehin zu wenig.
Required Connection Circuit: 47nF zwischen Vref und GND

Abgesehen vom Eingangswiderstand des AD-Wandlers krankt die Beschaltung 
daran, dass versucht wird zwei unterschiedliche Ausgänge (Riref ~ 
200*Riout) mit einem Filter ungeeigneter Impedanz und ohne DC-Pfad zu 
koppeln.

von Olaf .. (ope-)


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tukaram schrieb:
> daran, dass versucht wird zwei unterschiedliche Ausgänge (Riref ~
> 200*Riout) mit einem Filter ungeeigneter Impedanz und ohne DC-Pfad zu
> koppeln.

das ist wohl auch das Problem und die Herauforderung, da kein OVP etc. 
nach Maßgabe des Chefs verbaut werden soll - es ist ein PSoC5 auf den 
First Starter Kit (CY8CKIT-014 PSoC® 5 FirstTouch™ Starter Kit - heute 
obsolete) http://www.cypress.com/?rID=43674 - da ja genug Analogtechnik 
bereits drinnen sei. Meine pers. Begeisterung für diese gemischte 
Analog/Digital-Technik on Chip hält sich in Grenzen - ich habe noch 
althergebracht Analog/Digital gelernt und kenne die Problematiken (mal 
abgesehen davon, dass das PCB Design des CY8KIT-014 gar nicht für 
anspruchsvolles Analogdesign ausgelegt ist).

Das LEM Modul hängt zudem an ca. 40cm langen Kabel, das mit dem blocken 
von vREF 47nF werde ich vor Ort nachholen.

Vielen Dank soweit

von tukaram (Gast)


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> ... da ja genug Analogtechnik bereits drinnen sei
Und damit hat er im Prinzip(© Армянское радио) recht.

Es wäre zwar besser, die OPV direkt am Sensor zu haben, ist aber 
angesichts der Leitungslänge von 40 cm noch kein KO-Kriterium - das 
hängt halt stark davon ab, wie verseucht die Umgebung ist.
1
Vout -+------ GPIO P0[2] (opamp0+)
2
      |
3
     4n7
4
      |
5
     GND
6
7
Vref -+------ GPIO P0[4] (opamp2+)
8
      |
9
     47n
10
      |
11
     GND
12
13
GPIO P0[1] (opamp0 out) --3k6--+---GPIO P4[2] -- AGL6 -- DSM0+
14
                               |
15
                              4n7
16
                               |
17
                              GND
18
19
GPIO P0[0] (opamp2 out) --3k6--+---GPIO P4[7] -- AGL7 -- DSM0-
20
                               |
21
                              4n7
22
                               |
23
                              GND

Der Frage, ob eine Verbindung GPIO P0[1] - GPIO P0[3] bzw. GPIO P0[0] - 
GPIO P0[5] notwendig ist oder mit dem internen Schalter erledigt werden 
kann, will ich jetzt nicht nachgehen (Konfiguration als Voltage Follower 
oder External Uncommitted).

Viel eher möchte ich in Frage stellen, ob diese differentielle 
Konfiguration unter den gegeben Voraussetzungen tatsächlich eine 
Verbesserung darstellt:

Dadurch, dass am Vref nun eine Antenne hängt, muß dafür gesorgt werden, 
dass deren Einfluß gering bleibt -> Einfügen eines recht hohen 
Ausgangswiderstandes am LEM und ggfls. ein Abschlußwiederstand am GPIO.
Damit das mit der Unterdrückung von Gleichtaktstörungen funktioniert muß 
nun auch der Ausgangswiderstand des Vout mit der gleichen Beschaltung 
künstlich erhöht werden.

Wenn der Auslöser für diese Aktion nur eine Kompensation der 
Referenzspannungsdrift des LEM ist, könnte man auch darüber nachdenken, 
eine aus der interen Referenz des Boards abgeleitete Spannung (2-2.8V) 
dem LEM auf's Auge zu drücken - das ist dann, auch mit den internen OPV, 
recht niederohmig und damit unempfindlich gegenüber Störungen.

von Olaf .. (ope-)


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tukaram schrieb:
> Wenn der Auslöser für diese Aktion nur eine Kompensation der
> Referenzspannungsdrift des LEM ist, könnte man auch darüber nachdenken,
> eine aus der interen Referenz des Boards abgeleitete Spannung (2-2.8V)
> dem LEM auf's Auge zu drücken - das ist dann, auch mit den internen OPV,
> recht niederohmig und damit unempfindlich gegenüber Störungen.

das war der ursprüngliche Gedanke. Allerdings sind 3 von 4 OVP schon weg 
für andere Aufgaben.

Die EMV ist sicher ein Problem, da der zu messende Strom aus einem 
Umrichter für ein BLDC Motor kommt ...

Zumindest Danke für Deine Antwort, ich muss hier einiges überdenken.

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