Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Strom messen high side


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von Max M. (max0123)


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Hallo,

Ich habe ein problem beim Messen von high side Strömen über einen shunt
im bereich von 100mA-2A. Bei einer Bandbreite von min 400kHz.
Die Spannung sollte von 0V-18V betragen. Die Ausgangspannung soll für 
einen ADwandler mit 0-1V eingangsbereich sein. Die Genauigkeit ist nicht 
so wichtig. (sollten halt +-10mA sein)

Das prolem ist, dass Shunt monitore wie der INA196 nicht geht, da der 
Vsense Bereich nur von 20mV bis (Vsupply-0,2)/20 geht.

Bei Operationsverstärker (Differenzverstärker) ist das Problem, dass der 
Output Voltage Swing bei einer Versorgung von 24V immer zu hoch ist. 
Also Vout min >0,2V. Das würde eine extreme Verstärkung nötig machen, 
was wiederum die Bandbreite begrenzt und zudem bei 2A die 1V 
ausgangsspannung überschreitet.

Am besten wäre eine günstige Lösung.

Vielen Dank für eure Hilfe!
Gruß

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Max M. schrieb:
> Bei Operationsverstärker (Differenzverstärker) ist das Problem, dass der
> Output Voltage Swing bei einer Versorgung von 24V immer zu hoch ist.

Wie? Vllt. kannst du dein Problem mal in einer kleinen Schaltung 
visualisieren.
Für den Differenzverstärker ist (sofern die Eingangsspannung innerhalb 
der erlaubten Grenzen bleibt) die absolute Höhe der Eingangsspannung 
unerheblich, er sieht durch die Gleichtaktunterdrückung nur die 
Differenzspannung, die über dem Shunt liegt.
Und wenn das GBP mit einem Opamp nicht reicht, verteilt man die 
Verstärkung auf zwei der Kerlchen.
Wenn man also eine Spannung über einem Shunt misst, der mit 0-18V 
gefahren wird und der Opamp mit 24V gespeist wird, nimmt man einen R2R 
Opamp (für die 0V) und ist am Ziel.

: Bearbeitet durch User
von Harald (Gast)


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Vsense ist die differentielle Spannung über dem Widerstand, da sind halt 
150mV ideal und (Vsupply-0.2)/20 maximal (aber dann würde man ja eh 
schon eine Wahnsinns-Leistung über den Shunt erzeugen).
Dein Problem wäre die Common-Mode Voltage und da ist die INA19x Reihe 
recht gut, nämlich -16...+80V, also tauglich für deine Anwendung. Mit 
anderen Worten: Du kannst den INA19x mit 5V versorgen und trotzdem(!) 
High-Side bei 24V messen.

von Max M. (max0123)


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Danke für die schnelle Antworten!

Zu Matthias Sch.

Auch Rail To Rail OpAmps haben keinen Ausgang bis 0V. Das heißt am 
Ausgang liegen immer mindestens je nach typ ca 100mV an, auch wenn die 
Vsense Spannung 0V ist. Wenn ich dann bei einem 0,2 Ohm Shunt (ich weiß 
relativ groß) 100 mA messe liegen 0,02V an. Da der minimale Opamp Output 
0,2V sein muss => Gain 10. Wenn ich aber ein Gain von 10 habe ist der 
Opamp Output bei 2A => 2A*0,2Ohm*10 = 4V, was zu viel ist.

Zu Harald :

Bei Supply von 5V ist die maximale Vsense 0,24V. Das heißt aber dass ich 
bei 2A maximal einen Shunt von 0,12Ohm nehmen darf. Das heiß aber auch 
dass bei einem Strom von 0,1A eine spannung von nur 12mV Vsense abfallen 
und er INA196 unter 20mA nicht misst(exterm schlecht).

von Harald (Gast)


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Max M. schrieb:
> und er INA196 unter 20mA nicht misst(exterm schlecht).

Tja, das ist ein systembedingter Nachteil bei dieser Art von Current 
Monitoren. Sicher steigt der Fehler an und kann sogar bei sehr kleinen 
Strömen recht übel werden, keine Frage. Nach eigener Erfahrung (in 
zigtausendfacher Anwendung) aber durchaus brauchbar. Mit deiner 
Definition von 100mA Imin kam das für mich überschlagsmäßig hin, ich 
habe das natürlich nicht durchgerechnet.

Kommt halt drauf an, was man machen will (und welche (preislichen) 
Alternativen man tatsächlich hat)

von Markus O. (pipimaxi)


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Wie wäre es denn mit der klassichen Stromwaage?

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Bei Operationsverstärker (Differenzverstärker) ist das Problem,

Da sehe ich gar kein Problem, ich messe z.B. mit einem AD820 als 
Subtrahierer mit Sense-Widerstand (0.1Ω) in der Highside Ströme von 1mA 
bis 5A.

von Max M. (max0123)


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Zu Autor: Harald (Gast)
Datum: 24.03.2015 08:36
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Das heißt, dass ich dem INA196 vertrauen soll?

Siehe: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina196.pdf   (Seite 19,20)

VSENSE < 20 mV, 0 V ≤ VCM ≤ VS  (messbreich unter 20 mV )

Da ich aufgrund von Zeit nöten ein Layout erstellen will,
müsste ich mir sicher sein.

Gruß Max

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Max M. schrieb:
> Auch Rail To Rail OpAmps haben keinen Ausgang bis 0V. Das heißt am
> Ausgang liegen immer mindestens je nach typ ca 100mV an, auch wenn die
> Vsense Spannung 0V ist.

Wenn das wirklich ein Problem sein sollte, nimmst du eine kleine 
negative Hilfsspannung, die den Opamp auf seiner negativen Rail speist. 
Dazu reicht im einfachsten Falle ein ICL7660 oder eben ein kleiner DC/DC 
Wandler.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Also es sind gute Lösungen dabei dir mir gefallen, aber
der Haken ist, dass sie einigermasen zu teuer sind. Ich würde die 
komplette Messung für max 1,3€ bei ca 1000 Stk haben wollen.
Ich weiß das ist eine nahezu unverschämte Forderung, aber is halt so.

von Harald (Gast)


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Max M. schrieb:
> Da ich aufgrund von Zeit nöten ein Layout erstellen will,
> müsste ich mir sicher sein.

Garantien gibt es hier leider nicht.

Unter 20mV soll es am liebsten nicht gehen:
Rhsunt = 20mV / 100mA = 0.2Ohm

Ob der Rest passt musst Du rechnen, vielmehr aber noch am Testaufbau 
prüfen. Mit der Versorgungsspannung des INAs kannst Du ja noch 
variieren.

Als Alternative kannst Du dir noch die ZXCT1082 (und Co.) ansehen, von 
Firma Diodes.com, ehemals Zetex. Aber ob die für DEINE Anwendung passen 
musst Du prüfen.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Max M. schrieb:
> Ich weiß das ist eine nahezu unverschämte Forderung, aber is halt so.

Dann wünsche ich dir viel Glück - du weisst, das das nicht geht, oder?

von Max M. (max0123)


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Nochmal zu dem INA 196

Wenn ich ihn mit 17Volt versorge => Vsense max (17-0,2)/20 = 0,84;
0,1A bei 25mV messen => Shunt 250mOhm
2A bei 250mOhm => 0,5V*Gain => 10V

Also von 0,5 bis 10V Ausgangsspannung.
Diese über spannungsteiler wieder auf 0,05 bis 1V Teilen und mit ADC 
messen.

Könnte das funktioniern.

Gruß Max

von Markus M. (mmvisual)


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Schaue Dir mal den Differential Amplifier AD628 an. Der kann bis zu 120V 
an den Eingängen und verstärkt das Signal.

von Max M. (max0123)


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Hallo,

Der hat nur einen Voltage swing von 0.9-4.1 bei einfacher (V+,GND) 
Versorgung. Und is extrem teuer bzw mit +120V überdimensioniert.

Gruß Max

von AufArbeit (Gast)


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Bei den INA19x aber unbedingt auf den Eingangsoffset achten. Bei hoher 
Verstärkung und kleinen Eingangsspannungen kann man sich da böse Fehler 
einhandeln.

von Stephan (Gast)


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schau dir mal MAX9918 - MAX9919 an.
Leg die Schaltung so aus das es auch möglich ist einen offset dem 
Ausgang mit zu geben. (REF mit +0,5V)
Hatte Probleme bei Werten <0,2V am Ausgang. Aber sonst guter Chip.

von Markus O. (pipimaxi)


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Alles viel zu aufwändig... Warum nicht rein passiv?

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Also es sind gute Lösungen dabei dir mir gefallen, aber
> der Haken ist, dass sie einigermasen zu teuer sind. Ich würde die
> komplette Messung für max 1,3€ bei ca 1000 Stk haben wollen.
> Ich weiß das ist eine nahezu unverschämte Forderung, aber is halt so.

Wie im Anhang (Subtrahierer) mit LM224 dürfte weniger als 50 Cent 
kosten. Der Offset dürfte beim LM224 bei etwa maximal 20 mV liegen.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Ich habe ewig nach einem passendem Opamp gesucht!
Bei TI auf der Seite, aber keinen passenden gefunden.

Und jetzt sowas! Warum is der so billig?
Ja gut offset Voltage ist relativ groß aber ok.
Aber output voltage swing von nur 20 mV (full range) ist super.
Bezogen auf den Preis.

Gruß Max

von Max M. (max0123)


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Gibts den auch in Single Ausführung?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Max M. schrieb:
> Das prolem ist, dass Shunt monitore wie der INA196 nicht geht, da der
> Vsense Bereich nur von 20mV bis (Vsupply-0,2)/20 geht.

Ich weiß nicht, wo im Datenblatt du das gelesen haben willst.

Die maximale Eingangsspannung ist nach oben natürlich limitiert durch 
Verstärkung und Betriebsspannung. Im Prinzip sagt (Vsupply-0.2V)/20 nur 
aus, daß die Ausgangsspannung des INA196 nicht näher als 0.2V an Vsupply 
rankommt und daß er eine Verstärkung von 20 hat. Aber da du sowieso nur 
max. 1V Ausgangsspannung haben willst, ist das vollkommen egal.
Den maximalen Spannungsabfall am Shunt hast du durch die Wahl von 
Ausgangsspannung und Verstärkung mit 1V/20 = 50mV ja schon vorgegeben.

Eine minimale Eingangsspannung gibt das Datenblatt gar nicht vor (wozu 
auch?). Eine Art Limitierung kommt hier aber durch den Offsetfehler 
respektive dessen Drift. Ich lese da typisch 0.5mV Offsetfehler. 
Multipliziert mit 20 sind das 10mV Fehler am Ausgang. Bei 1V Endwert 
also 1% Fehler (typisch wohlgemerkt).

Den statischen Offsetfehler kann man entweder analog korrigieren. Oder 
digital. Dann bleibt noch die zeitliche und thermische Drift. Finde ich 
auf Anhieb keine Daten im Datenblatt zu. Mußt du selber rausfinden und 
bewerten ob das mit Abgleich noch ok wäre.

Die einzige Möglichkeit den Offsetfehler permanent verringern besteht 
darin, mehr Spannung am Shunt abfallen zu lassen. Wenn du bis 0.5V 
gehst, dann macht der Offsetfehler nur noch 0.1% (typ) aus. Der INA196 
liefert dann bis 10V Ausgangsspannung. Du mußt ihn also mit mindestens 
10.2V (eher 12V) versorgen. Und du mußt die Ausgangsspannung durch 10 
teilen bevor du sie deinem ADC mit 0..1V Eingangsspannungsbereich 
vorwirfst.

Nachtrag: ich sehe gerade noch, daß der INA196 mit dem Ausgang nicht 
näher als 3mV (typ) an GND kommt. Bei einem Meßbereich von 2A ~ 1V also 
nichts unter 6mA anzeigen kann. Mit einer größeren nominalen 
Ausgangsspannung und nachgeschaltetem Spannungsteiler entschärft sich 
dieses Problem natürlich auch.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Hallo Axel,

siehe:

Re: Strom messen high side
 Autor: Max M. (max0123)
Datum: 24.03.2015 09:21
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--------
Nochmal zu dem INA 196

Wenn ich ihn mit 17Volt versorge => Vsense max (17-0,2)/20 = 0,84;
0,1A bei 25mV messen => Shunt 250mOhm
2A bei 250mOhm => 0,5V*Gain => 10V

Also von 0,5 bis 10V Ausgangsspannung.
Diese über spannungsteiler wieder auf 0,05 bis 1V Teilen und mit ADC
messen.

Könnte das funktioniern.

Gruß Max
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Ja ich habe verstanden, dass der geht. Aber im Vergleich zum LM224 is 
des halt eine Nummer teurer.

Gruß Max

von hauspapa (Gast)


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So schwer ist es doch nun nicht einen Spannungsteiler (und zur Not einen 
Opamp) an den Ausgang von einem Schuntmonitor zu hängen:

CS30BL von ST währe auch ein passender Kandidat.

150mV bei 2A

mal Gain 50 vom CS20A sind 7,5V. 9-15V Versorgung, dann passt das mit 
der oberen Rail, Sannungsteiler auf 1/10 hinten dran. Evtl. Opamp als 
Impedanzwandler um den ADC schnell genug zu treiben, das müsste man 
rechnen. Die 50mV an der unteren Rail entsprechen 13mA

>(sollten halt +-10mA sein)

Das passt schon fast.

Noch einen etwas besseren Typen suchen, mit 0,1% Widerständen und tiefem 
TK arbeiten, und eine gute Abgleichroutine, dann ist das mit etwas 
Erfahrung zu deinem Preis zu schaffen.

Die Schaltung sollte hinsichtlich Störaussendungen nicht relevant sein, 
ESD Schutz wenn man z.B. Batterieströme misst wo die Batterien 
gewechselt werden können ist aber noch nichts dabei.

Hat Dein Vorgesetzter einmal darüber nachgedacht Dir für Stückzahlen 
>1000/a einen Mentor an die Seite zu stellen?

viel Erfolg
Hauspapa

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Gibts den auch in Single Ausführung?

Uff, das Dual-Äquivalent ist der LM358 aber auch in Single? Hm, ich 
verwende gern den AD820 oder OPA340 wenn ich nen Single haben mag aber 
beide sprengen deinen preislichen Rahmen von 1,30€/1000 Stück…OK, grad 
mal bei Farnell geschaut. Den OPA340 gibts da für rund 1,20 € bei 1000 
Stück abnahme (Farnell Bestellnummer 2436648).
Der OPA340 ist übrigens von TI, warum du den nicht gefunden hattest 
vermag ich nicht zu sagen, der wäre für die Aufgabe noch etwas besser 
geeignet als der LM224/LM324.

von Max M. (max0123)


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Ja der OPA340 hat nur eine Supply Voltage von 5V -> geht also nicht.
Und ich habe bei der Suche immer nach Bandbreite von 1.5 MHz gesucht und 
nur single Typen.

Gruß Max

von Max M. (max0123)


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Also ein Opamp mit ein bisschen mer Bandwidth als der LM324 mit
einem output voltage swing < 20 mV gibt es nicht zufällig?
Bei ca 2 MHz und max supply voltage von 24V.

Weil egal was ich anschaue hat einen voltage swing von (V-)+0.35V,
z.B.: OPA171

Gruß Max

von Madcat (Gast)


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Wofür bitte schön brauchst du 24V wenn du eh nur von 0-1V für deinen ADC 
brauchst?

von David (Gast)


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Hallo Max M.,

wenn die Bandbreite verhandelbar ist, würde ich den AD8417 oder AD8418A 
nehmen. Wenn der Preis verhandelbar ist, würde ich den AD8421 nehmen.

Gruß David

von hauspapa (Gast)


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>Wie im Anhang (Subtrahierer) mit LM224 dürfte weniger als 50 Cent...

Müsste man mal durchrechnen wie genau die Widerstände für so einen 
Subtrahierer sein müssten. Ich ahne da wenig Gutes...

Viel Erfolg
Hauspapa

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Ja der OPA340 hat nur eine Supply Voltage von 5V -> geht also
> nicht.
> Und ich habe bei der Suche immer nach Bandbreite von 1.5 MHz gesucht und
> nur single Typen.
>
> Gruß Max

Öhm, kanns sein dass dein OPV-Wissen recht begrenzt ist? Klar hat der 
OPA340 nur 5V Betriebsspannung, dennoch kann man da auch an 24V 
Spannungen messen. Man muss halt entsprechend die Messspannung runter 
teilen bevor man misst. Da helfen einem aber ohmische Spannungsteiler.


hauspapa schrieb:
>>Wie im Anhang (Subtrahierer) mit LM224 dürfte weniger als 50
> Cent...
>
> Müsste man mal durchrechnen wie genau die Widerstände für so einen
> Subtrahierer sein müssten. Ich ahne da wenig Gutes...
>
> Viel Erfolg
> Hauspapa

1% Widerstände benutze ich bei einer Highside-Messung in meinem 
Labornetzteil. Die Strommessung ist auch auf ~1% genau plus den Offset 
(den man raus rechnen kann), bei mir sinds 6 mA. Für einen Messbereich 
wie hier beschrieben, 100mA bis 2A, ist das völlig ausreichend.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Vielen dank für das Kompliment.

Du willst mir nicht wirklich erzählen, dass du eine differenzspannung 
von 20 mV von 16.8V auf unter 5 Volt mit einem Spannungsteiler teilen 
willst?

Gruß max

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Du willst mir nicht wirklich erzählen, dass du eine differenzspannung
> von 20 mV von 16.8V auf unter 5 Volt mit einem Spannungsteiler teilen
> willst?

Naja, die 16.8V sind ja quasi nur ein Offset, wieso das jetzt ein 
Problem sein soll die runter zu holen auf 5V verstehe ich nicht. Ich 
hole sogar über 30V runter. Im Anhang mal die Schaltung mit Werten, das 
Diagram zeigt mit der blauen Linie den Strom in Ampere, der aus der 
Quelle Vdc1 kommt, die grüne Linie zeigt die Spannung am Ausgang des 
OPVs (in der Simulation hab ich den OPA340 benutzt) in Volt und die rote 
Linie zeigt die Spannung, die über R2 abfällt.
Die Simulation hat lediglich Vdc1 von 0 Volt auf 30 Volt hoch gefahren. 
Das ist nicht dein Anwendungsfall, bei dir wird sich ja die Last ändern. 
Das macht die Sache recht angenehm denn das Potential über R2 ändert 
sich ja nie in Abhängigkeit der Last und bleibt bei 20 V bei etwa 1.7V 
und das Potential über R1 ändert sich ja jetzt nicht großartig, wird 
auch in der gleichen Region sein, d.h. dein OPV muss am Eingang nicht 
mal bis an seine Rails kommen.

Eigentlich musst du dir den Subtrahierer nur für dein Anliegen anpassen 
damit er aus 2A dann letzendlich nur 1V (das brauchst du doch für deinen 
ADC, oder?) macht und nicht wie hier 2V. Das könntest du erreichen indem 
du R7 und R8 jeweils zu etwa 550 kΩ wählst statt 1.1 megΩ.

Du bräuchtest also 8 Widerstände plus 1 OPV.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Die Idee ist nicht schlecht aber mit der 20 mV differenzspannung denke 
ich geht das nicht. Man nehme an dein Spannungsteiler hat eine Toleranz 
von 0.5%.
Dann habe ich bei einer Spannung von 16.8V einen Fehler von 14 mV.  Da 
ich 2 Spannungsteiler habe sind es 28 mV. Dazu kommt noch der Bias Strom 
wenn ich mich nicht täusche.

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Die Idee ist nicht schlecht aber mit der 20 mV differenzspannung denke
> ich geht das nicht. Man nehme an dein Spannungsteiler hat eine Toleranz
> von 0.5%.
> Dann habe ich bei einer Spannung von 16.8V einen Fehler von 14 mV.  Da
> ich 2 Spannungsteiler habe sind es 28 mV. Dazu kommt noch der Bias Strom
> wenn ich mich nicht täusche.

Was meinst du warum es Trimmpotentiometer wie Sand am Meer gibt? Wenn 
man es so genau braucht, dass es einen stört wenn man bei 100mA 92mA 
angezeigt bekommt (oder bei 1A dann 992mA) dann nutze Potis bei den 
Widerständen R2/R4 um den Offset raus zu bekommen und Potis bei R7/R8 
wenn die Steilheit der Kurve nicht passt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Max M. schrieb:
> Vielen dank für das Kompliment.
>
> Du willst mir nicht wirklich erzählen, dass du eine differenzspannung
> von 20 mV von 16.8V auf unter 5 Volt mit einem Spannungsteiler teilen
> willst?

Ja, so klingt man (du) wenn man (du) keine Ahnung hat.

Genau so machen das die High-Side-Monitore alle. Z.B. Spannungsteiler 
3:1 (also durch 4) von beiden Enden des Shunts nach GND. Dann liegt die 
Gleichtaktspannung unter 5V. Die Differenzspannung ist von 20mV auf 5mV 
gesunken. Macht aber nix, wenn man einen vernünftigen OPV hat. Und man 
braucht natürlich zwei Spannungsteiler mit gut übereinstimmendem 
Teilerverhältnis. Genau das läßt sich aber gut integriert herstellen.

Deine Idee weiter oben ist aus zwei Gründen nicht gut. Zum einen will 
man den INA nicht mit 17V betreiben, wenn 18V das maximum rating sind. 
Zum zweiten sind 2A und 250mR schon 1W. Da wird nicht nur der Shunt 
teuer, sondern da flucht sicher bald jemand, weil 1W sinnlos verbraten 
werden.

von Max M. (max0123)


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Was heißt "wenn man keine Ahnung hat". Ich habe nicht behauptet dass der 
Vorschlag von Michael köhler nicht geht,wenn man sehr genaue 
wiederstände nimmt. Jedoch muss ich immer kosten Aufwand nutzen 
abwiegen.

von M. K. (sylaina)


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Du brauchst keine sehr genaue Widerstände bei meinem Vorschlag sondern 
nur das ein und andere Trimmpoti, damit kommst du locker auf 1% 
Genauigkeit für unter einen Euro für die gesamte Schaltung ;)
Und da du das Ganze offenbar digital verarbeiten willst ist noch nicht 
mal ein Trimmpoti erforderlich, man könnte den Fehler auch digital 
herausrechnen. Wie schon gesagt, ich sehe dein Problem nicht und 
Anscheinend bin ich da nicht der Einzige wenn ich mir hier andere Posts 
ansehe.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Wie soll dann der fehler herausgerechnet werden ohne genaue widerstände 
und ohne trim potis zu verwenden?

Wie gesagt wenn der Spannungsteiler einen kleinen fehler hat und der 
sich so auswirkt, dass am -pin des OPamps eine höhere spannung anliegt 
als am +pin, dann gibt er 0V aus. Dies kann ich dann doch nicht mehr 
herrausrechnen, oder?

Da muss ich dann auch einen großen shunt nehmen, dass das gennante nicht 
passiern kann.

Gruß

von M. K. (sylaina)


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Das tolle an Widerständen ist, dass man sie ausmessen kann. Dann kann 
man auch den Fehler bestimmen. ;)

von Max M. (max0123)


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Ja das Problem besteht trotzdem dass die Spannungen sich am Eingang des 
Opamps so verändern,dass er in die falsche Richtung verstärkt auch wenn 
ich den Fehler bestimmen kann.

von spontan (Gast)


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Wieso wehrst Du Dich dagegen eine Schaltung abzugleichen?
Ist das böse, oder was?

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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Wie wäre es, die zu messenden Spannungen dem Oamp über je einen 
spannungsteiler zu zuführen  und so in den zulässigen Eingangsbereich zu 
bringen?

: Bearbeitet durch User
von Max M. (max0123)


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Zum Schaltungsabgleich:
bei eine hohen Stückzahlen versuche ich das zu vermeiden.

von spontan (Gast)


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Bei hohen Stückzahlen, ja, am besten ohne Abgleich.
Davon, daß die Nummer öfters gebaut werden soll, war bisher nicht die 
Rede.

Wenn das ganze kommerziell verwendet wird, dann ist eh eine Bastellösung 
zu verwerfen. Bisher schauts noch sehr gebastelt und wenig robust aus.

Fertige Lösungen scheiden aus?

von Max M. (max0123)


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Ich habe die hohen Stückzahlen mal kurz mittendrin erwähnt.
Was heißt fertige Lösungen schalten aus ?
Wenn sie gut und günstig sind dann kann man das schon nehmen.

Also ich fasse nochmal zusammen.
OPV:
-problem hohe Spannung 16,8V
-wenige OPVs vorhanden :
        mit kleiner Voltage swing output von ca 20mV
        oder (je nach output swing) hoher bandbreite
- spannungsteiler am shunt nur mit abgleich zu realisieren (aufwändig)
- shunt monitore viele nur von 2.7V Comon mode input voltage, oder dann
  der Sense messbereich erst ab einigen zehn mV (INA196 ab 20mV Vsense)

Zwar könneman den output swing mit einer negativen Versorgung bekämpfen, 
die negative versorgung ist aber relativ teuer.
Soweit zu den Problemen.

Lösung ware OPV mit kleinem Outputswing oder dementsprechend hoher 
Bandbreite.
Oder current monitor mit akzeptablen spezifikationen.

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Ja das Problem besteht trotzdem dass die Spannungen sich am Eingang des
> Opamps so verändern,dass er in die falsche Richtung verstärkt auch wenn
> ich den Fehler bestimmen kann.

Ja du musst dann nach der Fehlerbestimmung die Widerstände auch 
entsprechend verbauen, zumindest das sollte doch klar sein...

Max M. schrieb:
> Zum Schaltungsabgleich:
> bei eine hohen Stückzahlen versuche ich das zu vermeiden.

Komisch, bei Oszis, Labornetzteilen und co, wo es schlicht auf 
Genauigkeit ankommt, wird erst recht bei hohen Stückzahlen abgeglichen 
(ich hab noch kein kommerzielles Labornetzteil ohne Trimmer gesehen). Wo 
siehst du denn da jetzt ein Problem?

Wenn du sowas wie Abgleichen nicht machen willst musst du eben teuere 
Produkte verwenden.

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:

> -wenige OPVs vorhanden :
>         mit kleiner Voltage swing output von ca 20mV
>         oder (je nach output swing) hoher bandbreite

Output-Voltage Swing und Bandbreite...irgendwie hat das eine nix mit dem 
anderen zu tun.
20mV Output-Voltage Swing ist zudem nicht sehr viel, ich nehme aber mal 
an, dass du damit meinst am Ausgang bis auf 20 mV ans Rail zu kommen. In 
deinem Fall musst du aber nur bis ans negative Rail ran, beim positiven 
Rail reichen dir auch 4 V Abstand wenn du den OPV mit 5 V versorgst, die 
Anforderung hierbei auch bis ans positive Rail ran zu kommen ist also 
nicht zielführend.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Max M. schrieb:
> Ich habe die hohen Stückzahlen mal kurz mittendrin erwähnt.
> Was heißt fertige Lösungen schalten aus ?
> Wenn sie gut und günstig sind dann kann man das schon nehmen.
>
> Also ich fasse nochmal zusammen.
> OPV:
> -problem hohe Spannung 16,8V

ist kein Problem mit richtiger Schaltung

> -wenige OPVs vorhanden :
>         mit kleiner Voltage swing output von ca 20mV
>         oder (je nach output swing) hoher bandbreite

Verstehe ich nicht (kannst du das mal verständlich hinschreiben?).
Wahrscheinlich meinst du "R2R OPV sind gar nicht wirklich R2R". 
Willkommen in der Realität! Spendiere dem OPV halt eine negative 
Versorgungsspannung. -0.7V reicht ja schon.

> - spannungsteiler am shunt nur mit abgleich zu realisieren (aufwändig)

Falsch.

> - shunt monitore viele nur von 2.7V Comon mode input voltage, oder dann
>   der Sense messbereich erst ab einigen zehn mV (INA196 ab 20mV Vsense)

Auch falsch. Wo hast du diesen Unsinn mit den 20mV her?

> Lösung ware OPV mit kleinem Outputswing

Schwachsinn. "output swing" bezeichnet die Differenz zwischen minimaler 
und maximaler Ausgangsspannung. Was du eigentlich suchst, ist ein OPV, 
der mit dem Ausgang möglichst nahe an die negative Versorgungsspannung 
kommt. Und trotzdem noch hohe Bandbreite hat. Gibts nicht.

von Max M. (max0123)


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Zu
Michael Köhler (sylaina)
Datum: 25.03.2015 09:42
------------------------------------------------------------------------ 
---
wenn der opamp ausgang bis gnd gehen würde bräuchte ich nicht eines so 
hohe verstärkung, dass ich über die kleinste Ausgangsspannung komme. Das 
heißt dass dann auch die Bandbreite kleiner sein kann.
Wenn aber Vout nur GND+100mV ist muss ich eine Vsense von 10mV um 10 
Verstärken.

>Verstehe ich nicht (kannst du das mal verständlich hinschreiben?).
>Wahrscheinlich meinst du "R2R OPV sind gar nicht wirklich R2R".
>Willkommen in der Realität! Spendiere dem OPV halt eine negative
>Versorgungsspannung. -0.7V reicht ja schon.

Ja wo bekomme ich eine negative versorgungsspannung von 0.7V her?
Und jetzt bitte nicht IC´s oder Ladungspumpenschaltungen für 1€.

>Auch falsch. Wo hast du diesen Unsinn mit den 20mV her?

Siehe: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina196.pdf   (Seite 19,20)
VSENSE < 20 mV, 0 V ≤ VCM ≤ VS  (messbreich unter 20 mV )

>Schwachsinn. "output swing" bezeichnet
In den Datenblättern is dieser von dir beschreibene effekt oft als
Output swing angegeben manchaml ein Bereich und mnachmal im Bezug auf 
Vs- und Vs+.

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


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Axel Schwenke schrieb:
>
> Schwachsinn. "output swing" bezeichnet die Differenz zwischen minimaler
> und maximaler Ausgangsspannung. Was du eigentlich suchst, ist ein OPV,
> der mit dem Ausgang möglichst nahe an die negative Versorgungsspannung
> kommt. Und trotzdem noch hohe Bandbreite hat. Gibts nicht.

Warum solls das denn nicht geben? OPA340 kommt auf unter 1 mV ans 
negative Rail ran und hat ne Bandbreite von 5MHz...ist das keine hohe 
Bandbreite?

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
>
> Ja wo bekomme ich eine negative versorgungsspannung von 0.7V her?
> Und jetzt bitte nicht IC´s oder Ladungspumpenschaltungen für 1€.
>

ICL7660 bei Farnell 9663703, ab 50 Stück kostet einer 84 Cent, where is 
the problem?

von Max M. (max0123)


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Ja aber der hat nur eine Eingangsspannung von 5V.
Und dann kommt das zuvor besprochene Problem mit dem Spannungsteiler 
abgleichen.

von David (Gast)


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Hallo Max M.,

Du hast Dich zu meinem Vorschlag AD8417 bzw AD8418A nicht geäußert. 
Einfacher geht es nicht.
Wenn Dir die wirklich zu langsam sein sollten, suche Dir halt einen 
schnelleren.

http://www.analog.com/parametricsearch/en/10091

Gruß David

von M. K. (sylaina)


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Max M. schrieb:
> Ja aber der hat nur eine Eingangsspannung von 5V.
> Und dann kommt das zuvor besprochene Problem mit dem Spannungsteiler
> abgleichen.

Ja, und das ist kein Problem mit dem Abgleich. Ich hab mir mal den 
INA193 angeschaut, warum ist denn der Low Vsense Fall 3 uninteressant 
für dich? Gilt für Vsense < 20 mV, Vs < Vcm < 80 V

von Stampede (Gast)


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Wie groß wird denn die Common-mode Spannung in deiner Anwendung sein? 0V 
bis 18V kann es ja nicht sein, denn 0V ist für mich keine 
Highside-Messung.
Wenn du es schaffst, dass die immer größer ist als die Versorgung des 
INA196, dann ist der doch perfekt geeignet. Shunt von >0,2Ohm rein und 
du bist immer über 20mV als minimale Messspannung. Was will man mehr?

Der AD8207 ist auch sehr attraktiv, aber auch recht teuer.

von Harald W. (wilhelms)


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Michael Köhler schrieb:

> Du brauchst keine sehr genaue Widerstände bei meinem Vorschlag sondern
> nur das ein und andere Trimmpoti,

Alles was man verändern kann, verändert sich auch von allein.
Deshalb sind Trimmpotis als Ersatz für Präzisionswiderstände
ein Irrweg. Potis sollten in ihrem Eistellbereich durch Vor-
widerstände so stark eingeschränkt werden, das nur noch ein
kleiner, unumgänglich nötiger Betrag verändert werden kann.
Folgt ein DA-Wandler, so kann man völlig darauf verzichten
und stattdessen "digital" trimmen.
Gruss
Harald

von asmgnd (Gast)


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Benötigt du tatsächlich eine Wechselstrommessung mit +-16V common mode 
und bist daher so auf den INA196 fixiert oder bleibt Vin immer positiv 
und nur der Strom ändert sich?

Wenn also eine positive Vin>2,5V zur Verfügung steht, könnte der 
ZXCT1009 von Diodes Inc. geeignet sein. Benötigt neben dem Shunt nur 
einen weiteren R um den Ausgangsstrom in ein Spannungssignal zu 
konvertieren.
http://www.diodes.com/datasheets/ZXCT1009.pdf

Mouser € 0,535@500 bzw. € 0,363@3000

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Max M. schrieb:
>>Auch falsch. Wo hast du diesen Unsinn mit den 20mV her?
>
> Siehe: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina196.pdf   (Seite 19,20)
> VSENSE < 20 mV, 0 V ≤ VCM ≤ VS  (messbreich unter 20 mV )

Da steht, daß der INA unterhalb 20mV Eingangs-Differenzspannung 
ungenenau wird. Nicht daß er nicht mehr funktioniert. Insbesondere steht 
da nicht, daß du unterhalb 20mV keine Auflösung mehr bekommen würdest.

Michael Köhler schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>>
>> Was du eigentlich suchst, ist ein OPV,
>> der mit dem Ausgang möglichst nahe an die negative Versorgungsspannung
>> kommt. Und trotzdem noch hohe Bandbreite hat. Gibts nicht.
>
> Warum solls das denn nicht geben? OPA340 kommt auf unter 1 mV ans
> negative Rail ran und hat ne Bandbreite von 5MHz...ist das keine hohe
> Bandbreite?

Kleinsignal- vs. Großsignalbandbreite.

Die erreichbare Bandbreite ist von der geforderten Ausgangsspannung 
(Amplitude) abhängig. Zum einen die triviale Abhängigkeit über die slew 
rate. Schon unter diesem Gesichtspunkt sind die 5MHz eine Marketinglüge. 
Bei 5Vss = 1.77Veff reichen 6V/µs gerade mal für 540kHz. Wenn man nur 
1/10 davon aussteuert, sind es natürlich 5MHz.

Dazu kommt noch, daß der OPV um so langsamer wird, je näher du ihn an 
die Rails aussteuern willst. Der genannte OPA braucht z.B. 106dB 
open-loop Verstärkung, wenn er die 5mV (1mV sind nur der typische Wert) 
erreichen soll. Jetzt schau mal selber in Figure 1 bis zu welcher 
Frequenz die Verstärkung überhaupt noch oberhalb 100dB liegt.

von M. K. (sylaina)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Michael Köhler schrieb:
>
>> Du brauchst keine sehr genaue Widerstände bei meinem Vorschlag sondern
>> nur das ein und andere Trimmpoti,
>
> Alles was man verändern kann, verändert sich auch von allein.
> Deshalb sind Trimmpotis als Ersatz für Präzisionswiderstände
> ein Irrweg. Potis sollten in ihrem Eistellbereich durch Vor-
> widerstände so stark eingeschränkt werden, das nur noch ein
> kleiner, unumgänglich nötiger Betrag verändert werden kann.
> Folgt ein DA-Wandler, so kann man völlig darauf verzichten
> und stattdessen "digital" trimmen.
> Gruss
> Harald

Ich meinte damit ja auch nicht, dass mit den Trimmern die Widerstände 
genauer werden, mit den Trimmern kann man aber das 
Spannungsteilerverhältnis so einstellen, dass am OPV immer nur ne 
positive Spannung anliegt, den Rest rechnet man sich dann im uC raus. 
Ich sehe da absolut kein Problem drin.
Nachdem ich aber auch mal einen Blick auf den INA193-198 geworfen hab 
sehe ich auch bei Verwendung von diesem IC kein Problem.
Ich vermute dass Max noch nicht so geübt ist im Lesen von Datenblättern 
und anderen Dingen.

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