Ahoi zusammen,
ich baue einen Datenlogger (bislang auf AVR-Basis), um LiIon-Ladegeräte
zu bewerten. Ich rechne mit einem Strom von 1A - 0,05A und die
Spannungslage ist zwischen 0 und 4,3V. Aus fünf 0R47 habe ich einen
0R094 gelötet. Direkte Messungen mit der ATmega328-Bandgap-Referenz
liefern schon brauchbare Ergebnisse, jedoch recht grob aufgelöst und am
unteren Rand mit großer Ungenauigkeit.
Also habe ich mir ein paar OpAmps bestellt, bis jetzt sind MCP6001
angekommen. Den habe ich nach Datenblatt aufgebaut, die überall gleiche
Schaltung als nichtinvertierenden Verstärker. Die Widerstände haben
(nachgemessen) 100,2kOhm respektive 10,09kOhm. Ich würde daher eine
Verstärkung von 11 (präzise: 10,93) erwarten.
Am Shunt messe ich jetzt jedoch 0,070V, am OpAmp-Ausgang 0,999-1,003V.
Also eine Verstärkung um etwa den Faktor 14,3. Damit wird es jetzt
natürlich schwer, 1A zu messen, aber das ist erst mal zweitrangig.
Ich verstehe OpAmps noch nicht richtig, kann die Datenblätter nur recht
rudimentär deuten. Daher finde ich keinen Hinweis, warum mein
Spannungsteiler nun zu einer doch 30% größeren Verstärkung führt.
Testweise hatte ich 10nF an der Versorgung (alle Komponenten - Lade-IC,
Arduino-Nano-Board, OpAmp werden via USB gespiesen), jedoch ändert das
gar nichts.
Hat da jemand eine Idee? Wie kommt das, wie ändere ich das?
Danke schon mal!
Dirk K. schrieb:> messe ich jetzt jedoch 0,070V
Womit gemessen? Multimeter? :/
In dem Spannungsbereich würde ich nichts mehr glauben ^^ und für deine
erwartete Spannungsverstärkung von 11 müsste die Spannung am Shunt ja
nur etwa 0,09 statt 0,07 betragen. Aussagekräftiger wäre es einen
definierten Strom durch den Shunt zu schicken und dann die
Ausgangsspannung des OPs sich anzugucken.
Dirk K. schrieb:> ...... wie ändere ich das?
Indem du erst mal einen Schaltplan hier postest.
Sonst können wir nur raten, und das willst du sicher nicht, oder?
"Standardschaltung für nichtinvertierenden Verstärker":
https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Op-verstaerker-b.png
Genau das habe ich aufgebaut. Alle Komponenten haben gemeinsame Masse.
Ue kommt vom Shunt, Ua geht an den ATmega-Eingang. 08/15.
Gustav: den Unterschied zwischen 0,090V und 0,070V traue ich dem
Multimeter schon zu. Ist zwar nur ein VC97, aber bislang konnte ich mich
auf dessen Ergebnisse recht gut verlassen. Erwartung und Messung kamen
sonst immer gut hin :)
... muss ich mir wohl doch mal ein Labornetzteil zulegen, langsam ist es
so weit. Danke für den Input so weit, Messungenauigkeit hatte ich zwar
erwartet, aber so gravierend eher nicht.
Dirk K. schrieb:> "Standardschaltung für nichtinvertierenden Verstärker":
Diese Schaltung ist nicht (allgemein) geeignet eine
Shunt-Spannung zu messen.
Daher müsstest du etwas weniger faul sein und die
komplette Schaltung zeigen.
Ihn dünkt', er säh' 'nen Drahtverhau,
in einem Teller drin:
Er guckt noch mal und merkt', es war
ein Board mit etwas Zinn.
"Was eben rätselhaft", sprach er,
"Itzt fass' ich's mit Gewinn."
S. Landolt schrieb:> Ihn dünkt', er säh' 'nen Drahtverhau,> in einem Teller drin:> Er guckt noch mal und merkt', es war> ein Board mit etwas Zinn.> "Was eben rätselhaft", sprach er,> "Itzt fass' ich's mit Gewinn."
Danke sehr.
Ich denke diese Antwort ist richtiger als meine.
Achja. Nun gut - als ob das den Unterschied machen würde.
Ua vom OpAmp geht an den µC-Eingang, da LTSpice zufällig grad keinen µC
da hat, ist da keine eingezeichnet. Lader hat es auch nicht, also durch
einen generischen Widerstand symbolisiert.
Dein OpAmp hat einen "output swing", d.h. er kann üblicherweise in den
Grenzen seiner Eingangsspannung eine Ausgangsspannung erzeugen, erreicht
die Versorgungsspannungen aber "normalerweise" nicht ganz; d.h. er würde
zwar 0.77V ausgeben, kann aber nicht weniger als 1V.
Hier wäre interessant, was für einen OP du genommen hast. Und der Tipp
für dich, einen "Rail-to-Rail"-Verstärker zu kaufen.
Ichich schrieb:> Hier wäre interessant, was für einen OP du genommen hast.
So wie ich es lese, hat er einen OPV, der an die rails rankommt:
Dirk K. schrieb:> Also habe ich mir ein paar OpAmps bestellt, bis jetzt sind MCP6001> angekommen. Den habe ich nach Datenblatt aufgebaut,Rudi schrieb:> Ja, macht gewaltigen Unterschied! Diese Schaltung geht nicht, da hätten> wir lange raten können.
Kannst du das genauer erklären?
@ Dirk:
dein Shunt beträgt nur 94mOhm, die Zuleitung haben verglichen damit
keinen vernachlässigbaren Widerstand. Evtl. hast du mit dem Messgerät
nur den Spannungsabfall am Shunt gemessen, mit dem OPV aber den
Spannungsabfall an Zuleitung und Shunt (beliebter Fehler). Das hängt von
deiner Leiterführung ab, die ich in deinen bisherigen Bildern nicht
wirklich erkennen kann.
Ichich schrieb:> erreicht> die Versorgungsspannungen aber "normalerweise" nicht ganz; d.h. er würde> zwar 0.77V ausgeben, kann aber nicht weniger als 1V.> Hier wäre interessant, was für einen OP du genommen hast. Und der Tipp> für dich, einen "Rail-to-Rail"-Verstärker zu kaufen.
Das hat er gemacht, denn der MCP6001 ist ein Rail to Rail Typ:
http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product=MCP6001Dirk K. schrieb:> bis jetzt sind MCP6001> angekommen. Den habe ich nach Datenblatt aufgebaut, die überall gleiche> Schaltung als nichtinvertierenden Verstärker.
MfG Paul
Achim S.: Die Zuleitung ist für Ue ist tatsächlich etwas lang und hat
zwei Übergänge (DuPont-Strippe als Verlängerung). da könnte ich einen
zumindest besseren Verbinder aus zwei Pins löten.
Danke sehr - der Hinweis ist hilfreich! :)
Achim S. schrieb:> Evtl. hast du mit dem Messgerät> nur den Spannungsabfall am Shunt gemessen, mit dem OPV aber den> Spannungsabfall an Zuleitung und Shunt (beliebter Fehler). Das hängt von> deiner Leiterführung ab, die ich in deinen bisherigen Bildern nicht> wirklich erkennen kann.
Sehr richtig. Deswegen sollte man an einem Shunt - wenn man schon
einen OP verwendet - die Spannung diferentiell messen.
Übrigens: ein oder mehrere Abblock-Cs sind auch in einer
analogen Schaltung sehr von Vorteil. Das weglassen solcher
spricht Bände über die Mentalität des Fricklers.
Ach ja, noch eine Ergänzung: ein Teil des Fehlers kann natürlich auch
vom Offset des OPV-Eingangs kommen. Der ist beim MCP6001 mit bis zu
4,5mV nicht ganz klein. Das erklärt nicht die vollen 20mV, die du
bezogen auf den Eingang daneben liegst, aber immerhin ein knappes
Viertel davon.
Dirk K. schrieb:> Achim S.: Die Zuleitung ist für Ue ist tatsächlich etwas lang und hat> zwei Übergänge (DuPont-Strippe als Verlängerung). da könnte ich einen> zumindest besseren Verbinder aus zwei Pins löten.
Die Zuleitung niederohmig machen, ist auf jeden Fall schon mal gut.
Ansonsten würde ich dir empfehlen: nimm eine Kalibrierkurve auf, bei der
der Zuleitungswiderstand schon mit eingeschlossen ist. Dann rechne in
der Folge mit dem Gesamtwiderstand von Zuleitung und Shunt, nicht mehr
alleine mit den 94mOhm. Voraussetzung ist natürlich, dass der
Zuleitungswiderstand immer gleich bleibt (also keine Steckverbinder...
mitgemessen werden).
Boardbewunderer (Gast) schrieb:
> Übrigens: ein oder mehrere Abblock-Cs sind auch in einer> analogen Schaltung sehr von Vorteil. Das weglassen solcher> spricht Bände über die Mentalität des Fricklers.Dirk K. schrieb:> Testweise hatte ich 10nF an der Versorgung (alle Komponenten - Lade-IC,> Arduino-Nano-Board, OpAmp werden via USB gespiesen), jedoch ändert das> gar nichts.
Achim S: Ich habe den Offset jetzt als einigermaßen Konstant angenommen
und rechner den schon heraus - in der Kurve im ersten Beitrag ist das
schon als Korrektur mit drin. Die Zuleitung werde ich dann noch mal
stark korrigieren respektive den fliegenden Aufbau mal alles auf einem
einzelnen Platinchen neu umsetzen.
> Dirk K. schrieb:>> Testweise hatte ich 10nF an der Versorgung (alle Komponenten - Lade-IC,>> Arduino-Nano-Board, OpAmp werden via USB gespiesen), jedoch ändert das>> gar nichts.
USB-Versurgungen sind die reinlichsten Spannungen überhaupt. Die
kommen nämlich meist aus dem PC, und da geht es sehr sauber zu!
Entschuldigung, hat etwas gedauert - immer stört die Arbeit beim Basteln
;)
OpAmp im Leerlauf, Shunt 0,000V -> Ua 11mV. Stabil, kein Hin- und
Hergehüpfe.
Ich hab mit dem Spielzeug-Scope DSP Nano 201 draufgeguckt - max.
0,02Vp-p, 1,34V, bei ~900-1000mA über den Shunt. Die "Linie" ist normal,
nicht fett, sieht für mich nicht nach Schwingen aus.
Ich messe Stroeme zB bis 7A mit 10 mOhm Shunts, messe so Spannungen bis
50mV, verwende aber MCP617, einen bipolar OpAmp mit 150uV
Offsetspannung. Die Leitungsfuehrung ist natuerlich anders, und es geht.
Gut. Verstaerkung 33.
Der Grund des kleinen Shunts .. Verlustleistung. Bei 10A, ja Ueberlast,
schon 1W. Die muss man erst wegbringen.
Dirk K. schrieb:> Die "Linie" ist normal,> nicht fett, sieht für mich nicht nach Schwingen aus.
Na um Schwingungen zu sehen musst du ja nur von DC auf AC umstellen,
dann wird der Gleichanteil rausgefiltert ;)
Damit wollte ich eigentlich darauf hinaus, das hochfrequentes Schwingen
wahrscheinlich durch mehrere "abweichende" Punkte auf dem
320x240-Display erkennbar wären, also einer fetten Linie. :)
Um das so halbwegs zum Abschluss zu bringen - wahrscheinlich ist die
freifliegende Verkabelung Hauptursache für dieses Phänomen. Heute sind
meine 0R03-Shunts sowie das Labornetzteil angekommen, also habe ich das
grade noch mal auf einer einzigen Platine aufgebaut (auf dem Foto fehlt
noch der 47k/10k-Spannungsteiler für die Batteriespannung). Das liefert
auf den Punkt die per 220k/10k eingestellte Verstärkung mit Faktor 23.
Damit kann ich nun bis 1,5A Ladestrom messen, und die Ergebnisse sind
auch plausibel und stabil.
Auszug:
Dirk K. schrieb:> Um das so halbwegs zum Abschluss zu bringen - wahrscheinlich ist die> freifliegende Verkabelung Hauptursache für dieses Phänomen.
Wir haben nie Zeit, etwas vernünftig aufzubauen, aber immer Zeit,
etwas noch einmal zu bauen.
;-)
Dirk K. schrieb:> Damit kann ich nun bis 1,5A Ladestrom messen, und die Ergebnisse sind> auch plausibel und stabil.
Was lange währt, wird endlich gut.
MfG Paul
2015-05-20-MCP6001-Aufbau.jpg
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2015-05-20-BandGap-TP4056.png
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