Hallo,
Ich mochte eine Schaltung zur Überwachung von 4 in heihe geschalteten
Spannungsquellen entwerfen.
Dabei soll die aktuelle Spannung jeder Spannungsquelle einem
Mikrocontroller im Bereich von 0-5V zur verfügung gestellt werden.
Wenn ich davon ausgehe dass jede Spannungsquelle Spannungen von 0 bis
17,5V erreichen kann, ergibt sich eine Systemspannung von 0-70V.
Hierbei deckt die letzte Spannungsquelle den Bereich von 52,5V bis 70V
ab.
Diese soll nun mittels Differenzverstärker auf 0-5V gebracht werden.
Annahmen sind 1206er Widerstände die maximal mit 125mW erwärmt werden
dürfen, eine Versorgungsspannung der OPs mit GND und 5V.
Sowie die Tatsache dass die OPs an den Ein/Ausgängen nur von 100mV bis
4,9V korrekt arbeiten.
Offsetspannung und Eingangsströme der OPs können vernachlässigt werden.
Die OPs können ausreichend mA treiben.
Unter Annahme dieser Bedingungen habe ich volgenden
Schaltungsbestandteil (eine Stufe) entworfen.
Auf den 1. Blick wurde alles eingehalten.
Auf den 2. Blick scheint es völlier Unsinn zu sein.
Die Formel der Schaltung vereinfacht sich mit einsetzen auf
0,74*(P-Eing)-0,095*(neg-Eing)
Damit wird der Ausgang für sich nähernde Spannungen negativer (statt
positiver) und geht in den negativen Spannungsbereich.
Gibt es eine Möglichkeit dies unzukehren, oder ist die Schaltung nicht
tauglich?
Welche Alternativen gibt es?
Danke
Hi Matze,
Ein paar Antworten/Anregungen wo mir gleich etwas auffällt.
> Ich mochte eine Schaltung zur Überwachung von 4 in heihe geschalteten> Spannungsquellen entwerfen.>> Dabei soll die aktuelle Spannung jeder Spannungsquelle einem> Mikrocontroller im Bereich von 0-5V zur verfügung gestellt werden.
Es ist ein Rail-to-Rail-Opamp ein- und ausgangsseitig. Und das heisst,
dass dies grundsätzlich möglich ist. Grundsätzlich bedeutet: Allerdings
gilt das nur dann, wenn der Opampausgang möglichst keinen Strom liefern
muss. Das heisst also, dass dieser Opamp relativ hochohmig belastet
werden soll.
> Annahmen sind 1206er Widerstände die maximal mit 125mW erwärmt werden> dürfen, eine Versorgungsspannung der OPs mit GND und 5V.> Sowie die Tatsache dass die OPs an den Ein/Ausgängen nur von 100mV bis> 4,9V korrekt arbeiten.
Das ist aber nicht Rail-to-Rail, ausser diese Werte sind definiert bei
einem gewissen Strom am Opamp-Ausgang. Für den Eingang gilt diese
Überlegung nicht.
Studiere vielleicht nochmals genau das Datenblatt. Ich habe nur ganz
kurz reingeguckt. Mehr tu ich nicht.
> Offsetspannung und Eingangsströme der OPs können vernachlässigt werden.> Die OPs können ausreichend mA treiben.
Ja, mit soeben angedeuteter Einschränkung.
Gruss
Thomas
Hi,
erstmal fehlt da eine 0. Richtig ist
Ua = 0,074*(P-Eing)-0,095*(neg-Eing)
> Damit wird der Ausgang für sich nähernde Spannungen negativer (statt
positiver)
Ist doch richtig, oder? Eine kleinere Spannung der Spannungsquelle
ergibt eine kleinere Ausgangsspannung
> und geht in den negativen Spannungsbereich.
Das liegt daran, daß die Gleichtaktverstärkung bei Deiner
Dimensionierung nicht 0 ist, sondern negativ. Sie wird zu 0, wenn R3/R4
= R21/R2 ist.
Hast Du mal gerechnet was passiert, wenn die Widerstände nicht die
exakten Nennwerte haben? Darauf ist diese Schaltung ziemlich
empfindlich.
Gruß,
Klaus
Was soll mit diesen Spannungen von 0-5V weiter passieren?
Werden die dann über einen A/D Wandler in einen µC eingelesen?
Dann Spar dir den ganzen Aufwand, nimm 4 Spannungsteiler (Mit einem
100nF Kondensator parallel zum Fusswiderstand und lese die Spannungen
direkt in den µC und berechne die Spannungen der einzelnen
Spannungsquellen.
Thomas S. schrieb:> Es ist ein Rail-to-Rail-Opamp ein- und ausgangsseitig. Und das heisst,> dass dies grundsätzlich möglich ist. Grundsätzlich bedeutet: Allerdings> gilt das nur dann, wenn der Opampausgang möglichst keinen Strom liefern> muss. Das heisst also, dass dieser Opamp relativ hochohmig belastet> werden soll.
Der Opamp sollte nach Datenblatt keine Probleme mit 3mA haben.
Thomas S. schrieb:> Das ist aber nicht Rail-to-Rail, ausser diese Werte sind definiert bei> einem gewissen Strom am Opamp-Ausgang. Für den Eingang gilt diese> Überlegung nicht.
Ja, deshalb soll der OP auch nicht bis > 4,9V ausgesteuert werden, oder
so große Eingangssignale bekommen.
Klaus schrieb:> Ist doch richtig, oder? Eine kleinere Spannung der Spannungsquelle> ergibt eine kleinere Ausgangsspannung
Dass fällt mir nun auf. Grade so soll es ja nicht sein, so kann es wohl
nicht funktionieren. Bei der "einfachen" Differenzverstärkerschaltung
kommen jedoch viel zu große Spannungen auf den OP.
Klaus schrieb:> Hast Du mal gerechnet was passiert, wenn die Widerstände nicht die> exakten Nennwerte haben? Darauf ist diese Schaltung ziemlich> empfindlich.
Nein, hab ich noch nicht, aber ich bin mir sicher dass die Werte genau
sein müssen. Hätte an 1 oder 0,1% gedacht.
Der Andere schrieb:> Was soll mit diesen Spannungen von 0-5V weiter passieren?> Werden die dann über einen A/D Wandler in einen µC eingelesen?
Ja, so ist es, aber die Spannungen sollen sinnvoll skaliert sein.
Wenn 0-17,5V auf 0-5V skaliert werden ist dass ja noch kein Problem.
Was aber wenn jede Quelle 17,5V ausgibt?
Es müssten 4 Widerstandsteiler sein, der letzte soll 52,5 - 70V zu 0-5V
herunterteilen.
--> Teiler = 14
Ausgangsspannungsbereich = 3,75 bis 5V
--> also nur 1,25V auf einen 10Bit AD-Wandler, der effektiv 9 Bit
schaffen könnte --> 10mV messauflösung --> nur 125 unterscheidbare
Werte.
Was wenn der Wandler nur 8 Bit schafft?
Dass soll besser werden.
Harald W. schrieb:> AVRBastler schrieb:>>> Faszinierend ..... ein arabischer Schaltplan.>> ja, es sind jede Menge arabische Zahlen darauf zu sehen.
Hoi Harald,
Zu diesen arabischen Zahlen stört es mich immens, dass es dazu keine
passenden arabischen Opampsymbole gibt. :-)
Gruss
Thomas
Hallo ;)
Ich denke ich habe die Lösung.
Alle 4 Spannunsquellen werden von einem Attiny, der jeweils die untere
SpgsQuelle zur Masse hat über einen Spannungsteiler+ADC gemessen.
Das Ergebniss geben sie über einen Optokopler an den Zentralrechner.
--> Als Frequenz!
Danke für eure Tips.
Spannungsueberwachung.png
(4,1 KB)
