Hallo Ich möchte mit einem uC der in einem Projekt zum einsatz kommt, gleichzeitig noch Strom messen. Hierzu brauche ich wohl einen Mess-Widerstand und einen Analog-Digital Wandler. Wie ich das dimensionieren soll weiss ich leider nicht. Folgende Gegebenheiten: Versorgungsspannung: 100-240V DC Zu Messender Strom: 0.1mA - 30mA Die Genaugikeit sollte ca. 0.05mA sein. Der kürzest mögliche Weg vom Messwiederstand zum ADC-IC wäre etwa 2cm. Was für einen Messwiederstand benötige ich hier? Was für ein ADC währe für mich geeignet?
Johnny S. schrieb: > Was für einen Messwiederstand benötige ich hier? Eine Strommessung sollte die Schaltung nicht durch einen grossen Spannungsabfall belasten, üblich sind Werte um 100 mV. Das hängt natürlich vom unbekannten Rest der Anwendung ab, aber diese 100 mV mal vorausgesetzt ergibt sich 3,3 Ohm. Die 100 mV müssen natürlich verstärkt werden auf die Eingangspannung des ADC, also z.B. 5 V. Johnny S. schrieb: > Was für ein ADC währe für mich geeignet? mindestens 10 bit. Georg
Es gibt dafür fertige IC's (von Analog Devices), die enthalten den Verstärker, Filter, A/D Wandler und Potentialtrennung. http://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-converters/energy-metering-ics.html#energy-metering-ics
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout Und sogar schon auf einem Breakout Board aufgelötet, mit Hall Effect IC sodass der Spannungsabfall bei der Strommessung gegen 0 geht.
Nachtrag: Hier muss man noch A/D Wandlung im µC machen, gibt aber auch Module mit I2C: http://www.ebay.de/itm/INA219-I2C-Bi-directional-DC-Current-Power-Supply-Sensor-Module-for-Arduino-/291625895790?hash=item43e642076e:g:rjgAAOSwLN5WhIRw Hier allerdings wieder mit Messwiderstand statt Hall Effekt.
Sascha schrieb: > http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout > > Und sogar schon auf einem Breakout Board aufgelötet, mit Hall Effect IC > sodass der Spannungsabfall bei der Strommessung gegen 0 geht. 185mV/A ..... nunja, das währen bei 0.1mA gerade noch 20 uV, glaub nicht das sowas für meine Anwendung geeinget ist.
Georg schrieb: > Eine Strommessung sollte die Schaltung nicht durch einen grossen > Spannungsabfall belasten, üblich sind Werte um 100 mV. Das hängt > natürlich vom unbekannten Rest der Anwendung ab, aber diese 100 mV mal > vorausgesetzt ergibt sich 3,3 Ohm. Die 100 mV müssen natürlich verstärkt > werden auf die Eingangspannung des ADC, also z.B. 5 V. Johnny S. schrieb: > Versorgungsspannung: 100-240V DC > Zu Messender Strom: 0.1mA - 30mA Da kann man vermutlich mehr Spannungsabfall verkraften. Wenn man jetzt den Shunt so auslegt, dass bei 30mA die Referenzspannung des ADC abfällt braucht man keinen Verstärker. Die Verlustleistung im Shunt ist dann wahrscheinlich auch noch recht klein. Gruß Dietrich
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Die gibts auch mit größeren Verstärkungswerten. Oder halt den INA219, da kannst du einfach den Shunt gegen einen anderen tauschen.
Sascha schrieb: > http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout > > Und sogar schon auf einem Breakout Board aufgelötet, mit Hall Effect IC > sodass der Spannungsabfall bei der Strommessung gegen 0 geht. Und im Text steht: "Der Fehler liegt bei 1,5%" Der TO fordert aber: Johnny S. schrieb: > Zu Messender Strom: 0.1mA - 30mA > > Die Genaugikeit sollte ca. 0.05mA sein. Das ergibt einen max. zulässigen Fehler von 0,05 / 30 = 0,17% Der Vorschlag ist also nur Faktor 10 zu schlecht. Der TO braucht mindestens einen 12 Bit Wandler. Auch der Messwiderstand und der Verstärker muss dann aber weniger als 0,1% Fehler haben um beim Gesamtfehler noch auf den geforderten Wert zu kommen.
Sascha schrieb: > Die gibts auch mit größeren Verstärkungswerten. > > Oder halt den INA219, da kannst du einfach den Shunt gegen einen anderen > tauschen. Im Datenblatt steht: Senses Bus Voltages from 0 to 26 V Also fast 10 mal zuwenig Spannung...
Dietrich L. schrieb: > Georg schrieb: >> Eine Strommessung sollte die Schaltung nicht durch einen grossen >> Spannungsabfall belasten, üblich sind Werte um 100 mV. Das hängt >> natürlich vom unbekannten Rest der Anwendung ab, aber diese 100 mV mal >> vorausgesetzt ergibt sich 3,3 Ohm. Die 100 mV müssen natürlich verstärkt >> werden auf die Eingangspannung des ADC, also z.B. 5 V. > > Johnny S. schrieb: >> Versorgungsspannung: 100-240V DC >> Zu Messender Strom: 0.1mA - 30mA > > Da kann man vermutlich mehr Spannungsabfall verkraften. > Wenn man jetzt den Shunt so auslegt, dass bei 30mA die Referenzspannung > des ADC abfällt braucht man keinen Verstärker. Die Verlustleistung im > Shunt ist dann wahrscheinlich auch noch recht klein. > > Gruß Dietrich Bei einem ADC mit 3V Eingangsspannung könnte ich also für 30mA einen 100Ohm Widerstand verwenden? Wie gross währe denn der Spannungsabfall? Muss ich meinen ADC irgendwie absichern, falls jemand die Last unter Spannung entfernt? (es liegen dann ja 250V am ADC an)
Johnny S. schrieb: > 185mV/A ..... nunja, das währen bei 0.1mA gerade noch 20 uV, glaub nicht > das sowas für meine Anwendung geeinget ist. Wohl wahr: der dort verwendete Sensorchip hat ein Rauschen von >100mA (peak peak). Damit hat man viel Spaß beim Messen im sub-mA Bereich. Johnny S. schrieb: > Bei einem ADC mit 3V Eingangsspannung könnte ich also für 30mA einen > 100Ohm Widerstand verwenden? Wie gross währe denn der Spannungsabfall? War das jetzt wirklich als Frage gemeint? Ich schätze mal der Spannungsabfall wäre im Maximalfall 30mA*100Ohm=3V - was bei einer >100V Versorgung durchaus vertretbar wäre. Johnny S. schrieb: > Muss ich meinen ADC irgendwie absichern, falls jemand die Last unter > Spannung entfernt? (es liegen dann ja 250V am ADC an) Genau den Punkt solltest du etwas genauer beleuchten. Zuerst mal würde ich hoffen, dass beim Entfernen der Last der Stromkreis offen ist und überhaupt keine Spannung am Shunt abfällt. Aber das Potential der Schaltung bezogen auf Schutzerde kann in einem Bereich liegen, der nicht nur für den ADC sondern auch für Menschen gefährlich ist (ob mit oder ohne Last). Ist die Spannung, an der du messen willst, die direkte Netzspannung oder kommt sie z.B. über einen Trenntrafo? Soll (und darf) der Messaufbau "floaten" weil er entsprechend versorgt wird und isoliert eingebaut ist oder hat er einen festen Bezug auf Erde, so dass du ggf. in den Messpfad eine galvanische Trennung einbauen musst?
Johnny S. schrieb: > es liegen dann ja 250V am ADC an Ach, ganz was neues. Es ist hier nicht verboten, die nötigen Informationen gleich zu Anfang zu liefern. Georg
Achim S. schrieb: > Ist die Spannung, an der du messen willst, die direkte Netzspannung oder > kommt sie z.B. über einen Trenntrafo? Soll (und darf) der Messaufbau > "floaten" weil er entsprechend versorgt wird und isoliert eingebaut ist > oder hat er einen festen Bezug auf Erde, so dass du ggf. in den Messpfad > eine galvanische Trennung einbauen musst? Die Spannung kommt aus einem Step-Up converter und wird aus 12VDC produziert. Bei ca. 35mA greift der Strombegrenzungs-Widerstand des Wandlers, somit recht ungefährlich, und sowieso, die Schaltung ist nur für mich gedacht, also braucht das nicht "Konsumenten-Sicher" verbaut sein.
Johnny S. schrieb: > Bei einem ADC mit 3V Eingangsspannung könnte ich also für 30mA einen > 100Ohm Widerstand verwenden? Wie gross währe denn der Spannungsabfall? Ist die Frage ernst gemeint? Das hast Du doch gerade ausgerechnet: 100 Ohm * 30mA = 3V > Muss ich meinen ADC irgendwie absichern, falls jemand die Last unter > Spannung entfernt? (es liegen dann ja 250V am ADC an) Verstehe ich nicht. Der Shunt muss doch zwischen GND und ADC-Eingang angeschlossen werden. Wenn keine Last da ist, fließt auch kein Strom, oder wie hast Du Dir die Messschaltung vorgestellt? Zeichen mal ein Schaltbild. Als Schutz vor Überstrom wäre ein Widerstand vom Shunt zum ADC-Eingang empfehlenswert (+ Kondensator zwischen ADC-Eingang und GND). Gruß Dietrich
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Dietrich L. schrieb: > Johnny S. schrieb: >> Bei einem ADC mit 3V Eingangsspannung könnte ich also für 30mA einen >> 100Ohm Widerstand verwenden? Wie gross währe denn der Spannungsabfall? > > Ist die Frage ernst gemeint? > Das hast Du doch gerade ausgerechnet: 100 Ohm * 30mA = 3V > >> Muss ich meinen ADC irgendwie absichern, falls jemand die Last unter >> Spannung entfernt? (es liegen dann ja 250V am ADC an) > > Verstehe ich nicht. > Der Shunt muss doch zwischen GND und ADC-Eingang angeschlossen werden. > Wenn keine Last da ist, fließt auch kein Strom, oder wie hast Du Dir die > Messschaltung vorgestellt? Zeichen mal ein Schaltbild. > > Als Schutz vor Überstrom wäre ein Widerstand vom Shunt zum ADC-Eingang > empfehlenswert (+ Kondensator zwischen ADC-Eingang und GND). > > Gruß Dietrich Anbei ein Schema. Die Verbraucher (Kathoden) werden per Steuer-IC (HV5122) geschalten (Symbolisiert mit Mosfet) Der Logik-Ground und der Schalt-Ground sind der selbe Pin, somit fliesst der Strom den das IC zum arbeiten braucht auch über den Ground ab. . Deshalb dachte ich es sei besser den Shunt vor der Quelle einzubauen. Es gibt ja diese beiden Möglichkeiten: http://www.resistorguide.com/pictures/shunt-resistor-current-measurement.gif
Johnny S. schrieb: > Anbei ein Schema. Hah! Jetzt ist es plötzlich eine High-Side-Strom-Messung :shock: Ich glaube der OP sollte wirklich anfangen alle nötigen Informationen Preis zu geben!
Puh ... Also bei der Potentialdifferenz ist eine high-side-messung nicht trivial ... Hmm ... Vermutlich würde ich mit (galvanisch getrennten) DC-DC-Wandler einen eigenen AD-Wandlerteil bauen und die Masse des ADCs an den unteren Punkt des Messwiderstands hängen. Dann ist es wieder wie eine Low-Side-Messung ... Die digitalen Bits könnte man über digitale Isolatoren wie ADUM1400/1401/1402 an den Microcontroller übertragen ... Bin gespannt, was den anderen so einfällt ... Wenn es aber irgendwie geht, High-Side-Messung unbedingt vermeiden.
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Johnny S. schrieb: > Bei ca. 35mA greift der Strombegrenzungs-Widerstand des > Wandlers, somit recht ungefährlich, Solche Spannungen und Ströme sind nie "ungefährlich", sondern können durchaus zu Herzproblemen führen. Bei Messungen in der aktiven Schaltung solltest Du zuerst die Meßgeräte anklemmen und erst dann die Versorgung einschalten.
Johnny S. schrieb: > Anbei ein Schema. Die Verbraucher (Kathoden) werden per Steuer-IC > (HV5122) geschalten (Symbolisiert mit Mosfet) Der Logik-Ground und der > Schalt-Ground sind der selbe Pin, somit fliesst der Strom den das IC zum > arbeiten braucht auch über den Ground ab. > . Deshalb dachte ich es sei besser den Shunt vor der Quelle einzubauen. Soweit ist das richtig und verständlich. Allerdings hängt der Shunt dann an der hohen Spannung und kann nicht direkt mit einem ADC gemessen werden, der an GND hängt. Du brauchst also eine High-Side Strommessung (bei 200V nicht so einfach) oder eine (Analog)-Potenzialtrennung (auch nicht gerade billig). Alternative:
1 | + ---------+---+-... +-------- +5V |
2 | | | ... | |
3 | R1 R2 R10 |
4 | | | | |
5 | 200V HV5122 ... +-------> ADC |
6 | | | |
7 | +------------(-------- GND |
8 | | | |
9 | R_Shunt R11 |
10 | | | |
11 | - -----------+------------+ |
In dieser Schaltung ist der Shunt dann wieder an GND, liefert aber eine negative Spannung. Bei 0V sieht der ADC durch den Spannungsteiler R10, R11 an +5V einen postiven Wert, bei -3V einen entsprechend kleineren Wert. Der Spannungsteiler ist entsprechend zu dimensionieren und der Messwert muss man dann im µC umgerechnet werden. Nachteil: (-) der 200V ist nicht identisch mit GND, es ist hier eine Potenzialtrennung erforderlich. Gruß Dietrich
Sascha schrieb: > http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout > > Und sogar schon auf einem Breakout Board aufgelötet, mit Hall Effect IC > sodass der Spannungsabfall bei der Strommessung gegen 0 geht. Dein "hochqualifizierten" Beiträge nerven langsam. Wie willst du mit einem ACS712 einen Strom von 0.1mA - 30mA auf 0.05mA genau messen?
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Mampf F. schrieb: > Puh ... Also bei der Potentialdifferenz ist eine high-side-messung nicht > trivial ... Warum denn das? So wie im Anhang und statt des Subtrahierers nen Instrumentenverstärker ran klatschen, fertig ist die Laube. Die Widerstände müssen dafür nicht man besonders genau sein da das Signal mit nem uC ausgewertet werden soll kann man den Fehler gut weg kalibrieren.
Wolfgang schrieb: > Sascha schrieb: >> http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout >> >> Und sogar schon auf einem Breakout Board aufgelötet, mit Hall Effect IC >> sodass der Spannungsabfall bei der Strommessung gegen 0 geht. > > Dein "hochqualifizierten" Beiträge nerven langsam. > > Wie willst du mit einem ACS712 einen Strom von 0.1mA - 30mA auf 0.05mA > genau messen? Und du meinst ich gebe mir jetzt mehr Mühe, wo es doch hier in diesem Forum das Standardschema ist, dass man dem TE die Details aus der Nase ziehen muss?
der LT6375 verträgt als Diffamp bis zu einer Gleichtaktspannung von 270V - wenn du sicherstellen kannst, dass die 240V nicht mal "versehentlich" über 270V hochgehen, kannst du den Shunt damit direkt messen. Sascha schrieb: > Und du meinst ich gebe mir jetzt mehr Mühe, wo es doch hier in diesem > Forum das Standardschema ist, dass man dem TE die Details aus der Nase > ziehen muss? Der TO hat den Strommessbereich bereits im ersten Beitrag genannt, und du hast ihm eine dafür völlig unpassende Lösung vorgeschlagen. Welche Zusatzinformationen hättest du von ihm gebraucht um zu erkennen, dass ein Hall-Sensor für die Aufgabenstellung nicht geeignet ist?
Sascha schrieb: > Und du meinst ich gebe mir jetzt mehr Mühe Du hättest dir nur die Mühe mahcen sollen den von dir verlinkten Wandler mal anzusehen und die gewollte Genauigkeit auszurechnen, bzw. dir mein Vorgerechnetes anzusehen. Wobei der Thread eh für die Katz ist, der TE begreift nicht mal das Problem der High Side Messung, mit einer Genauigleit von 0.1% kriegt der das sowiso nicht hin.
Achim S. schrieb: > der LT6375 verträgt als Diffamp bis zu einer Gleichtaktspannung von 270V > - wenn du sicherstellen kannst, dass die 240V nicht mal "versehentlich" > über 270V hochgehen, kannst du den Shunt damit direkt messen. Danke für den Link zu diesem Bauteil, ich werde es mir mal genauer ansehen. Der Andere schrieb: > Sascha schrieb: >> Und du meinst ich gebe mir jetzt mehr Mühe > > Du hättest dir nur die Mühe mahcen sollen den von dir verlinkten Wandler > mal anzusehen und die gewollte Genauigkeit auszurechnen, bzw. dir mein > Vorgerechnetes anzusehen. > > Wobei der Thread eh für die Katz ist, der TE begreift nicht mal das > Problem der High Side Messung, mit einer Genauigleit von 0.1% kriegt der > das sowiso nicht hin. Ich meinte in Multimetern wird auch mit Shunt gearbeitet, und dort ist es ja egal ob high oder lowside. Wenn ich mein Fluke 179 zwischen V+ und last hänge, oder zwischen Last und GND, wird das gleiche angezeigt... Es gibt ja Tischmultimeter die bis in den Bereicht von 100nano!Ampere messen können. Kosten so um die 1000€, jedoch ist meine geforderte messgenauigkeit nur +-50uA. Keysight hat ein Meter im Angebot das bis zu 10femtoAmpere misst, jedoch kostet das 6000€, klar wird da mehr Technik drinstecken.
Johnny S. schrieb: > Ich meinte in Multimetern wird auch mit Shunt gearbeitet, und dort ist > es ja egal ob high oder lowside. Wenn ich mein Fluke 179 zwischen V+ und > last hänge, oder zwischen Last und GND, wird das gleiche angezeigt... Das liegt daran, dass die Multimeter ihre eigene Versorgung haben. Ob High- oder Lowside ist einem Multimeter egal da es praktisch "auf der Welle mitsurft", ein Multimeter sieht nicht ob es High- oder Lowside angeschlossen ist.
Michael K. schrieb: > Johnny S. schrieb: >> Ich meinte in Multimetern wird auch mit Shunt gearbeitet, und dort ist >> es ja egal ob high oder lowside. Wenn ich mein Fluke 179 zwischen V+ und >> last hänge, oder zwischen Last und GND, wird das gleiche angezeigt... > > Das liegt daran, dass die Multimeter ihre eigene Versorgung haben. Ob > High- oder Lowside ist einem Multimeter egal da es praktisch "auf der > Welle mitsurft", ein Multimeter sieht nicht ob es High- oder Lowside > angeschlossen ist. Aber sowas muss dann doch auch nachbau-bar sein?
Johnny S. schrieb: > Aber sowas muss dann doch auch nachbau-bar sein? Ist es doch auch, wo ist denn da das Problem? Soweit ich es hier aber noch in Erinnerung hab ist "das Messinstrument" eben nicht galvanisch getrennt bzgl. seiner Energieversorgung. Da wirds dann etwas kniffiger.
Johnny S. schrieb: > Es gibt ja Tischmultimeter die bis in den Bereicht von 100nano!Ampere > messen können. Kosten so um die 1000€, Das ist eigentlich nichts besonderes. Das kann man auch mit einem auf den billigen 7106 basierenden Messinstrument machen, wenn man einen 1Megaohmshunt verwendet.
Für eine High-Side Messung kann man auch einen MC mit internem ADC und Verstärker nehmen, z.B. ATtiny25. Der wacht zyklisch auf, macht eine Messung und sendet die Daten per Optokoppler oder Trafo (Manchestercode) nach unten. Je nach gewünschter Meßrate kann man da mit 1mA auskommen, d.h. ein Vorwiderstand (1mA * 240V = 240mW), Z-Diode und Pufferelko reichen zum Betrieb.
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Ich habe das Thema nochmals überarbeitet, und werde mit 0.1 bis 20mA auskommen. Ich habe mich mal mit dem LT6375 befasst, dieser funktioniert bis 270V. Als RSense habe ich 500 Ohm gewählt, weil dann 20mA etwa 10V entsprechen. Gemäss dem Datenblatt von LT, muss ein R-Sense Widerstand von Grösser 10Ohm angepasst werden. RSENSE' = RSENSE • 190k/(190k – RSENSE) Bei RSENSE von 500Ohm ergäbe das 501.319 Ohm. Hier ist es wohl am sinnvolsten einen 500R und 1R in Reihe zu schalten. Ich habe das mal in LTSpice simuliert, und es schaut gut aus. Nun noch einen passenden ADC suchen und dann kann ich das aufbauen. Was meint ihr dazu?
ja, sollte wahrscheinlich schon so gehen. Den Spannungsabfall am Shunt hast du mit 10V sehr groß gewählt. Aber wenn dich die 10V Spannungsverlust nicht stören hast du so wenigstens noch die Chance, auch die 0,1mA noch vernünftig zu messen. Die ergeben dann 50mV am Ausgang des LT6375, und das sollte auch noch bei single supply und Signalbezug auf Masse halbwegs genau klappen. Bei kleineren Ausgangsspannung wird der Nullpunktsfehler irgendwann zu groß: da wäre dann entweder eine bipolare Versorgung oder eine Verschiebung der Bezugsspannung nötig. Johnny S. schrieb: > dieser funktioniert bis 270V die 270V gelten nicht für alle Kombinationen von Gain und Versorgung: die runtergeteilte Eingangsspannung muss weit genug von der Versorgung weg sein. Deine konkrete Situation (single supply mit 15V und maximales Teilerverhältnis) ist im Datenblatt nicht explizit angegeben, aber vom Verständnis der Schaltungsfunktion würde ich davon ausgehen, dass Sie funktioniert.
Achim S. schrieb: > ja, sollte wahrscheinlich schon so gehen. > > Den Spannungsabfall am Shunt hast du mit 10V sehr groß gewählt. Aber > wenn dich die 10V Spannungsverlust nicht stören hast du so wenigstens > noch die Chance, auch die 0,1mA noch vernünftig zu messen. Ja damit kann ich leben, ich kann ja denn Vorwiderstand des Verbauchers so anpassen das die Spannung am Verbraucher wieder stimmt. Der totale Error liegt ja laut DB bei rund 600ppm. Wenn die Ursprüngliche Version funktioniert, kann ich ja immernoch kleinere RSENSE testen :) > die 270V gelten nicht für alle Kombinationen von Gain und Versorgung: > die runtergeteilte Eingangsspannung muss weit genug von der Versorgung > weg sein. Deine konkrete Situation (single supply mit 15V und maximales > Teilerverhältnis) ist im Datenblatt nicht explizit angegeben, aber vom > Verständnis der Schaltungsfunktion würde ich davon ausgehen, dass Sie > funktioniert. Meine Simulation ist mit +-15 ?? nicht Single? Die Schaltung habe ich von Seite 17 im Datenblatt kopiert http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6375fa.pdf
Johnny S. schrieb: > Meine Simulation ist mit +-15 ?? nicht Single? Tschuldigung, da hatte ich Tomaten auf den Augen.
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