Strommessung mit LEM HAS 100-S und uC

[kasul (Gast)]

Hallo Leute,

bin langsam am verzweifeln. Vor mir liegen zwei LEM HAS 100-S-Sensoren 
und ich habe keine Ahnung wie ich die sinnvoll mit meinem 5V-ADC 
auswerten soll.
Das ganze soll später im Kfz-Bordnetz genutzt werden um den Strom zweier 
Batterien bidirektional zu messen. Mein Controller kommuniziert außerdem 
noch mit einem GPRS-Modul, welches kurzzeitig bis zu 3 A ziehen kann. 
Ich benötige also schonmal relativ belastbare 5V, weshalb ich wohl einen 
Schaltregler einsetzen werde (evtl auf ca.7V und ein nachgeschaltener 
Linearregler).

Aber zum Thema:
Eigentlich wollte ich die geeignetere "HASS"-Variante der Stromwandler 
verwenden, welche mit 5V und GND betrieben werden. Durch unglückliche 
Umstände ist es jetzt aber die "HAS"-Version geworden.

Datenblatt der LEM-Wanlder:
http://www.lem.com/docs/products/has%2050%20600-s%20e.pdf

1. Problem: So wie es ausschaut geht es nicht ohne +-15V-Versorgung.
2. Problem: Die Ausgangsspannung der Sensoren von -4V bis +4V muss für 
den ADC auf 0V bis 5V gewandelt werden.

Meine bisherigen Überlegungen zu Problem 1:
Die vorhandenen 5V mit einem "2W Dual Output Converter" auf +-15V 
wandeln - Bin mir aber nicht sicher ob die LEMs als Mindestlast 
ausreichen. Außerdem frage ich mich, ob es ein Problem ist, dass die 
+-15V-Versorgung isoliert ist. Ich will schließlich mit meinem ADC gegen 
Masse messen.

Datenblatt isolierter DC-Wandler:
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D400/RD.pdf

Zum 2. Problem fehlt es mir an OP-Kenntnissen. Geht das mit einer Art 
Intrumentenverstärker mit Offset? Was ich so an OPs in der Bastelkiste 
liegen habe, fällt schon mal weg, weil die alle max. ~1V 
Spannungsdifferenz an den Eingängen tolerieren.

Würde mich sehr freuen, wenn jemand weiterhelfen, oder Alternativen 
empfehlen kann. Ich hoffe ich habe mich verständlich ausgedrückt.

[David .. (volatile)]

1. Jeder HAS braucht laut DB 15mA, damit laeuft der DC/DC mit ~50% Last.
Auch wenn die DC/DC isoliert sind, sollte nichts dagegen sprechen, die 
Massen wieder zu verbinden (sonst gehts natuerlich nicht).
2. Vielleicht hilfts: Beitrag "Mit AD-Wandler negative Spannungen messen"

[Gerald D. (analog66)]

Hallo kasul,

ohne Dir auf die Füße treten zu wollen würde ich hier sehr pragmatisch 
vorgehen.
Also fertige Platine mit Schaltregler kaufen;
U_Ein z.B. 8V...24V (Kfz Netz kann halt recht schwanken) U_Aus die 
gewünschten 5V z.B. 20W für CPU, etc.

Dann wie beschrieben über DC/DC-Wandler +-15V für LEM erzeugen.
Kondensatoren am Ein und Ausgängen nicht vergessen z.B. 47µF

Die resultierenden +-4V mit einen Spannungsteiler verkleinern und 
verschieben.

Den gemeinsamen Fußpunkt filtern z.B. 10nF (Tiefpass R1 R2 R3 und C)
Schutzschaltung für ADC nicht vergessen. -> Dioden & R4

3 Widerstände:
                                    5V--*---*
einer vom LEM                           |   |
einer von GND & Diode parallel          R2  D
einer von +5V & Diode parallel LEM--R1--*---*--*--R4-ADC
                                        R3  D  C
                                        |   |  |
                                   GND--*---*--*---

Wer rechnet uns den Spannungsteiler aus ;-)

z.B. R1 = R2 = 10k; R3 unendlich; R4 je nach ADC z.B. 100 Ohm

dann wird +4V -> (+4+5)/2 = +4,5V
und       -4V -> (-4+5)/2 = +0,5V

Ich hoffe das reicht ;-)

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Ich würde einfach den korrekten Sensor kaufen. Ich selbst habe recht 
gute Erfahrungen mit den ACS758 (50..200A gemacht).

[kasul (Gast)]

Vielen Dank für die Infos.
Ist es nicht besser einen OP nach den LEM zu schalten zwecks höherem 
Eingangswiderstand?

Ideal wäre eine Schaltung mit der ich per Poti die Verstärkung 
einstellen kann um den Messbereich zu vergrößern:

Der Strom durch den LEM von -100 A bis +100 A erzeugt am Sensorausgang 
-4 V bis +4 V. Zur weiteren Signalwandlung dachte ich an folgendes:

    1. Invertierender Verstärker macht je nach Poti-Stellung
        Verstärkung=1, Uout = -4 V bis 4 V (Messbereich +-100 A)
        Verstärkung=2, Uout = -8 V bis 8 V (Messbereich +-50 A)
        Verstärkung=10, Uout = -15 V bis 15 V (Messbereich +-10 A)
    2. Spannungsbegrenzung alles über 5 V wird abgeschnitten
    3. Differenzverstärker subtrahiert das Signal von festen 5 V

Der ADC sollte dann über einen weiteren Analogeingang die Poti-Spannung 
messen, um zu wissen welcher Messbereich eingestellt ist.

So wird die Messung genauer, +-15 V sind ohnehin benötigt, ebenso sind 
LM358 OPs vorhanden, die sonst nur verstauben :p
Oder habe ich einen Denkfehler

Anbei ein Screenshot aus LTspice, denn ein Bild sagt mehr als tausend 
Worte.. Könnte doch funktionieren oder? Es fehlt eben noch das 
Abschneiden der Spannung über 5 V und wie der ADC die Potispannung 
messen soll ist auch unklar.


Zwecks Spannungsversorgung dachte ich an:

Kfz-Bordnetz --> Schutzbeschaltung --> Schaltregler LM2596 auf etwa 7 V
Dahinter ein 7805 fürs GPRS-Board und ein 7805 für den ATmega und den 
+-15V-Wandler der OP-Versorgung.
Auch hier eher übertriebener Bauteilaufwand, aber die 7805 habe ich auch 
massenweiße rumliegen und so kann ich den Ripple vom LM2596 schon 
deutlich reduzieren oder?