Moin,
Habe hier gestern schon ein paar Fragen gestellt bezüglich Strom
Messung, danke erstmal an alle. Mir wurde sehr geholfen.
Ich würde jetzt doch gerne eine Strom messung mittels Shunt Widerstand
ausprobieren.
Anspruch wäre eine messung bis ca 2A bei einer Genauigkeit von ca 25mA
+/- ... das doppelte also 50 wären auch noch in ordnung.
Als Shunt hatte ich mir einen 0,01 Ohm SMD Widerstand vorgestellt um die
Verluste gering zu halten(Ist eine Akku Anwendung).
z.B. sowas (Preis ca 60cent)
https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDA0000/AOA0000C239.pdf
Die probleme die ich auf mich zukommen sehe:
(Aufgrund meines begrenzten Wissens und mangelnder Erfahrung ;) )
a)
0,01 Ohm...10mOhm...Das ist...ähhh...gefühlt sehr wenig.
Kann ich das ohne weiteres in einer Schaltung verwenden? Oder gelange
ich da Schnell in Bereiche Übergangswiderstände/Lötstellen etc die mir
das Messergebnis verfälschen?
b)Es würde bei der gewünschten Auflösung bei 25mA gerade mal 250µV
Spannung abfallen...
Das ich die verstärken muss ist mir klar. Aber kriegt man das mit
einfachen mitteln hin? Also ein etwas höherwertiger OP vlt aber quasi
eine normale Schaltung?
oder muss man hier schon tief in die Messtechnik-Trick-Kiste greifen?
Könnte mir Vorstellen das es hier schnell ein rausch Problem o.Ä.
gibt...
c) Thema temperatur Stabilität?
Davon hab ich bis jetzt wirklich gar keine Vorstellung :/
Die messung soll primär die entnommene kapazität eines Akkus feststellen
auf +/- paar mA kommt es also nicht an...Aber wenn wir am Ende bei 10%
genauigkeit wären wäre schon wünschenswert.
Muss man hier evtl kompensieren?
Hab wie gesagt da leider wenig Erfahrung und wäre dankbar für
Infos/Antworten/Tipps...vlt habt ihr ja auch ne Seite wo man die
entsprechenden Infos leicht verständlich und gut zusammen gefasst
bekommt.
Danke schonmal,
Paul
Ah klingt Interessant...
Im wesentlichen tut der aber nichts außer die Spannungsdifferenz zu
verstärken?
Könnte ich das nicht auch mit einem OP als Differenzverstärker
realisieren?
Im Endeffekt genauer? bis 4% Gain-genauigkeit ist ja nicht soo toll und
nur spezifiziert bis 10mV...ich hab ja aber uU auch mal nur
1-2mV(100-200mA Last.
Soll nicht doof sein, nur eine Frage ;)
Differenzverstärker mit OP und sehr genauen Widerstände nicht im
Endeffekt genauer oder genauso gut ist und billiger...
Hi,
Paul schrieb:> bei einer Genauigkeit von ca 25mA
...
> gewünschten Auflösung bei 25mA
Was nun, Genauigkeit oder Auflösung? Ich nehme mal an Genauigkeit, denn
von Auflösung zu sprechen macht erst Sinn wenn digitalisiert wird.
Paul schrieb:> Also ein etwas höherwertiger OP vlt aber quasi eine normale Schaltung?
Die Meßschaltung darf 250uV Offset haben. Einen Teil davon sollte man
für Effekte wie Thermospannung am Shunt reservieren. Als OP bekommt man
so etwas, ohne wird das schwierig. Aber ein OP ist ja ohnehin das erste
und normalste, was einem für so eine Schaltung einfallen würde.
Der MAX4173 erfüllt die Anforderung überhaupt nicht. Einmal wegen des
Offsets von +/-3mV (+/-300mA) bzw. 5mV (+/-500mA), und einmal wegen des
Verstärkungsfehlers. Du brauchst eher 25mA/2A=1,25%, nicht 4%.
Bist Du denn festgelegt, was die Masse der Meßschaltung betrifft?
Die Sache mit den High-Side-Schaltungen ist, daß man für eine
High-Side-Messung sehr genaue Widerstände braucht, um ein
massebezogenens Signal zu bekommen, weil auf dem kleinen Nutzsignal ein
sehr großes Gleichtaktsignal liegt.
Darum machen ICs wie der MAX4173 das gerne so, daß sie einen dem Meßwert
proportionalen Strom erzeugen und den durch einen Widerstand schicken,
der auf Masse liegt.
Wenn Du Deinen Shunt direkt auf Masse legen kannst, weil Du z.B. ein
batteriebetriebenes Meßgerät baust, dann hast Du dieses Problem gar
nicht, dann ist es am einfachsten, das eine Ende des Shunts als Masse
der Meßschaltung zu definieren.
Hallo,
da musst du unterscheiden! Wenn du in der High Side den Strom misst,
dann muss dein OP den Spannungsbereich können (Stichwort Common Mode
Input Voltage). In der Low Side ist das nicht so wichtig. Da können die
meisten OPVs das. (High Side Messung ist kritischer)
Wähle den OP sinnvoll aus. Ein LM324, TL081, LM741,... scheidet hier
aus. Der kann zwar die Spannung, aber der hat einen Eingangsoffset, der
im Bereich deines Messbereichs liegt (einige mV).
Welche Versorgungsspannung hast du?
Ohne weiter Kenntnisse der Umgebung:
Schau dir mal den OP07 oder den OPA27, OPA37 an. Das sind Verstärker,
die du auf Null trimmen kannst. Dann ist das mit deinem Eingangsoffset
kein Problem mehr.
Aber zu dem Preis bekommst du auch einen Shunt-Monitor. Die sind genau
für die Anwendung gemacht. Da gibt es welche von TI, AD, oder LT. Da
musst du dich mal umschauen.
Die OP07 würdest du auch bei reichelt bekommen.
Am besten die Schaltung mal auf ein Stück Lochraster und Testen und dann
die fertige Anwendung umsetzten. Dann sparst du dir eventuell einiges an
Budget.
Grüße, Jens
Um 250 µV gut aufzulösen muss man nicht unbedingt verstärken. Einige der
Sigma Delta ADCs können das direkt und auch schon gleich mit
Differenzeingang. Ein MCP3421 wäre da z.B. ein günstiger Kandidat.
Wenn man verstärken will, ginge schon ein OP als Differenzverstärker,
vor allem an der low (GND) Seite. Wenn der Shunt an der high-side ist
muss die Gleichtaktunterdrückung sehr gut sein und man nimmt oft die
Schaltung als high side current monitor, wo erst in einen Strom
gewandelt wird.
Die Widerststände der Lötstellen und Leitungen sind schon wichtig.
Entsprechend sollte man schon auf die Leitungsführung achten, und dicht
am Shunt die Leitungen aufteilen in 2 für den Strom und 2 für die
Spannungsmessung. Für hohe Genauigkeit gibt es dafür Shunts gleich mit 4
Leiteranschluss. Hier sollte es aber auch noch mit der 2
Leiterausführung ausreichen, wenn das Layout stimmt.
Paul schrieb:> Hab wie gesagt da leider wenig Erfahrung und wäre dankbar für> Infos/Antworten/Tipps...
Es wurde eigentlich schon alles gesagt, inklusive Typennummern und
Widerstandauswahl, aber du ignorierst es.
Was willst du mit einem Widerstand mit 500ppm TC ?
Das einzige was du konntest war den Maximalstrom von 5A auf 2A zu
verringern.
Was 40mV für Vollausschlag macht.
Dazu wurde auch schon genug gesagt.
Frage:
Ist der Input Offset konstant?
Der ließe sich sonst nämlich initial mit dem Mikrocontroller
rausrechnen, solange die Leitung noch Stromlos ist.
ADC würde ich gerne mit dem 10 Bit ADC aus dem ATmega machen....da habe
ich also nur so 5mV Schritte die ich unterscheiden kann.
Bräuchte also eine Verstärkung von mindestens 20 eher etwas mehr.
Es wird nur DC Strom gemessen. Die Schaltung muss auch nicht extrem
schnell sein.
Ich denke schon das ich low-Side messen kann, wenn das einfacher sein
soll würde ich das so machen. Da würde ich dann mit einer üblichen OP
Verstärkerschaltung arbeiten?!
Das mit dem Layout werde ich beachten und direkt vor dem Shunt die
Leitung abführen
@MaWin
Widerstandauswahl ist klar, es geht mehr um die Messschaltung ansich.
Bis jetzt bin ich bei:
SMD Shunt Widerstand mit 0,01 Ohm und niedrigen TC low-side,
Widerstandsnah Messleitung abführen, mit low-noise, low input
offset(hier evtl input offset einfach rausrechnen,falls konstant) OP ca
100-fach verstärken, mit 10-Bit ADC Wandeln
@Lurchi:
Du kannst nicht direkt den Shunt an den ADC anschließen!
Das hat mehrere Gründe.
1. Der Eingang muss gebuffert werden. Das heist, wenn der ADC das Signal
abtastet und du da keinen Kondensator und so weiter hast, bricht die
Spannung ein und du machst hier einen Fehler. Das lässt sich auch nicht
abschätzen wie groß der werden kann, da die Hersteller nicht den Strom
angeben, den die Eingänge ziehen.
2. Bei dem Typ den du angegeben hast ist die Referenzspannung fest bei
2,048V. Das Messsignal liegt bei max. 40mV. Selbst mit Verstärkung von 8
bist du da weit drunter. Man kann die Auflösung des ADC also nicht
nutzen.
Das Signal, das der ADC angeboten bekommt sollte bei Vollausschlag so
groß wie die Referenzspannung sein.
Gruß, Jens
Jens W. schrieb:> wenn der ADC das Signal> abtastet und du da keinen Kondensator und so weiter hast, bricht die> Spannung ein
Wenn ein Signal mit Innenwiderstand von 10mR einbricht, kann ein OP mit
seinen Fimsch-Transistoren in der Endstufe da auch nichts retten.
Den MCP3421 kann man gut direkt an den Shunt anschließen: Der Shunt ist
eine Ausgesprochen niederohmige Signalquelle - einen Puffer braucht man
da definitiv nicht. Wenn man will ggf. noch einen Filterstufe mit 100
Ohm und 100 nF um HF Störungen raus zu galten.
Mit der internen 8 fachen Verstärkung hat man einen Messbereich von
+-250 mV. Das ist nicht so viel größer als die maximale vorkommende
Spannung von 40 mV. Man verliert 2,5 Bits, hat aber von den 18 Bits dann
immer noch gut 14 Bit an Auflösung über. So übermäßig teuer oder groß
ist der ADC auch nicht, so dass dies immer noch ein konkurrenzfähige
Lösung ist, auch wenn man etwas Auflösung verschenkt.
Mit dem internen ADC müsste man halt etwa 100 fach verstärken, etwa ein
AD8551 (günstiger wäre MCP6V31) und 2 gute Widerstände (und ggf. einige
weniger kritische dazu). Es wäre noch zu klären ob die Versorgung des µC
als Referenz ausreicht oder da noch was bessere benötigt wird.
Für Spannungen <5V mit Highside 0,027Ohm-Shuntwiderstand bekomme ich mit
dem MCP6001 sehr ordentliche Ergebnisse. Das ginge auch mit geringerem
Widerstand noch, waren meine ersten Versuche damit.
Das Ausgangssignal habe ich dann mit dem 12-bittigen STM32-ADC
abgetastet.
