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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Strommessung auf Platine


Autor: Basti (Gast)
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Hallo zusammen,

ich würde gerne auf einer Platine deren eigene Stromaufnahme messen.
Am liebsten wäre mir ja eine Lösung die ohne Messung über einen Shunt 
klar kommt, falls sowas geht.

Dachte es gibt da evtl ein IC, welches in die Versorgungsleitung kommt, 
und per Hall den Strom messen kann? Oder gibt es andere Möglichkeiten?

Es geht hier um max 0,5A bei 3,3V

Grüße Basti

Autor: Frank (Gast)
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Schau mal nach Power Monitor bei Analog, TI, Maxim, Linear, Infineon, 
......

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Basti schrieb:
> Es geht hier um max 0,5A bei 3,3V

Das wird mit Hallsensoren sehr, sehr ungenau und störempfindlich. Für 
solche Ströme ist ein Shunt oder einer der o.a. Power Monitore deutlich 
besser.

Autor: Gästchen (Gast)
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Ohne shunt, für kleine Ströme:
http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Se...

Vermutlich nicht billig, vor allem weil man danach einen OPV braucht 
vermutlich.

Nimm lieber einen INA138 mit Shunt, das ist billig und zuverlässig (wenn 
man die Einschränkungen bei niedrigen Differenzspannungen beachtet).

Wenn es dir um den Spannungsabfall geht, kann man mit dem INA138 auch 
vor dem LDO messen, vorausgesetzt der gönnt sich nicht zuviel 
Eigenverbrauch ist der Fehler gering.

Was auch geht ist eine gasgauge, das ist praktisch wenn man einen 
Durschnitt über mehrere Sekunden oder Minuten braucht oder eine 
Akkustandsanzeige realisieren will.

Autor: F. F. (foldi)
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Gästchen schrieb:
> Was auch geht ist eine gasgauge

Ich kann das sicher übersetzen, aber da kommt sicher nicht das raus, was 
genau gemeint ist.
Kann das mal jemand erklären?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Matthias S. schrieb:
> Das wird mit Hallsensoren sehr, sehr ungenau und störempfindlich.

0.5% würde ich jetzt nicht als soooh ungenau empfinden. Da gibt es 
schlechteres.

http://www.lem.com/hq/de/component/option,com_cata...

Autor: Gästchen (Gast)
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F. F. schrieb:
> Gästchen schrieb:
>> Was auch geht ist eine gasgauge
>
> Ich kann das sicher übersetzen, aber da kommt sicher nicht das raus, was
> genau gemeint ist.
> Kann das mal jemand erklären?

Das sind Ladungsmessgeräte für Akkus. Kann man sich wie einen 
Stromzähler vorstellen.

Wie diese hier:
http://www.linear.com/product/LTC2941

Die deutsche Bezeichnung kenne ich nicht, aber üblicherweise läuft sowas 
unter gas gauge oder fuel gauge.

Die Funktion ist halt anders als bei einer klassischen Strommessung, es 
werdn Impulse erzeugt, welche jeweils einer bestimmten Ladungsmenge 
entsprechen. Die Erzeugung ist unterschiedlich, aber üblicherweise wird 
eine Spannung über einen shunt integriert.

Wenn man den Stromverbrauch von etwas mit nicht kontiunierlicher 
Stromaufnahme (wie µC mit Idle/Sleep) messen will, ist das viel präziser 
als eine Messung mit ADC.

Autor: F. F. (foldi)
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Gästchen schrieb:
> Wie diese hier:
> http://www.linear.com/product/LTC2941

Ah! Cool, danke!

Autor: Route 6. (route_66)
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Hier eine Möglichkeit, gibt es sicher auch mit anderen Messbereichen:

http://www.pollin.de/shop/dt/ODI5OTE4OTk-/Baueleme...

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Wolfgang schrieb:
> 0.5% würde ich jetzt nicht als soooh ungenau empfinden. Da gibt es
> schlechteres.
>
> 
http://www.lem.com/hq/de/component/option,com_cata...

Jo, LEM kenne ich auch - aber wo möchtest du die +/- 15V Versorgung 
herbekommen, wenns da nur 3,3V gibt?

Autor: Tom (Gast)
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Gästchen schrieb:
> Ohne shunt, für kleine Ströme:
> http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Se...
>
> Vermutlich nicht billig, vor allem weil man danach einen OPV braucht
> vermutlich.

Den ACS712 gibts für wenig Geld ( 
http://www.aliexpress.com/item/-/951951455.html ), einen OPV brauchst du 
eigentlich nicht.
Der Chip braucht allerdings 5V und geht (laut Datenblatt) nicht mit 
3,3V...
Siehe auch Youtube-Video "Using the ACS712 Hall Effect Current Sensor Module (part 1)"

Autor: Georg (Gast)
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Basti schrieb:
> Am liebsten wäre mir ja eine Lösung die ohne Messung über einen Shunt
> klar kommt

Bei einem Shunt kommt man ohne weiteres mit 20..50 mV aus, das stört 
keine Versorgung und ist doch am einfachsten. Ganz ohne Spannungsabfall 
geht es sowieso nicht.

Georg

Autor: Basti (Gast)
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Georg schrieb:
> Bei einem Shunt kommt man ohne weiteres mit 20..50 mV aus, das stört
> keine Versorgung und ist doch am einfachsten. Ganz ohne Spannungsabfall
> geht es sowieso nicht.

Verwende als Regler einen LM2574. Kann ich den Shunt nicht evtl. so 
platzieren, dass der Regler trotzdem am Ausgang auf seine 3,3V + 
Shuntspannungsabfall ausregelt, ich also trotzdem die 3,3V an der 
Schaltung habe?

Grüße Basti

Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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Ich hab das mit einem 10mOhm Widerstand (Shunt) und einem OpAmp gemacht.

Die Shunt-Spannung wird einfach 40-fach verstärkt und du erhältst 0,2V 
bei einem Strom von 500mA.

Da der Shunt bei mir in der GND-Leitung verbaut ist bekomme ich quasi 
ein Offset von 5mV wenn da 500mA drüber fließen würden und ich verstärke 
also auch eine leicht negative Spannung mit dem OpAmp, aber der kann 
das.

Ein LEM-Sensor ist sehr groß, teuer, hat einen Offset, Hysterese und 
verbraucht auch einiges an Strom.

Lohnt sich also nur in Spezialfällen.

Autor: GeGe (Gast)
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Basti schrieb:
> Verwende als Regler einen LM2574. Kann ich den Shunt nicht evtl. so
> platzieren, dass der Regler trotzdem am Ausgang auf seine 3,3V +
> Shuntspannungsabfall ausregelt, ich also trotzdem die 3,3V an der
> Schaltung habe?

Das sollte gehen, den Cout zu zwei gleich grossen Kondensatoren 
aufteilen und den Shunt zwischen den Kondensatoren platzieren. Der 
Pluspol vom zweiten Kondensator geht dann zum Feedback vom Regler.

Autor: Basti (Gast)
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GeGe schrieb:
> Das sollte gehen, den Cout zu zwei gleich grossen Kondensatoren
> aufteilen und den Shunt zwischen den Kondensatoren platzieren. Der
> Pluspol vom zweiten Kondensator geht dann zum Feedback vom Regler.

Den Shunt also dann im Plus-Zweig? Wieso muss ich da dann eigt den C 
aufteilen? Kann ich den nicht einfach in Serie zu L und dann danach erst 
den C?

Grüße

Autor: GeGe (Gast)
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Basti schrieb:
> Kann ich den nicht einfach in Serie zu L und dann danach erst
> den C?

Das würde dazu führen, dass auf der Seite zur Spule ein höherer 
Spannungsripple als zu der Seite zum Kondensator wirkt.
Schlecht wenn gerade dann ne Wandlung stattfindet wenn der Schaltregler 
schaltet.

Autor: Basti (Gast)
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Also hab ich das dann so Richtig verstanden?

Und dann nen OPV als Differenzverstärker vor und nach dem Shunt 
abgreifen?
Welcher eignet sich dazu? Dachte evtl an einen TLC272

Gruß Basti

Autor: GeGe (Gast)
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Basti schrieb:
> Und dann nen OPV als Differenzverstärker vor und nach dem Shunt
> abgreifen?
Korrekt

Basti schrieb:
> Welcher eignet sich dazu? Dachte evtl an einen TLC272
Der hat bis zu 10mV Offsetfehler, mehr als 100mV sollen am Shunt ja auch 
nicht abfallen. Kleine Ströme kann man somit auch nicht mehr "messen"

Hier schon eher einen Instrumentationsverstärker wie den AD8221.
Oder gleich einen High-side Shunt Monitor - die haben passend schon den 
entsprechenden OP eingebaut. (s. Tipp auch von Gästchen mit INA138)

Autor: Basti (Gast)
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GeGe schrieb:
> Hier schon eher einen Instrumentationsverstärker wie den AD8221.
> Oder gleich einen High-side Shunt Monitor - die haben passend schon den
> entsprechenden OP eingebaut. (s. Tipp auch von Gästchen mit INA138)

Hatte vor die Bauteile später in einem Rutsch von Reichelt zu beziehen, 
den AD gibt es dort leider nicht.
Der INA kostet stolze 9€.

Und die dort erhältlichen Shunt-Monitore brauchen mind. 4V. Mir stehen 
leider nur 3,3V zur Verfügung.

Welche Möglichkeiten bleiben mir da noch? Gibt es bezahlbare 
Ausweichtypen? Kann man den Offset irgendwie einigermaßen stabil 
kompensieren?

Autor: F. F. (foldi)
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Autor: Georg (Gast)
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Basti schrieb:
> Kann man den Offset irgendwie einigermaßen stabil
> kompensieren?

Das ist wenig sinnvoll, wenn man so einen Einfachst-Opamp verwendet, 
ausserdem hat der TLC272 garkeine Anschlüsse dafür. Nimm einfach einen, 
der von vornherein wenig Offset hat, z.B. TLC277.

Georg

Autor: Basti (Gast)
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Ich bins nochmal...

habe ich das von der Beschaltung her so richtig verstanden?
Geht das so?

Strom wäre max. 0,5A
Hinter dem Schaltregler sollen 3,3V für die Schaltung anliegen, es muss 
also die Spannung über den Shunt mit ausgeregelt werden.

Wäre schön wenn mir zu der Schaltung mal eben jemand Feedback geben kann 
obs stimmt...


Grüße

Autor: Andreas (Gast)
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Wenn Du sowieso einen Schaltregler hast, warum misst Du dann nicht per
"DCR"-Methode ueber der Spule?
Ein RC-Glied filtert den AC-Anteil raus und Du verwendest den 
"parasitaeren" ohmschen Widerstand der Spule als Shunt.

Das ist natuerlich ein bisschen temperaturabhaengig, der Spulendraht 
besteht ja aus Kupfer.
Aber die Loesung ist sonst sehr einfach.
(DCR current sensing Buck converter) sollte auf Google viele Ergebnisse 
liefern.

Andreas

Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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Basti schrieb:
> habe ich das von der Beschaltung her so richtig verstanden?
> Geht das so?

Zu dem INA138:
Das Schaltbild ist etwas komisch.
Wenn an Vcc+ eine höhere Spannung als an Vcc anliegt (durch den 
Spannungsabfall am Shunt), dann geht der Ausgang des OpAmps auf high und 
der Transistor zieht den negativen Eingang noch weiter nach GND so dass 
der Transistor letztendlich voll durch schaltet wenn die Spannung am 
Positiven Eingang nur ein mal kurz etwas höher war als am negativen 
Eingang.

Wenn der Kollektor des Transistors mit dem positiven Eingang des OpAmps 
verbunden wäre, dann würde es einen Sinn ergeben ... aber so 
funktioniert die Schaltung nicht.

Zu dem LM2574:
Du hast da ja eine Boost-Typologie aufgebaut, also erzeugst du aus einer 
Spannung von unter 3.3V deine 3.3V Ausgangsspannung.
Nutzt du da einen NiMH Akku?
Was für eine Spannungsquelle verwendest du?

Autor: Nikolai H. (Gast)
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Mike J. schrieb:
> Du hast da ja eine Boost-Typologie aufgebaut

Falsch. Der LM2574 ist ein Buck (Step-Down) Converter.

Autor: Basti (Gast)
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Nikolai H. schrieb:
> Der LM2574 ist ein Buck (Step-Down) Converter.

Mike J. schrieb:
> Wenn an Vcc+ eine höhere Spannung als an Vcc anliegt (durch den
> Spannungsabfall am Shunt), dann geht der Ausgang des OpAmps auf high und
> der Transistor zieht den negativen Eingang noch weiter nach GND so dass
> der Transistor letztendlich voll durch schaltet wenn die Spannung am
> Positiven Eingang nur ein mal kurz etwas höher war als am negativen
> Eingang.

Laut dem Datenblatt des INA geht aber genau das. Also die VCC für den 
INA vor dem High-Side Shunz abzugreifen. Oder hab ich das gänzlich 
falsch verstanden?

Gruß

Autor: Mike J. (linuxmint_user)
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Basti schrieb:
> Oder hab ich das gänzlich falsch verstanden?

Nein, das Symbol der Eagle-Bibliothek ist nur etwas fehlerhaft, das hat 
mich verwirrt.
In deinem aktuellen Bild ist es (im Chip) richtig gezeichnet.
Da hat einfach jemand beim erstellen des Symbols für den INA138 nicht 
richtig aufgepasst.

Dein Schaltplan ist also in Ordnung.

Ich würde am Eingang (X1) vielleicht noch eine kleine Sicherung verbauen 
damit bei einem Fehler nicht die Schaltung abfackelt, sondern nur die 
Sicherung.

Wenn das bei X1 Schraubkontakte und keine Hohlbuchse ist, dann ist es 
manchmal ganz sinnvoll wenn man dort noch eine Diode nach der Sicherung 
hinzu fügt, denn manch einer verpolt die Leitungen vielleicht bei der 
Montage.

Wenn man nach der Sicherung noch eine Diode von GND nach Vin legt, dann 
würde die Sicherung bei einer negativen Spannung an den Eingängen von X1 
auslösen da der Strom dann über die Diode von GND nach Vin fließen 
würde.

Autor: Basti (Gast)
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Also so sieht das ganze jetzt aus, wäre net wenn da nochmal jemand einen 
Blick drauf werfen könnte... Spannungsfolger war ein Hinweis aus dem 
Datenblatt um eine Beeinflussung des R-Teilers durch den ADC zu 
verhindern.


Mike J. schrieb:
> Ich würde am Eingang (X1) vielleicht noch eine kleine Sicherung verbauen
> damit bei einem Fehler nicht die Schaltung abfackelt, sondern nur die
> Sicherung.
>
> Wenn das bei X1 Schraubkontakte und keine Hohlbuchse ist, dann ist es
> manchmal ganz sinnvoll wenn man dort noch eine Diode nach der Sicherung
> hinzu fügt, denn manch einer verpolt die Leitungen vielleicht bei der
> Montage.
>
> Wenn man nach der Sicherung noch eine Diode von GND nach Vin legt, dann
> würde die Sicherung bei einer negativen Spannung an den Eingängen von X1
> auslösen da der Strom dann über die Diode von GND nach Vin fließen
> würde.

Werde ich in Betracht ziehen, Danke.

Gruß

Autor: Basti (Gast)
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zweites Bild hat irgendwie gefehlt...

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