Sehr geehrte Forennutzer, Ich bin schaltungstechnisch quasi komplett unerfahren und bitte daher um möglichst nicht zynischen Antworten. Ich soll eine Schaltung entwerfen, welche den Zeitverlauf des Stromaufnahme von batteriebetriebenen (also Gleichsspannung bis ~6V) Geräten mit Hilfe von dem Spannungsabfall über Shunt Widerstände und OPV Schaltungen misst und verstärkt, an einem ADC umwandelt und mit einem µC verarbeitet. Also eine Schaltung, die die Stromaufnahme des Gerätes in Ruhe (wenige µA) bis hin zur Vollaktivität (einige 100mA) über den Zeitverlauf misst. Dabei muss der verwendete OPV schnell schalten um am Ende auch die Stromspitzen erfassen zu können und gleichzeitig den Spannungsabfall über den Shunt Widerstand so verstärken, dass der ADC und letztendlich der µC damit etwas anfangen kann. Eine weitere Anforderung an den Differenzverstärker ist, dass er mit USB Spannung versorgt werden muss, also 0-5V. Jetzt stehe ich vor einer Menge an Problemen, zum Beispiel wie ein benötigtes Umschalten des Messbereichs von der Schaltung erkannt wird. Würde dabei ein Komparator in Frage kommen, der ab einem gewissen Spannungabfall über den Shunt Widerstand auf den jeweiligen Messbereich umschaltet? Welcher Differenzverstärker wäre für dieses Problem sinnvoll, eventuell der THS4531 oder THS4521? Die Umwandlung mit Hilfe des ADC und die Verarbeitung ist dann die nächste Baustelle... Alles in allem überfordert mich diese Aufgabe, da ich so gut wie keine schaltungstechnische Erfahrung habe und auch nur Grundlagen in µC Programmierung. Vielleicht bin ich einfach nur zu dämlich oder man verlangt zu viel von mir kurz nach der Hälfte des Studiums. Ein anderer Nutzer drückte es mit an FH "hochgezüchteten "Ingenieurs"-Nachwuchs" aus...
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> Ich bin schaltungstechnisch quasi komplett unerfahren ... > Ich soll eine Schaltung entwerfen, ... Klingt nicht glaubwürdig. Könntest ein Troll sein.
Glaub mir, ich bin kein Troll sondern einfach nur dämlich und überfordert. Schade, dass die erste Antwort nicht konstruktiv ist.
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Schau mal nach Current Sense Amplifiers. Z.B. ADM4073 von Analog Devices Texas hat auch sowas - Suchen
Mir scheint, der Aufgabensteller hat noch weniger Erfahrung als du. Du merkst ja wenigstens, daß das Problem nicht-trivial ist. "Wenige uA messen" heisst ja, selbst wenn man auf 1uA genau misst, dass man 5uA schon mit 20% Fehler erfasst. Und "mehere 100mA" könnten 800mA sein, und dann ein dynamischer Bereich bis 1uA von 1:800000, also 23 bit. Bei 6V heisst ausserdem, daß ein Spannungsabfall von 0.8V bei 0.8A wohl schon zu viel sind, meist erwartet man Spannungstoleranzen von weniger als 5%, und wenn die Last ein ohmscher Widerstand ist, würde bei ihr bei 5% weniger Spannug auch 5% weniger Strom fliessen, also ein Fehler durch die Messeinrichtung induziert werden, der erheblich ist. Sagen wir 80mV also 0.1 Ohm, macht bei 1uA nur 0.1uV. Vergiss es, da liegen die Thermospannungen schon höher. Du meinst erkannt zu haben, daß man also wohl den Messwiderstand umschalten muss, und damit das Problem lösen zu können. Auch das ist trügerisch, denn selbst wenn man nur den Spannungsbfall am Widerstand misst und den Spannungsabfall am Umschaltelement aussen vor lässt, beeinflusst der Spannungsabfall die Restspannung am Gerät und damit, im einfachen Fall bei ohmschen Lasten, das Messergebnis, siehe oben. Bevor es also weiter gehen kann, muss man erst mal EXAKT die nötige Messgenauigkeit und Messauflösung spezifizieren, inklusive der realen Spannungen und Umgebungstemperaturen. Um eine Vorstellung vom Aufwand zu haben, kann man ein gutes 6 1/2 stelliges Messgerät wie Agilent/Keithley hernehmen und dessen Daten im Strommessbereich zu Grunde legen, inklusive Langzeittoleranz.
Wer vor dem Ingenieurstudium nicht schon mal Bastler gespielt und den Lötkolben geschwungen hat, tut sich mit dem Erweitern seiner Kompetenz von "nur Theorie" auf "Theorie und Praxis" oft schwer. Wenn die Abtastrate des A/D Wandlers ausreichend hoch ist und 2 Kanäle zur Verfügung stehen, kann man das Signal in einem Kanal niedrig und im anderen hoch verstärken - z.B. Unterschied Faktor 100. Wenn der Messwert in einem Kanal übersteuert, nimmt man einfach den Wert des anderen Kanals.
Dieter W. schrieb: > Wer vor dem Ingenieurstudium nicht schon mal Bastler gespielt und den > Lötkolben geschwungen hat, tut sich mit dem Erweitern seiner Kompetenz > von "nur Theorie" auf "Theorie und Praxis" oft schwer. Korrekt. Es tut sogar weh. Michael B. schrieb: > Bevor es also weiter gehen kann, muss man erst mal EXAKT die nötige > Messgenauigkeit und Messauflösung spezifizieren, inklusive der realen > Spannungen und Umgebungstemperaturen. Danke für deinen Beitrag. Deine Rechnung war ganz richtig, der ADC hat maximal 12bit und es soll eine Auflösung von mindestens 24 Bit, besser 36bit erreicht werden. Das heißt es sind 2 bis 3 OPV Schaltungen an einem einzigen Shunt notwendig, dabei addieren sich die Eingangsruheströme. Als Beispiel wäre ein Fehler von 1.5µA bei gemessenen 6,5µA zu verkraften. Der Fehler soll natürlich im mA Bereich weniger gravierend sein. Umgebungstemperatur soll Raumtemperatur 25°C. Eine Offsetfehlerkompensation soll im Idealfall auch realisiert werden. Ich werde wohl viel recherchieren müssen. Nochmals danke an alle anderen konstruktiven Beiträge. Ich werde die nächste Zeit in meinem Kämmerchen darüber grübeln und demnächst eventuell einen Schalt- oder wenigstens grundlegenden Funktionsplan dazu zeichnen. MfG
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Michael B. schrieb: > Um eine Vorstellung vom Aufwand zu haben, kann man ein gutes 6 1/2 > stelliges Messgerät wie Agilent/Keithley hernehmen und dessen Daten im > Strommessbereich zu Grunde legen, inklusive Langzeittoleranz. Und von Preis!
> ... mindestens 24 Bit, besser 36bit ... siehe Beitrag "Re: Shunt Strommessung von wenigen µA bis einige 100mA"
Michael B. schrieb: > Sagen wir 80mV also 0.1 Ohm, macht bei 1uA nur 0.1uV. Vergiss es, da > liegen die Thermospannungen schon höher. Wenn man die Bauteile geschickt anordnet gleichen sich die Thermospannungen aus. Schlimmer sind Temperaturänderungen sowie die Gleichtaktunterdrückung von einem Messverstärker. Ich habe es geschafft mit 100nV Auflösung und komme etwa auf 500nV Genauigkeit (100µ Shunt und 10 bis 15V am Shunt). Analog hat da sehr gute Messverstärker. Ich würde da keine einzelnen nutzen. ADCs gibt es mit internem PGAs in dem Fall sicher auch Sinnvoll.
Hallo, wie schnell soll die Messung denn überhaupt erfolgen? Also wie groß soll die Abtastrate sein? So stark schwankende Stromaufnahmen deuten entweder auf Digitalkram mit Sleepmodes etc. hin (also sehr schnelle Stromschwankungen möglich; Kondensatoren im Netzteil mildern vielleicht etwas..) oder auf einfachen Digitalkram + "Leistungsteil", wie auch immer dieser aussehen mag. 36Bit Auflösung (oder Genauigkeit?), hohe Abtastraten und winzige Spannungsabfälle an Shunts klingt nicht gerade nach einem Betätigungsfeld für Anfänger.. Nix für ungut :-) Grüße Christian
Christian schrieb: > Also wie groß soll > die Abtastrate sein? Also der AD hat bei 12Bit 2,4 Megasamples/s, was so ausgenutzt werden soll. Das letztendliche Ziel ist es, die im µC erfassten Werte für einen typischen Durchschnittsverbrauch des Gerätes über einen langen Zeitraum zu nutzen, um so konkrete Aussagen zur durschn. Gerätelaufzeit mit dem jeweiligen Batterietyp zu treffen. Christian schrieb: > 36Bit Auflösung (oder Genauigkeit?), hohe Abtastraten und winzige > Spannungsabfälle an Shunts klingt nicht gerade nach einem > Betätigungsfeld für Anfänger.. > > Nix für ungut :-) Wie bereits erwähnt fühle ich mich leicht überfordert damit. Danke für deinen Beitrag. MfG
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Irgendwelche Umschaltgeschichten für die Messbereiche scheinen mir spontan auch nicht zweckmäßig. Ohne genaue Anforderungen an die Genauigkeit, Bandbreite, maximaler Spannungsabfall am Shunt usw. ist es natürlich schwer. Aber ganz naiv würde ich auch eher zwei getrennte Schaltungen (evtl. auch zwei Shunts) verwenden: Eine Schaltung für den uA-Bereich, eine für den mA-Bereich. Man muss halt sicherstellen, dass es die uA-Schaltung aushält, wenn sie in Sättigung geht. Geht vielleicht auch mit einem Shunt und zwei Schaltungen, muss man sich halt im Detail dann anschauen.
Hallo, ich habe das bereits erwähnte Gerät von IMC schon einmal eingesetzt, funktioniert wirklich sehr gut. Es ist natürlich nicht ganz preiswert und der Signalausgang kommt über CAN, ein analoger Ausgang ist nicht vorhanden. Viel Erfolg bei diesem Unternehmen, das wird nicht einach.
Der Shunt soll 0,1 Ohm groß sein und der maximale Strom beträgt 1A, also ein maximaler Spannungsabfall am Shunt von 100mV. Die untere Grenze des Spannungsabfalls wäre bei minimal 5µA (Gerät in Ruhe) erreicht, also 0,5µV... Das wird eine schöne Sache...
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H. L. schrieb: > Christian schrieb: >> Also wie groß soll >> die Abtastrate sein? > > Also der AD hat bei 12Bit 2,4 Megasamples/s, was so ausgenutzt werden > soll. > > Das letztendliche Ziel ist es, die im µC erfassten Werte für einen > typischen Durchschnittsverbrauch des Gerätes über einen langen Zeitraum > zu nutzen, um so konkrete Aussagen zur durschn. Gerätelaufzeit mit dem > jeweiligen Batterietyp zu treffen. 2,4 Megasamples / s bei 32Bit Auflösung ergeben 9,6MByte /s bzw. in etwa 100MBit/s, also Fast Ethernet gut ausgelastet.. Womit möchtest du diese Datenmenge verarbeiten und womit zum PC transportieren? Eine tiefpassgefiltertes, langsam abgetastetes Strom-proportionales Signal erscheint mir da sehr viel sinnvoller. Du wirst wohl denke ich nicht unbedingt jede winzige Stromspitze sehen wollen (wenn doch: Peak Detector!). Und ich stelle mir die Auswertung von vielen GByte an Messdaten auch recht schwerfällig vor.. Hat Derjenige, der die Spezifikationen aufgestellt hat, die fachliche Kompetenz, um zu erkennen was seine Wünsche für einen Aufwand nach sich ziehen? :-) Nicht alles, was man haben möchte, ist auch sinnvoll umsetzbar (wenn auch sicher nicht technisch unmöglich..) Grüße Christian -- der schon öfters von fachfremden Personen kaum sinnvoll zu erfüllende Spezifikationen bekommen hat..
Das hört sich ehrlich merkwürdig an. Wieso genau sollst gerade Du als Total-Anfänger eine Schaltung entwickeln, welche erfahrene Leute vor Herausforderungen stellt? Eine Wette? :)
Geht das evtl. mit einer Diode? Damit könnte man den unteren Bereich spreizen. G-Dioden sind untendurch ziemlich logarithmisch. Gruss Chregu
Ich würde das Gerät mit einem Kondensator (statt Batterie) versorgen und anhand des Spannungsabfalls nach einer bestimmtem zeit die verbrauchte Energie berechnen. Dabei muss man vermutlich die Selbstentladung des Kondensators berücksichtigen (subtrahieren).
Irgendwann hatten wir mal einen fast genau gleichen Thread, da wurde zuletzt auch der Kondensator vorgeschlagen. Findet den jemand? Gruss Chregu
Mit nur einem Bereich wird es schwer, geht aber ggf. gerade so noch. Wenn einem 100-200 mV an Spannungseinbruch am Shunt zu viel sind, könnte man ggf. die Strommessung vor der Spannungsregelung bzw. als eine Art TIA machen. Der Spannungsabfall an Shunt darf dann etwas höher werden, man muss aber mit der Eigenerwärmung klar kommen. Nur um den mittleren Strom zu erfassen muss man nicht schnell wandeln - eher langsam mit einem Integrierenden Wandler (etwa SD ADC wie LTC2440) mit hoher Auflösung. Mit 2 Bereichen müsste man ggf. schon schneller wandeln - dann reichen aber ggf. die 2 Bereich nicht mehr aus. 2 Bereich einfach nur über Verstärkung macht eher weniger Sinn - da schon eher ein Shunt und ein TIA mit Dioden zur überbrücken der größeren Widerstandes. Die Speisung per Kondensator (ggf. Super-kondensator). Ist eine Möglichkeit, vor allem wenn man für längere Zeit die Möglichkeit hat den Kondensator über einen definierten Strom nachzuladen. Es ist allerdings schon recht aufwändig.
H. L. schrieb: > Das letztendliche Ziel ist es, die im µC erfassten Werte für einen > typischen Durchschnittsverbrauch des Gerätes über einen langen Zeitraum > zu nutzen, um so konkrete Aussagen zur durschn. Gerätelaufzeit mit dem > jeweiligen Batterietyp zu treffen. Dann wäre es sinnvoll einen Integrierer a la ACF2101 an das Problem anzudocken, denn dem ist es egal wie der Stromverlauf aussieht - und die ganze Geschichte läßt sich auf ein paar sinnvoll verschachtelte Zähler, ein paar Komparatoren - sinnvoll zusammengemixt - reduzieren. MiWi
Die Aufgabenstellung kann auch Daten fordern die nicht oder nur eingeschraenkt erreichbar sind. Das geht nach dem Prinzip mal sehen wieviel der Eierlegendenwollmilchsau dieser realisieren kann.
Wenn die Stromaufnahme kontinuierlich inkl. Stromspitzen erfasst werden soll, verbietet sich sowohl Messwertumschaltung als auch Betrieb aus Kondensator. Der recht hohe Dynamikbereich von 1A bei 0,5uA Auflösung (2000000:1) bei hinreichender Genauigkeit macht die Benutzung eines einzelnen ADCs aber unmöglich. Was man tun könnte, wäre die Messung mit zwei ADCs gleichzeitig mit automatischer Auswahl des Messwerts. Damit reduziert sich das Hauptproblem auf einen Messverstärker mit ausreichend niedrigem Offset. Ab diesem Zeitpunkt sollte man sich mit dem Gedanken anfreunden, vor oder während der Messung einen Nullpunktabgleich durchzuführen. Nehmen wir an, wir messen gleichzeitig in zwei Messbereichen jeweils mit 16 Bit. Oberer Messbereich: 1A, Auflösung 15uA Unterer Messbereich: 0.1uA, Maximalstrom 65mA Der Shunt beträgt 0.1Ohm, was am ADC eine Auflösung von 10nV ergibt. Dies deutet auch auf die Grössenordnung hin, in welcher die Offsetspannung des Opamp rangieren sollte. Da diese Offsetspannung sehr gering ist, würde ich tatsächlich mit Nullpunktabgleich arbeiten. Opamp mit niedrigem Offset und niedriger Drift des Offset, keine zu hohe Anforderung an die Genauigkeit bei niedrigsten Messwerten, dann ergibt sich langsam ein Bild.
Gibt es eigentlich ADC mit logarithmischem Eingang?
Stefanus F. schrieb: > Gibt es eigentlich ADC mit logarithmischem Eingang? Ja, für uLaw, die Bewertung bei Sprachübertragung vom Handy. Ist aber nicht genau.
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