Hallo Forum,
ich würde gerne die Versorgungsspannung einer Steuerung messen bzw.
loggen.
Aus den max 72V erzeugt ein MAX5035 die 5V für den Mikrocontroller.
Um nun jedoch die 72V zu messen, müsste ich ja einen entsprechend
dimensionierten Spannungsteiler einsetzen um am ADC des ATMEGA die
maximale Spannung von 5V nicht zu überschreiten.
Allerdings würde ich gern verhindern, dass über den Spannungsteiler
permantent Strom fließt, auch wenn garnicht gemessen wird.
Kann ich dazu einfach einen Transistor hinter den Spannungsteiler setzen
und dann mittels eines zusätzlichen I/O Pins an der Basis des
Transistors den Spannungsteiler ein- und ausschalten?
Also quasi:
1
V(in)---+
2
|
3
[R01]
4
|
5
+--------> ADC
6
|
7
[R02]
8
|
9
|
10
[Transistor]+----> ENABLE
11
|
12
|
13
GND-----+
Allerdings vermute ich mal, dass ich mir dann beim Unterbrechen des
Spannungsteilers die vollen +72V auf den ADC lege, oder?
Hat jemand sowas schonmal gemacht?
Vielen Dank für eure Vorschläge.
LG, Milo
Das ist eine Selbstmörder-Schaltung. Überlege doch mal, wie viel Volt am
ADC Eingang anliegen, wenn der Transistor aus geschaltet ist. Und
vergleiche das mal mit den Absolute Maximum Ratings im Datenblatt.
Wenn schon, dann musst du oben die Vin Leitung unterbrechen.
Man könnte den Spannungsteiler hinreichend hochohmig auslegen und den
Ausgang mit einem Kondensator puffern.
Dadurch spart man sich das Schalten, solange die Abtastrate „niedrig“
ist.
Möglichkeit 1:
Doch in den "sauren" Apfel beißen mit möglichst hochohmigen
Spannungsteiler.
Möglichkeit 2.
Die Spannung Highside abschalten, z.B. mit zwei zusätzlichen
Transistoren.
-Transistor 1 ist der eigentliche Highside-"Schalter".
-Transistor 2 ist für die Ansteuerung von 1 zuständig, um die hohe
Spannung vom Controller fern zu halten.
Stefanus F. schrieb:> Das ist eine Selbstmörder-Schaltung.
Warum das denn? R1 wird man >= 1 MOhm wählen, so daß da nichts kaputt
gehen kann.
Ein Spareffekt ist allerdings nicht vorhanden. Wozu auch, da der
Versorgungsstrom des AVR die größte Last darstellt.
Bei 1 MOhm fliessen 72uA Messstrom.
Andererseits reduziert der Stepdown den Laststrom um den Faktor 72/5 =
14.4
Das ergäbe bei 3mA Stromaufnahme eine Stromaufnahme auf der Highside von
208uA.
Somit erhöht die Messung die Stromaufnahme um ~30%.
Ich nenne das signifikant.
Eddy C. schrieb:> Bei 1 MOhm fliessen 72uA Messstrom.>> Andererseits reduziert der Stepdown den Laststrom um den Faktor 72/5 => 14.4>> Das ergäbe bei 3mA Stromaufnahme eine Stromaufnahme auf der Highside von> 208uA.
Nur im Märchen. Der MAX5035 hat alleine schon 350µA (typisch) Ruhestrom-
aufnahme. Der Wirkungsgrad dieses 1A Reglers wird bei lediglich 3mA Last
auch weit unter 100% liegen.
Ok, der Strom ist gering, die ESD Dioden des AVR würden es wohl
aushalten. Aber dann fließt ein dauerhafter Strom, den wird man nur los,
wenn man die Vin Leitung (High Side) abschaltet.
Ja, Du (Axel) hast natürlich Recht. Ich wollte nur das Prinzip darlegen
und den Sinn dafür schärfen, dass der Eingangsstrom bei 72V deutlich
niedriger ist.
>>Der womit versorgt wird?
Gate an Vcc. Drain an spgs teiler ausgang, source an adc eingang.
Der Spannungsteiler kann wie im ersten geposteten schaltbild mit einem
low side tr ausgeschaltet werden.
Der spgsfolger fet mus vds > 70V vertragen können. Ist aber kein
Problem, da gibts viele ganz kleine.
Gruss, Jan
Milo schrieb:> Allerdings vermute ich mal, dass ich mir dann beim Unterbrechen des> Spannungsteilers die vollen +72V auf den ADC lege,
Wenn Du es schon selbst erkannt hast, weshalb postest Du dann diese
Unsinnsschaltung?
Beim AT328 kann man die interne 1,1 Volt Referenz benutzen. Legt man den
Teiler mit 10 kOhm unten aus, gibt das 110 µA Querstrom, dürfte nicht
wirklich stören.
Ansonsten muß in der Plusleitung geschaltet werden, P-Kanal-MOSFet. Da
geht dann aber die Diskussion los, welcher Typ Gate-Source / Gate-Drain
72 Volt aushält bzw. wie man diesen beschalten muß. 72V klingt mir nach
Bleiakku, also muß der Kram bis gut 90 Volt halten (Laden).
Mir käme der Gedanke, oben ein Photo-MOS-Relais AQV214 (oder ähnlich)
einzusetzen, das kann die Spannung und ist simpel wie eine LED
anzusteuern.
Hallo ihr und vielen Dank für die Antworten.
Hmm - in dem Fall würde ich die Idee mit dem Abschalten des
Spannungsteilers doch lieber verwerfen. High-Side braucht schon wieder
zuviele Bauteile und Low-Side funktioniert natürlich nicht.
Ich würde dann einfach den Spannungsteiler mit R1 = 1MegOhm und R2 =
72KOhm auslegen. Der Strom, der dann noch fließt, wäre ja verschwindend
gering.
Und für eine Messung pro Minute sollte das ja ausreichen.
Und bzgl. des ADC ansich noch eine Frage:
Verstehe ich das richtig, dass ich in diesem Fall den ADC am besten so
konfiguriere und beschalte, dass VREF = AVCC = VCC = 5V ist?
Und dann einen Kondensator zwischen AREF und GND, korrekt?
Danke und LG, Milo
Vergiss nicht, den Spannungsteiler mit einem Kondensator zu
unterstützen, sonst bricht Dir die Spannungen beim Beginn der Messung
(Sample&Hold) zusammen.
Die 5V VCC eignen sich als Referenz, wenn sie stabil genug sind.
Ansonsten würde ich lieber die interne Referenzquelle verwenden. Ihre
Spannung ist zwar nicht sehr genau definiert, aber dafür ist sie
wenigstens stabil und rauscharm.
> Und dann einen Kondensator zwischen AREF und GND, korrekt?
Ja.
Ich finde, dass du zu viele Fragen stellst. Probiere es doch einfach
aus, dafür wurden Lochrasterplatinen, Steckbretter und Arduino Module
erfunden.
Milo schrieb:> High-Side braucht schon wieder zuviele Bauteile
Jou, zwei Stück: Ein 6-Pin-IC und einen Widerstand, untragbar viel.
> Ich würde dann einfach den Spannungsteiler mit R1 = 1MegOhm und R2 => 72KOhm auslegen.
Äußerst ungeschickte Auslegung:
Stefanus F. schrieb:> Vergiss nicht, den Spannungsteiler mit einem Kondensator zu> unterstützen, ...> Ansonsten würde ich lieber die interne Referenzquelle verwenden.
Manfred schrieb:> Ansonsten muß in der Plusleitung geschaltet werden, P-Kanal-MOSFet. Da> geht dann aber die Diskussion los, welcher Typ Gate-Source / Gate-Drain> 72 Volt aushält bzw. wie man diesen beschalten muß.
Oder einen n-Kanal nehmen. Den MOSFET zwischen die beiden Widerstände
eines Spannungsteilers, der so ausgelegt ist, dass ~1V bei 72V
Eingangsspannung anliegen. Dann kann man mit 5V am Gate einen passenden
Transistor voll durchsteuern.
Achim S. schrieb:> Auch bei rasend schneller Abtastung reicht ein MOhm Spsteiler.. dahinter> einen spgsfolger und gut ist.
Das halte ich für eine unzulässige Veralgemeinerung:
- Der Leckstrom der ADC-Pins beträgt bis zu 1uA (bei hohen
Temperaturen).
- bei jeder Wandlung wird der Sample+Hold C über den Eingangspin
aufgeladen
Beides verursacht Meßfehler.
eine einfache Abschaltung des Spannungsteilers kann man mit einem
LL-Mosfet im Spannungsteiler machen. (man verliert aber so 1,5-2V
Meßbereich gegenüber der Gate-Steuerspannung).
siehe auch: Batteriewächter
bzw. T2 im Schaltplan:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:BMON_1048_PIC.PNG
Gruß Anja
Milo schrieb:> Allerdings vermute ich mal, dass ich mir dann beim Unterbrechen des> Spannungsteilers die vollen +72V auf den ADC lege, oder?
Die Schutzdioden begrenzen die Spannung dann auf knapp oberhalb von Vcc.
Damit spart man aber (fast) keinen Strom, weil der Strom dann nach Vcc
umgleitet wird. Die Spannung steigt nur dann weiter an, wenn dieser
kleine Strom größer ist, als der Verbrauch. Daazu muß die Scaltung schon
sehr sparsam sein.
Aber was soll eigentlich der Geiz? Geht es um eine mobile /
batteriebetriebene Anwendung? Ansonsten wäre der Stromverbrauch
vernachlässigbar.
Detlev T. schrieb:> Oder einen n-Kanal nehmen. Den MOSFET zwischen die beiden Widerstände> eines Spannungsteilers, der so ausgelegt ist, dass ~1V bei 72V> Eingangsspannung anliegen. Dann kann man mit 5V am Gate einen passenden> Transistor voll durchsteuern.
Warum kein Bipolar? Da ginge es sicher bis 4V.
Anja schrieb:> Achim S. schrieb:>> Auch bei rasend schneller Abtastung reicht ein MOhm Spsteiler.. dahinter>> einen spgsfolger und gut ist.>> Das halte ich für eine unzulässige Veralgemeinerung:> - Der Leckstrom der ADC-Pins beträgt bis zu 1uA (bei hohen> Temperaturen).> - bei jeder Wandlung wird der Sample+Hold C über den Eingangspin> aufgeladen
Darum OP als Spannungsfolger. Wenn man seine Sampleraten kennt, sucht
man sich einen OP mit 2-3 µA, der schnell und stark genug für die
ADC-Eingangsstufe ist und hochohmig genug für seine Rs.
Bei 72V ist die Einsparung immens, aber auch bei 3V-Signalen spart man
so deutlich Strom,
Achim S. schrieb:> Warum kein Bipolar? Da ginge es sicher bis 4V.
Dann fließt ein Basisstrom vom µC durch den Messwiderstand und
verfälscht die Messung. Die 1V sind auch nicht durch den MOSFET
vorgegeben, sondern durch die interne Referenz von 1.1V, die man dann
sinnvollerweise nutzen sollte.
Manfred schrieb :
>Wenn Du es schon selbst erkannt hast, weshalb postest Du dann diese
Unsinnsschaltung?
Es ist eine legitime Fragestellungen, eine sinvolle Diskussion und die
gepostete Schaltung ist sogar richtig (Solange der Spgsteiler
hochohmig ist, so das die esd diode im adc eingang in der lage ist zu
begrenzen und die vcc nich abhebt).
In sofern ist dein Kommentar kontraproduktiv.
Gruss,
Jan
ICH habe mir angewöhnt jeden dac Eingang eines jeden atmega/attiny und
so weiter mit einer 5,1 bei 5v vcc und einer 3,5 Volt Z Diode bei 3,3
Volt vcc zuschützen so kann dem dac nichts mehr passieren.
Manfred schrieb:> Der BSS138 wird Dir bei 72V direkt um die Ohren fliegen.
Das war auch keine fertig dimensionierte Schaltung sondern nur das
Prinzip.
Es gibt auch andere LL-Mosfets wie z.B. BSS123.
DAVID -. schrieb:> ICH habe mir angewöhnt jeden dac Eingang eines jeden atmega/attiny und> so weiter mit einer 5,1 bei 5v vcc und einer 3,5 Volt Z Diode bei 3,3> Volt vcc zuschützen so kann dem dac nichts mehr passieren.
Kann man machen. Aber der Spannungsteiler wird (speziell bei 3.3V) durch
die Kennlinie der Z-Diode (unterhalb der Z-Spannung) sehr nichtlinear.
Gruß Anja
Der Komparator hat im Gegensatz zum normalen ADC mit max. 1µA einen
Leckstrom von lediglich +-50nA. Man könnte nun einen Ausgang mit einem
RC-Glied auf den einen Komparatoreingang legen und die Ladezeit des
Kondensators messen. Damit wäre ein sehr hochohmiger Spannungsteiler
möglich, der natürlich sinnvollerweise mit einem Kondensator geblokt
werden sollte.
Wenn nur eine Unterschreitung einer bestimmten Spannung gemessen werden
soll, dann spart man sich natürlich diesen Ausgang.
Oder man könnte diesen RC-Ausgangspin doppelt verwenden (z.B. einen Pin
einer Schnittstelle, die zu diesem Zeitpunkt nicht aktiv angesteuert
wird).
Die Sache mit der Z-Diode hat bei diesen überaus geringen Strömen den
bereits erwähnten Haken mit dem "Leckstrom" von bis zu 5µA bei 1V
anliegender Spannung. Da hat sich der Eine oder Andere schon böse
gewundert...
Lothar M. schrieb:> Der Komparator hat im Gegensatz zum normalen ADC mit max. 1µA einen> Leckstrom von lediglich +-50nA
Das weiß man aber garnicht genau. AIN0 und AIN1 sind als PD6/PD7 auch
IO-Pins, die mit 1 µA Leckstrom angegeben sind.
Was mit ADC0 - ADC5 bzw. PC0 - PC5 los ist, bleibt in der Schwebe.
Eine (Angst-)Zenerdiode hat hier nichts zu suchen!
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