Hallo Zusammen,
im Rahmen von Hobby-Bastelei habe ich eine kleine Schaltung auf Basis
eines ATmega32u4 aufgebaut, welche einen 12V-Lichtschlauch mit einer
gemeinsamen Anode und einer jeweils separaten Kathode für die Farben
Rot, Grün und Blau ansteuern kann.
Zum ausprobieren habe ich als Sicherheitsmechanismus einen
High-Side-Schalter (p-MOSFET) mit einer nachfolgenden Strommessung
mittels Shunt-Widerstand mit 0.05 Ohm integriert. Sollte bei dem
Lichtschlauch eine ungewollte Masseverbindung auftreten, so kann dieser
Fehler detektiert und entsprechend reagiert werden.
Zur Messverstärkung der Spannung, die über dem Shunt-Widerstand abfällt,
wird der AD8217 als Messverstärker eingesetzt. Dieser besitzt eine
Verstärkerung von 20 V/V. In Kombination mit dem Shunt-Widerstand ergibt
sich die Umrechnungskonstante zwischen Strom und Spannung zu:
1
20 V/V * 0.05 Ohm = 1 V/A
Die generelle Schaltung und der Kontext des AD8217 (rote gestrichelte
Linie) sind in dem angehangenen Bild (AD8217_Context.png) dargestellt.
Problem ist, dass unabhängig vom Strom durch den Shunt, immer eine
Ausgangsspannung von ~5,3 V am Ausgang des AD8217 anliegt. Die Spannung
ist dabei um ca 0,3 V, als die Betriebsspannung des ATmega32u4.
Aufgebaut ist die Schaltung bereits auf einem gefertigtem PCB. Das exakt
gleiche Verhalten gibt es bei vier anderen exakt identischen Platinen.
Folgende Aussagen kann ich sicher über die Schaltung treffen:
1. Ansteuerung des Lichtschlauchs mittles PWM funktioniert einwandfrei
2. ATmega32u4 läuft mit geplanten 16 MHz und lässt sich über USB und
Bootloader programmieren
3. High-Side-Schalter vor dem Lichtschlauch inkl. der grünen LED
funktioniert
4. Pinout und Löstellen des AD8217 richtig und wurden kontrolliert
5. Konfiguration des ADC an einem anderen Pin des ATmega32u4 getestet
und funktioniert
6. JTAG ist deaktiviert (PF06 und PF07 sind Pins der JTAG-Schnittstelle)
7. Spannungswandler (LDO) funktioniert
8. VCC und GND Verbindungen des ATmega32u4 in Ordnung
Evtl. Filter in der Leitung zur Versorgungsspannung Aref des ATmega32u4
oder in der analogen Leitung zwischen AD8217 und ATmega32u4 sind nicht
vorhanden. Eine hohe Genauigkeit steht hier nicht im Vordergrund.
Das Datenblatt zum AD8217 findest man unter dem folgenden Link:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8217.pdf
Wenn jemand eine Idee hat, warum die Ausgangsspannung des AD8217 immer
5,3 V unabhängig vom Strom durch den Shung-Widerstand beträgt, wäre ich
dafür sehr dankbar.
Da das gleiche Verhalten bei mehreren Platinen auftritt, liegt es
vermutlich eher an einem Konzeptfehler. Eine Idee wo dieser liegen
könnten habe ich leider nicht.
Vielen dank im voraus und beste Grüße. :)
Hallo,
noch etwas, warum liegt ARef an Vcc (+5V) ?
Je nach ADC Softwareeinstellung, führt das zu Fehlern.
Schau mal bitte in der/ den Application Note zum Atmel nach, wie dieser
Pin zu beschalten ist.
Anm: Bei AVcc könnte man dann auch noch nachbessern.
Die maximale Differential Input Voltage Range laut Datenblatt ist 250mV.
Das macht bei 50mOhm --> 5,32mA.
Der Lichtschlauch wird, schätze ich mal, über diesen Stromwert liegen.
Karl M. schrieb:> hast Du mal gerechnet, ob die Bedingung aus dem Datenblatt> INPUT> Differential Input Voltage Range>> eingehalten wird?
Hallo Karl,
vielen Dank für deine Antwort. Wenn ich es richtig verstehe, gibt die
Angabe von 250 mV in dem angegebenen Abschnitt des Datenblatts die
maximale Spannungsdifferenz zwischen +IN und -IN vor. Diese darf 250 mV
nicht übersteigen. Bei einem Shunt von 0.05 Ohm wären dies 5 A.
Ich habe Tests mit einem Erstatzwiderstand vom 100 Ohm an Stelle des
Lichtschlauchs durchgeführt. Wenn ich den Duty-Cycle des entsprechenden
Kanals auf 100% stelle, fließt in etwa der Strom von:
1
12 V / 100 Ohm = 120 mA
Am Shunt-Widestand müssten dann entsprechend:
1
0.05 Ohm * 120 mA = 6mV
abfallen. Dies verstärkt mit dem Faktor 20 V/V ergibt dann 120 mV.
Anliegen tun trotzdem immer 5.3 V am Ausgang des AD8217.
Mr. D schrieb:> Die maximale Differential Input Voltage Range laut Datenblatt ist 250mV.>> Das macht bei 50mOhm --> 5,32mA.
Mr. D, auch dir vielen Dank. Ich kann deiner Rechnung leider nicht ganz
folgen. 50 mOhm * 5,32 mA ergeben ca. 255 µV.
Der Absolute Grenzwert für die Differenz-Eingangsspannung ist im DaBla
mit 1V angegeben. Also Zwischen die Eingänge 2 1N4148 antiparallel, vor
den IN- einen Vorwiderstand von etwa 10 Ohm, zur Begrenzung des Strom
durch die Dioden.
Durch IN- fließt sehr wenig Strom, durch IN+ versorgt der Verstärker
sich selbst, was zu einem Spannungsabfall, und damit Nullpunktfehler
führen würde.
Genau in die gleiche Falle bin ich auch getappt und habe mich geärgert,
das darauf nicht hingewiesen wurde. Das Schema impliziert
Spannungsteiler am Eingang, die Begrenzung der Differenzeingangsspannung
resultiert offensichtlich aus einem Differenzverstärker direkt an den
Eingangspins(high side), der im Schema so nicht eingezeichnet ist.
Mit der genannten Schutzschaltung (10 Ohm, 2x4148) hatte ich seitdem
auch keine Probleme mehr, Einfluss auf die Nullpunktstabilität war auch
nicht festzustellen.
PS: der Verstärker ist durch diese kurze Grenzwertüberschreitung
irreparabel geschädigt, was besonders bei dieser Bauform ärgerlich ist
:-(
Ingo W. schrieb:> PS: der Verstärker ist durch diese kurze Grenzwertüberschreitung> irreparabel geschädigt, was besonders bei dieser Bauform ärgerlich ist> :-(
Hallo Ingo,
das hört sich nach einer Erklärung an, vielen Dank dafür. Was
vorgekommen sein kann ist, dass bei Ausschaltvorgängen umgekehrte
Spannungen an am AD8217 angelegen haben und daher eine "Differential
Input Voltage" von betragsmäßig größer als 1 V angelegen hat. Wenn
dadurch der AD8217 bereits kaputt ist, dann ist das natürlich sehr
schade. Zumindest weiß ich dann woran es gelegen hat.
Konntest du denn ein ähnliches Verhalten mit der konstanten
Ausgangsspannung bei dir selber feststellen?
Ich habe den Verdacht, das die tödlichen Spannungsspitzen durch schnelle
Änderung des Stroms und die parasitäre Induktivität des Shunts
entstehen.
Ich habe die ICs bisher in MPP-Trackern (24V Ausgangsspannung), zur
Messung des Ausgangsstromes im Einsatz, also eigentlich eher ruhiges
Fahrwasser.
Wenn ich deine Schaltung richtig interpretiere, werden deine LEDs mit
PWM betrieben?
In dem Falle würde ich zusätzlich zu den beiden Dioden, noch einen
kleinen MLCC (1µF, 0403) vorsehen, auch müsstest du dir auch Gedanken um
den Messzeitpunkt machen um immer in der aktiven Phase zu messen.
Ingo W. schrieb:> Wenn ich deine Schaltung richtig interpretiere, werden deine LEDs mit> PWM betrieben?
Vollkommen richtig, die Farben des Lichtschlauchs werden mittels
angesteuert.
Ich habe noch 1-2 Ersatz-AD8217. Werde diesen mal ersetzen und
entsprechende Dioden und eine Kapazität parallel zum Shunt einlöten. Da
die Schaltung bereits auf einer gefertigten Platine aufgebaut ist, wird
es mir nicht möglich sein, einen 10 Ohm Widerstand vor den -IN-Eingang
des AD8217 einzubringen.
Zum Glück ist es halb so wild, wenn der Schaltungsteil nicht
funktioniert, da dies Strom-Mess-Funktion eher als "Extra" gedacht war.
Ingo W. schrieb:> auch müsstest du dir auch Gedanken um> den Messzeitpunkt machen um immer in der aktiven Phase zu messen.
Dies ist zum Beispiel ein Aspekt, den ich mit dieser Strommessung mal
ausprobieren wollte. :)
Entgegengesetzte Dioden parallel zum Shunt-Widerstand lösen das Problem
mit dem Überschreiten der maximalen Differential Input Voltage von +-1
V.
Das Messen des mittleren Strom ist - wie schon angemerkt - nicht so
einfach, wenn die LEDs mittels PWM betrieben werden.
Wenn es aber nur darum geht bei einem möglichen Short-2-GND zu
reagieren, ist das nicht so wichtig. In diesem Fall würde Strom konstant
fließen. ;)
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