Hallo zusammen,
ich würde gerne eine Strommessung über einen 0,01 Ohm Shunt durchführen.
Strom sollte irgendwo zwischen 1-5A liegen. Der Shunt liegt in einer
12V-Leitung eines ATX-Netzteils, an welcher ein Verbraucher
angeschlossen ist. Das Signal ist zu klein um es direkt mit dem
Multimeter zu messen, weshalb ich es verstärken möchte. Die 12V-Leitung
soll allerdings nun auch gleich die Versorgungsspannung sein und jetzt
wird das ganze problematischer. Normale OpAmps fallen somit für die
Verstärkung des Messspannung raus. Wie sieht es da mit Rail-to-Rail
OpAmps aus? Kann ich hier einen Differenzverstärker aufbauen, der mir
den minimalem Spannungsabfall zwischen [Versorgungsspannung] und
[Versorgungsspannung - Spannungsabfall Shunt] zuverlässig verstärkt?
Oder muss ich alternative Lösungsansätze einschlagen?
Der INA128 ist doch ein ganz normaler Instrumentenverstärker, also nicht
einmal rail-to-rail, oder täusche ich mich hier? Falls ich richtig
liege, hilft mir dieser IC wohl auch nicht weiter, da ich eine
Differenzspannung von (12V)-(12V-Spannungsabfall Shunt) messesn möchte
bei einer Versorgungsspannung von eben 12V. Würde das mit einem
rail-to-rail OpAmp funktionieren?
Es gibt von jedem Hersteller mehrere solcher ICs, die den Strom in der
High-Side über einen Shunt messen.
Ich habe da mal eine Schaltung von mit dem LT1490 (Over-the-Top)
gesehen, wo der OP mit 5V und Masse betrieben wurde, die Eingänge aber
auf bis zu 40V hängen durften um die Spannung über den Shunt zu messen
(spiegeln).
Oder so LT610x...
Das Teil kannst du Unipolar versorgen, weil du mist ja nur Gleichstrom,
der Spannungsfall am Shunt ist so schwindend gering, selbst bei einem
1000W Netzteil fallen nur max. 833mV am Shunt ab.
Hmmm.. ich glaube bei mir liegt ein Verständnisproblem mit dem
Rail-to-Rail-Gedanken zu Grunde. Ich dachte immer ein normaler OPV kann
sowohl an den Eingängen als auch an den Ausgängen nicht mehr als die
Versorgungsspannung minus ca. 1,5Volt verarbeiten. Bei 12V Vcc also
jeweils maximal 10,5 Volt an den Eingängen und am Ausgang. Wenn ich
jetzt einen Differenzverstärker aufbaue, habe ich ja (bei meinem
Problem) an dem einem Eingang 12,00Volt und an dem anderen Eingang
minimal weniger, also vielleicht 11,9 oder 11,8 Volt. Jetzt war meine
Vermutung, dass ein normaler OPV die beiden Spannungen nicht korrekt
verarbeitet, da diese oberhalb der 10,5 Volt liegen. Deswegen die Frage
nach einem rail-to-rail OPV und ob dieser in diesen Bereichen korrekt
arbeiten würde, oder ob ein rail-to-rail OPV auch nicht ganz bis zur
Versorgungsspannung geht. Wo liegt mein Fehler?
@Bernd Rüter:
Genau eine solche Schaltung suche ich. Konnte in den Datenblättern der
genannten ICs leider nichts der gleichen finden :( Hast du evtl. einen
Link zu einer solchen Schaltung zur Hand?
Äh...
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1154,C1009,C1077,D12479
..gut versteckt!...
Seite DC-4, da ist eine Schaltung mit einem Over-The-Top-OP.
Ich habe hier den LT1490 eingesetzt.
Vor und hinter dem Shunt jeweils 220 Ohm an + und - eines OPs, der
Ausgang treibt direkt einen BC547 dessen C mit dem +-Eingang verbunden
ist und dessen E über 2k2 Ohm an Masse liegt.
...Die Spannung wird um den Faktor 10 verstärkt (2k2 / 220).
Peng. fertig.
Blubberer schrieb:
>Der INA128 ist doch ein ganz normaler Instrumentenverstärker, also nicht>einmal rail-to-rail, oder täusche ich mich hier? Falls ich richtig>liege, hilft mir dieser IC wohl auch nicht weiter, da ich eine>Differenzspannung von (12V)-(12V-Spannungsabfall Shunt) messesn möchte>bei einer Versorgungsspannung von eben 12V. Würde das mit einem>rail-to-rail OpAmp funktionieren?
Der INA138 / 168 ist ein Instrumentenverstärker und für solche Aufgaben
bestimmt.
Ein Instrumentenverärker misst die Differenzspannung zwischen + und -
(über den Shunt) kann z.B. über einen Widerstand um den Faktor X
verstärkt werden.
Der Spannungsabfall ist nachdem Ohmschen Gesetz immer gleich, egal ob
die Versorgungsspannung +12V oder -12V hat. Du musst nur beachten, dass
der INA138 nur maximal eine Differenzspannung von 2V messen kann.
Du könntest Dir den Instrumentenverstärker diskret aufbauen mit 3 OPs,
aber die Toleranzen der Widerstände zueinander sind hier der Knackpunkt.
Oft ist es bequemer, den Shunt in den Massezweig zu legen, weil dann nie
die Problematik eines evtl. Potentialunterschiedes zur der
Versorgungsspannung des INA auftritt.
In dem hier geschilderten Fall muß der INA mit 12V betrieben werden. Im
Massezweig könnte man sie bei gemeinsamer Masse frei wählen.
> Oft ist es bequemer, den Shunt in den Massezweig zu legen, weil dann nie> die Problematik eines evtl. Potentialunterschiedes zur der> Versorgungsspannung des INA auftritt.
Messung im Massezweig ist leider nicht möglich. Aber ich glaube du hast
mein Grundproblem verstanden ;).
@Bernd: Ich bin blind ;). Danke für den Link, das werde ich bei
Gelegenheit einmal versuchen.
@Torben: Danke für deine Ausführungen. Aber meien Frage ist, ob ein
Instrumentenverstärker oder Differnzverstärker überhaupt in diesem Falle
funktionieren. Oder ob die Eingangsspannungen (Eingang1: 12V Eingangs2:
12v-U_shunt)zu nahe an der Versorgungsspannung (eben diese 12V) des ICs
liegt.
>@Torben: Danke für deine Ausführungen. Aber meien Frage ist, ob ein>Instrumentenverstärker oder Differnzverstärker überhaupt in diesem Falle>funktionieren. Oder ob die Eingangsspannungen (Eingang1: 12V Eingangs2:>12v-U_shunt)zu nahe an der Versorgungsspannung (eben diese 12V) des ICs>liegt.
Somit haste meine Ausführung, Ohmsche Gesetz oder das Datenblatt nicht
verstanden.
Der Voteil des INA138 sind die folgenden:
1. Instrumentenverstärker mit einstellbarer Ausgangsspannung über ein
Widerstand.
2. High Side current Monitor, dass heisst der Stromwächter kann in der
+B Leitung sitzen und muss nicht im Massezweig sitzen. VCC darf beim
INA168 bis zu 36V betragen.
Ein Instrumentverstärker misst nur die Spannung über + und - Eingang in
deinem Fall der Spannungsabfall über den Shunt Widerstand.
Ein Rechenbeispiel bei 1A Stromfluss und einem Shuntwiderstand von
0,0375 Ohm:
UR = I * R
UR = 1 * 0,0375
UR = 0,0375 V
Also misst dein Instrumentenverstärker einen Spannungsabfall von 375mV.
Die Spannung ist für einen herkömmlichen 10Bit ADC viel zu niedrig,
deshalb wählen wir den Verstärkungswiderstand so das wir eine
Verstärkung von G = 100 haben.
0,0375 * 100 = 3,75V
Die Spannung laesst sich schon sehr gut messen.
Dein Instrumenentverstärker kann so auch mit 5V VCC betrieben werden,
weil er nur einen Spannungsabfall von max. 2V messen kann und deine
Verstärkung die Spannung auf maximal 5V verstärken soll.
Bei deiner -12V verhaelt es sich nicht anders. Du musst nur die Eingänge
umdrehen, weil der INA keinen Ausgang zur Polaritaetsanzeige besitzt.
Einige Current Sense Monitore haben so einen Ausgang und koennen in
beide Richtigungen messen, aber da bei dir die Polaritaet sich nicht
ändert brauchst du nur die Eingänge vom INA drehen.
Du musst jetzt nur mal mit deinem maximal Strom rechnen um den
Verstärungsfaktor zu bestimmen, weil Du einen sehr hohen Strom messen
willst und ich denke auch einen sehr kleinen Strom mit hoher Auflösung
könntest Du mittels DG408 einen Spannungsteiler für die Verstärung
aufbauen und so eine Anpassung vornehmen.
>Also misst dein Instrumentenverstärker einen Spannungsabfall von 375mV.
Entschuldigung, da bin ich um eine Zehnerstelle verrutscht am frühen
morgen.
Richtig:
Also misst dein Instrumentenverstärker einen Spannungsabfall von 37,5mV.
Es geht auch ohne spezielle OP's, vielleicht nicht ganz so genau:
Shunt in die positive Zuleitung, Spannung vor und nach dem Shunt über
Spannungsteiler herunterteilen und mit als Differenzverstärker
geschaltetem normalen OP auswerten. Probleme könnte nur die
Offsetspannung des OP's machen, da die ohnehin kleine Shuntspannung (10
mV) ebenfalls heruntergeteilt wird. Ausserdem belastet ein normaler
Differenverstärker den Spannungsteiler. Am besten wäre daher ein
Instrumentation-amplifier, entweder monolithisch (teuer und schwerer zu
beschaffen) oder aus 3 OP's (billig, leicht verfügbar, aber weniger
genau).
Die Entscheidung für ein Schaltungskonzept dürfte daher durch die
erforderliche Genauigkeit bestimmt werden.
Gruss
Mike
ich würde mich gern dankbar wenn sie mir helfen zu aufbauen diese
schaltung , und hier folgende punkten:
Auslegung einer MOSFET H-Brücke für DC spannungen bis zu 30V UND Einen
Nennstrom von 10 A
Strommessung mittels Schuntwidwerstand und O perationverstärker
Entwurf von treiber und L dungspumpen für die sicherstellung der
korrekten schaltvorgänge in der MOSFET-Brücke.
mit freundlicher grüssen
tarik
Hallo ihr weisen männer / frauen;
ich hab folgendes problem und ihr scheint euch mit der thmatik ja
bestens auszukennen.
Strommessung 10A über einen 10mohm shunt in der zuleitung d.h Ue1=12,9V
Ue2=12,8V;
die einstehenden 0,1 V sollten über einen opamp (op07) auf masse
gebracht (keine Verstärkung) und von einer messkarte mit dem messbereich
von 1V gebracht werden ;
op versorgung +/- 15V
R1=R2=R3=R4=100k
Nun meine Frage wieso habe ich Messfehler von bis zu 25%?
der CMMR/CMRR fehler müsste bei max 2 prozent liegen...
Würde es mit zwei vorgeschalteten Impedanzwandlern funktionieren? und
wenn ja warum?
thx im Vorraus terri
>Strommessung 10A über einen 10mohm shunt in der zuleitung d.h Ue1=12,9V>Ue2=12,8V;
Dafür nimmt man dafür gefertigte (Instrumenten)OPVs.
=> INA138.
>0,1 V sollten über einen opamp (op07) auf masse gebracht> (keine Verstärkung)
^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Sicher??
>op versorgung +/- 15V>R1=R2=R3=R4=100k>Nun meine Frage wieso habe ich Messfehler von bis zu 25%?
Schaltung?
Der AD8210 ist super. Der ist bidirectional und hat alles on Board.
Lasergetrimmt. Spitze!
Wenns einer ohne interne Verstärker sein soll, dann nehm den AD629!
Danke für die schnellen Antworten;
Ich benutze den allgemeinen Differenzverstärker... mit einer Verstärkung
von 1.
Jetzt würde ich auch einen Instrumentenverstäker einbauen, kostet ja nur
unwesendlich mehr; die frage ist nur, warum mein Aufbau nicht
füntioniert...
Laut meinenes Wissens (Maschbauer) müsste das so funken, wenn ich auf
Masse messe (also 0,1V) tut es das ja auch, wenn ich aber auf der High
Side messe bekomme ich dauert nen Offset von bis zu 25mV. Demzufolge
kannes es doch nicht am Eingangswiderstand liegen, oder?
So kann es also nur von der Gleichtaktunterdrückung kommen (obwohl die
bei 100dB minimum liegt uns so mit max 1,2mV zu Buche schlagen
müsste...),
oder liegt das an der Versorgung des Opamp von +-15V ist die zu niedrig
ist; aufgrund des Offsets vom bis zu 12,9V? und die +15V reichen so
nicht aus?
grüße terri
Nabend lippy;
Schaltungs als gif anbei :-)
Momentan kann ich ausschließen:
-Versorgungsspannung (hatte jetzt mal +-18V)
-Eingangswiderstand (hatte mal je einen op des LM324 als Impedanzwandler
an den Eingängen des Differenzverstärkers)
Langsam bin echt am verzweifeln...
gn8 terri
Hm, ich gehe mal davon aus, dass die pos. Versorgung angeschlossen ist
(im Schlatplan nicht drin) und die +/- EIngänge nicht vertauscht sind
(sonst wäre der OPV in der Begrenzung).
Aber bisher sehe ich keinen Fehler:
100mV am Eingang der Diff-verstärkers, ca. 100mV am Ausgang. Der Diff
verstärker hat ja eine Verstärkung von ~ EINS.
Denk nochmal über folgende Alöternative nach:
>Der INA138 / 168 ist ein Instrumentenverstärker und für solche Aufgaben>bestimmt.
Hallo erstmal.
Erstens mal sollte deine Ausgangsspannung theoretisch negativ sein.
Zweitens steht im Datenblatt ein Trimmpoti von 20 kOhm. Ob sich 10 kOhm
negativ auswirken?
Drittens brauchst du Widerstände mit extrem kleiner Toleranz. Nehmen wir
mal an, der Strom sei null. Dann ist auch Ue*=0, auf einem Potential von
U0=13 V liegend. Die Widerstände mögen worst case R = Rn(1+-x) driften,
mit x als Toleranz. Betrachten wir die 100kOhm-Widerstände groß
gegenüber dem Shunt, und den Eingang des OP vernachlässigen wir
gegenüber den 100kOhm, dann ergibt sich für eine ideale Ausgangspannung
von 0V eine Eingangsdifferenz am OP von x*U0 Volt. Das Datenblatt sagt,
man kann +-4mV kompensieren. Inwiefern dort die +-0.2mV Offset
berücksichtigt sind, weiss ich nicht. Also mal einfach Ud=+-3.8mV
annehmen. Dann brauchst du Widerstände mit +-0.03 % Toleranz. Viel
glück.
Hallo ihr;
ich habe ja den Aufbau ja erst am Schreibtisch getestet... da hat ja
alles super funktioniert (auf Masse die 0,1V gehabt und auch 0,1V hinten
wieder rausbekommen),demzufolgen kann es doch nciht an den widerständen
liegen
Wenn ich jetzt aber, mir einen spannungteiler bastle, so dass die 0,1V
zwischen 12,8V und 12,9V gemessen werden klappt die schaltung nicht mehr
"koppschüttel"
Ob es doch an den 20kOhm liegen kann??
Als erstes probier ich nen Instrumentenverstärker aus; mal sehen...
danke für die Infos
terri
hallo
Mit einem AD620 (Instrumenten Verstärker) funktioniert es;
ebenso wenn ich einen "baue" aus 3 opamp, des LM324 und ein paar 22kohm
Widerständen aber, warum zu Kuckuck nicht bei dem OP07?
Ich versteh es nicht...
@ Marco S: An dem Widerstand von 10k kann es nicht liegen, hab grad eben
einen mit 20kohm reingelötet, und da habe ich aber leider das gleiche
problem;
Wenn ich mit jeweils 13V auf die Eingänge des Differenzverstärker
(OP07)gehe, bekomme ich am Ausgang einen Offset von 20mV. Kann des an
dem CMRR liegen? ICh denke aber diese Rechnung stimmt:
V_diff-op
CMRR (dB)=20 log -----------
V_offset
daraus folgt mit V_diff-op=1 und CMRR=100dB
V_offset= 10^(-5)=0,00001
demzufolge kann bei einer Offsetspannung von U=12,8V am Ausgang nur
0,128mV von dem CMRR stammen, nicht gleich 20mV...
Ich lasse mich aber gern eines besseren belehren ;-)
mfg terri
Hallo,
ich blicke noch nicht ganz durch bei den letzten Posts.
Liegt zwar ne weile lang zurück aber mir stellen sich ein paar Fragen:
- Wie hoch ist die Offsetspannung des OP07 jetzt wirklich?
- Liegt es an der Offsetspannung warum der Fehler so hoch ist?
Danke und Gruß
max
@ Autor: Blubberer (Gast)
>Datum: 27.11.2007 23:24>Hmmm.. ich glaube bei mir liegt ein Verständnisproblem mit dem>Rail-to-Rail-Gedanken zu Grunde. Ich dachte immer ein normaler OPV kann>sowohl an den Eingängen als auch an den Ausgängen nicht mehr als die>Versorgungsspannung minus ca. 1,5Volt verarbeiten.
Ja , Blubberer.. da ist ein problem.
Es hat zwar nix mit der Fragestellung zu tun aber du könntest es
verstehen
wollen..
Rail to Rail erscheint immer so als Universallösung, ist es aber oft
nicht.
Du musst bei OPV immer zunächst zwei Dinge unterscheiden:
1. Eingangsspannungsbereich
2. Ausgangsspannungsbereich
Beide Grössen könen beliebig kombiniert sein, wenn du einen x-beliebigen
OPV kaufst. Die Wahl des richtigen ist dann immer die Kunst.
In der Kiste der Allerwelts OPV habe ich z.B. LM358.
Dieser kann am Eingang Signale bis knapp an Masse also GND verarbeiten.
Er versagt aber bei Signalen die oberhalb von +UB minus 1,5 V sind.
TL 082 ist der entgegengesetzte Kandidat. Der fängt oben (also bei plus)
an zu denken. Er kann also Signale von +UB bis herunter zu 1,5V oberhalb
von GND verarbeiten.
Warum ?
Nun ist ja ein OPV nicht eine schwarze Kiste, auf die etwas
draufgelasert wurde.
Es ist ja ach etwas drin... und das sind Transistoren.
nun wissen wir, dass ein Transistor mindestens 0,6Volt an der basis
benötigt, damit die BE Strecke leitend wird. (sonst passiert nix).
Wenn nun noch mehrere transistorstufen eingebauf sind, kommt man leicht
auf eine Differenz von 1,5 Volt (2 mal 0,7) zur jeweilgen
Betriebsspannungsseite.
In meinem Beispiel .. wäre man also gut gerüstet, wenn man einige
LM358 und einige TL082 im Hause hat. Dann überlegt man sich, wo es
hingehen soll und kombiniert die fähigkeiten der beiden OPV-Typen
so, dass alles gut wird.
also: tl082 für oben rum / lm358 für unten rum .. und in der Mitte
können beide sich treffen.
Etwas Sorgen habe ich über deine Idee mit 0,01 Shunt.
Ist dir bewusst, dass selbst eine KFZ Sicherung mit den breiten
Steckkontakten schon wesentlich mehr OHM hat.
Du könntest also auf 0,1 Ohm Shunt hochhandeln u nd den Sense deines
Reglers dahinter legen.
Wenn du darein schaust:
www.national.com/an/AN/AN-32.pdf
siehst du auf Seite 11 unten den "Current Monitor"
der LM301 wird nun zum tl082 oder sowas
nun ist das ja da noch mit J-FET gemacht aber es ändert sich nix.
Du kannst einen BC546 einsetzen. Allerdings müssen die Eingänge
des OPV vertauscht werden. R3 (unten) nimmst du als Poti
und kannst dir deinen Messwert noch einstellen.
Ich hoffe, es hilft dir etwas
Klaus
Hallo Klaus,
danke für den tollen Link zur AN32 von National.
Bei dieser Schaltung sind mir folgendes Punkte aufgefallen.
Ich hoffe ich liege nicht ganz daneben. Wenn schon bitte ich um
korrektur, da ich kein falschwissen verbreiten möchte
- Bei verwendung von TL082 (Input Offset Voltage = 15mV) liegt der
kleinst möglich zu messender Strom von 0.15mA ?
- Der Fet braucht eine negative Spanung zum steuern, daher ist eine
negative Versorgung des OPV unumgänglich.
- Nimmt man einen NPN Transistor muss man die Eingänge vertauschen. Ein
Single Supply OPV kann verwendet werden.
- Wenn bei einem Strom von 0A der OPV auf 0V regeln soll, kann er (wenn
kein Rail to Rail) nicht auf 0 runtergehen. Es kann also sein das der
Transistor noch ein wenig durchgesteuert wird und die Monitospannung
einen Strom "sieht"
Welche Vorteile hat diese Schaltung gegenüber anderen
Strommessschaltungen wie z.b INA138?
Wenn ich eine Strom von 0-10A messen will, wobei ich 0.1A noch erfassen
möchte, so habe ich folgende Rechnung mit dem INA138 gemacht:
- Maximaler zu messender Strom: 10A
- Vsensemax=500mV (lt. Datenblatt)
- 10A entsprechen daher 500mV
- 0.1A entsprechen daher 5mV
Wenn ich mit das Diagramm TOTAL OUTPUT ERROR vs. VIN anschaue, dann habe
ich bei einer VIN von 5mV eine Fehler von ca. -12%.
Kann ich das so einfach rechnen wie: 0,1A - 12% = 0,088A ??
Ist man vielleicht mit einem OPV mit sehr geringer Offset Voltage am
Eingang vielleicht besser dran?
Danke und Gruß Max
Ich würde dir den LTSR6 von LEM empfehlen.
Blubberer schrieb:> Das Signal ist zu klein um es direkt mit dem> Multimeter zu messen
Was hast du für ein schlechtes Multimeter?
Gruß Knut
Blubberer schrieb:> 0,01 Ohm Shunt> Strom sollte irgendwo zwischen 1-5A liegen.> Das Signal ist zu klein um es direkt mit dem Multimeter zu messen
0,01Ω * 1A = 10mV
Das kann jedes Multimeter messen.
I. L. schrieb:> Datenblatt?!>>> Knut
Ich bin nicht so gut im Datenblatt lesen, aber ist die Annahme richtig:
Nominal Current = 6A
Accuracy = +-0.2% von 6A => 12mA ????
Bin ich auf den Holzweg?
Gruß Max
