Датчик тока ACS712 и АЦП STM32Fxxx, (схема усиления и смещения) Опции

[bullit]

Добрый день, Уважаемые форумчане!

Есть датчик тока, ACS712 (datasheets).
Выходное напряжение = напряжение питания /2 + K x I, где K - коэффициент преобразования (для 5 амперного датчика равен 185 мВ/А); I - ток в цепи измерения датчика. Ну эту информацию вы можете увидеть и в самом даташите!
напряжение питания в диапазоне 4,5 - 5,5 вольт.
Т.е. выход в диапазоне от 1,575 до 3,425 В (2,5 +/- 0,925 В).

Есть камени STM32F, 100 и 400 серии. АЦП 3.3 В, 12 бит (4096 ед.). Ну и обоих этих зверьков надо скрестить по красивому, для измерение переменного тока частотой 50 Гц!

Подключать датчик напрямую к АЦП, ну ни как не выгодно: ток положительной полярности при амплитуде более ~ 4,5 ампер заведёт ацп в насыщение. Ставить делитель - и так коэффициент преобразования мал! Диапазон АЦП используется практически на 53%. Получается на одну ед. АЦП = 4,5 мА. С учётом помех самого датчика и иже с ним...короче грустно.

Ну и почему бы не растянуть весь полезный сигнал в 3,3 вольта?

Смакетировал пару схем на операционнике AD8605, но каждый раз чего нить, да не так. Схемы брал со следующих источников: раз и два.
Посоветуйте схемотехнику каскада усиления и смещения. Т.е. чтоб выход при токе = 0 А, был равен 3,3 / 2, и амплитудой 3,3/2 при токе 5 А.
Заранее огромное спасибо!

[kumle]

Привет.
В даташите написано:

● ADC supply requirements: 2.4 V to 3.6 V at full speed and down to 1.8 V at slower
speed
● ADC input range: VREF– ≤ VIN ≤ VREF+

Может если подашь 3.6 на Vref и VddA то не захлебнется еще ацп ?

[bullit]

Ну тут момент такой: работать на пределе возможности, собирать схему питания на регулируемом источнике напряжения, решение в плане шкалы АЦП не решается, и не во всех корпусах есть отдельный вход REF. А значит придётся подавать на весь проц 3,6 Вольт. Я говорю нет, так как больше люблю красивые схемотехнические решения. Ко их в наше время приходится реализовывать всё меньше и меньше.

А так спасибо за предложение!

[Integrator1983]

Как-то так.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sifadin]

А если включить два датчика в противофазе - для одного ток втекающий, для другого вытекающий а потом вычесть инструментальным усилителем

[Plain]

Инвертирующий усилитель с Ку= 1,784 и Uоп = 2,195 В, т.е. четыре резистора и ОУ — простой делитель даёт гораздо меньшую погрешность, не говоря о стоимости.

[bullit]

to Integrator1983: эм, зачем второй каскад?
to sifadin: вариант какой-то не айс! развести красиво будет тяжелее. А габариты у меня не такие большие.
to Plain: если не трудно можно рисунок или более полное описание схемы!

Всем спасибо, но хотелось бы именно на одном усилке.

[Integrator1983]

Удобнее в настройке - первым выбрать смещение, вторым - усиление. Можно, в принципе, и одним обойтись.

[Plain]

если не трудно можно рисунок или более полное описание схемы!

https://www.google.ru/search?q=инвертирующий+усилитель

[sifadin]

На мой взгляд нужно вычесть из выходного напряжение какое-то точное, которое тоже измерять по другому каналу АЦП
Те нужно мне кажется использовать вычитание а не деление
Тк потребуется очень большая точность и стабильность резисторов 0.1%
Кроме того, большое выходное сопротивление делителя может привести к погрешностям за счет емкости УВХ АЦП

[uriy]

Я делал вот так на ACS758 думаю ваш ACS712 работает точно так же
 power_meter_hw_20120702.PDF ( 2.68 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 792

Флуктуации измеренного тока составляли порядка 0,3А.
Я проверял только на токе до 20А.
Клиент проверял на 200А, сказал что ошибка измерения достигает 10%.
Его это устроило.
В девайсе была предусмотрена калибровка, какие именно данные использовали уже не помню.

Тк потребуется очень большая точность и стабильность резисторов 0.1%

Смысл ставить такие резисторы если точность самого ACS составляет 1.5%

[bullit]

Собрал такую схему:

Без буфера DA5 коэффициент усиления не соответствовал отношению R15 / R12 (похоже та же проблема что вход REF в инструментальных усилках). С буфером уже всё чётко!
R13 и R14 - для компенсации.
Коэффициент усиления растягивает размах датчика тока до половины шкалы ацп (3,3/2).

Кто что может сказать по этой схеме?

В инвертирующей схеме у меня вообще коэффициент усиления не менялся.

Я делал вот так на ACS758 думаю ваш ACS712 работает точно так же

Флуктуации измеренного тока составляли порядка 0,3А.
Я проверял только на токе до 20А.
Клиент проверял на 200А, сказал что ошибка измерения достигает 10%.
Его это устроило.
В девайсе была предусмотрена калибровка, какие именно данные использовали уже не помню.

Смысл ставить такие резисторы если точность самого ACS составляет 1.5%

Спасибо ха схему!
У ACS712 выход слабее 185 мВ/А, на диапазоне 5 А. Т.е. мне нужно усиливать сигнал до (3,3/2) / (5 * 0,185).
Надо попробовать вашу схему!

[bullit]

to uriy: решил использовать вашу схему!
Для тех кто захочет использовать эту схему, расчёт сопротивления смотрите здесь.

[bullit]

И всё таки я вернулся к старой схеме которую смакетировал, но она у меня не пошла!
Промоделировал её, и всё пошло!
Схема:

Модель:
 circuit2CurSensCAPACITOR.rar ( 2.79 килобайт ) Кол-во скачиваний: 217

Смысл её в том, что от ДТ мы берём только переменную составляющую!
Смещение на выходе воопче не зависит от усиления.
В предыдущих схемах из-за возможного изменения постоянной составляющей можно отгрести. Либо анализировать оцифрованные данные!
Напомню что коэффициент преобразования и выходное напряжение ЗАВИСИТ от питания (см. даташит).

[sifadin]

Вообще если это для учета эл энергии. То точность требуется повыше

[bullit]

Ну разумеется это не для учёта электроэнергии, там по моему токовые трансы и шунты вне конкуренции.