Оптопара в линейном режиме, Особенности использования Опции

[Atridies]

Доброго времени суток!
Есть задача: измерить напряжение на нескольких входах устройства с обеспечением гальванической развязки. Конечно, есть варианты решения в лоб (использовать компараторы или АЦП и разязывать уже по цифре) но очень желательно это сделать подешевле, да и на проце 12-разр. АЦП есть. В связи с этим решил на входах поставить оптопары с заведением их в линейный режим и на другом конце - процом мерять напругу (то бишь усилительный каскад, но не на тразисторе, а на оптопаре).

Начал прикидывать, какую точность я смогу получить - и тут, как говорится, понесло... Во-первых разбросы сопротивлений, во-вторых температурные изменения параметров, но это все можно скомпенсировать. Самое страшное в другом: ведь оптопары в партии имеют различный CTR (коэффициент передачи тока), как и транзисторный h21э, так? ООС по понятным причинам ввести не получится. Остается вариант: калибровать под конкретные элементы - но спасет ли это ситуацию?
Измеряемое напряжение 24В. Устройство должно сказать: попадает ли измеряемое напряжение в интервал 21...27В.

Заранее благодарен.

[Stanislav]

Начал прикидывать, какую точность я смогу получить - и тут, как говорится, понесло...

Вот, сюда поглядите, только сегодня написано.

...Во-первых разбросы сопротивлений, во-вторых температурные изменения параметров, но это все можно скомпенсировать. Самое страшное в другом: ведь оптопары в партии имеют различный CTR (коэффициент передачи тока), как и транзисторный h21э, так? ООС по понятным причинам ввести не получится. Остается вариант: калибровать под конкретные элементы - но спасет ли это ситуацию?

Калибровать придётся в любом случае, если хотите получить мало-мальски приличную точность, а оптрон нужно брать дифференциальный, вроде таких, и включать его по типовой схеме на 2-х ОУ, как раз с ООС.
Ситуацию это спасёт.

...Измеряемое напряжение 24В. Устройство должно сказать: попадает ли измеряемое напряжение в интервал 21...27В.

Лучше скажите, какова погрешность измерения напряжения допустима?

[_Vladimir_]

Доброго времени суток!
Есть задача: измерить напряжение на нескольких входах устройства с обеспечением гальванической развязки. Конечно, есть варианты решения в лоб (использовать компараторы или АЦП и разязывать уже по цифре) но очень желательно это сделать подешевле, да и на проце 12-разр. АЦП есть. В связи с этим решил на входах поставить оптопары с заведением их в линейный режим и на другом конце - процом мерять напругу (то бишь усилительный каскад, но не на тразисторе, а на оптопаре).

Начал прикидывать, какую точность я смогу получить - и тут, как говорится, понесло... Во-первых разбросы сопротивлений, во-вторых температурные изменения параметров, но это все можно скомпенсировать. Самое страшное в другом: ведь оптопары в партии имеют различный CTR (коэффициент передачи тока), как и транзисторный h21э, так? ООС по понятным причинам ввести не получится. Остается вариант: калибровать под конкретные элементы - но спасет ли это ситуацию?
Измеряемое напряжение 24В. Устройство должно сказать: попадает ли измеряемое напряжение в интервал 21...27В.

Заранее благодарен.

А может есть смысл посмотреть на схемотехнику переключаемых конденсаторов?
Типа УВХ.
Т .е двумя ключами подключается конденсатор к нагрузке.
Затем отключается и двумя ключами подключается к ADC CPU.
Конечно развязка не такая радикальная как опто, но может быть и достаточная.
Наверняка еще выпусаются такие чипы с набором ключей и возможно внутреним конденсатором, в крайнем случае внешним.
Управление - от CPU.
Поройтесь близко к УВХ.
Если степень развязки достаточная - это будет существенно проще и стабильнее.
Допускаю что проблематично будет найти с таким высоким уровнем напряжения.
Но там смотрите - может поделить можно.

[evgeny_ch]

Такая схемотехника давно известна, еще когда мы были рысаками...
http://www.ssousa.com/appnote060.asp
http://www.roncjohnson.net/docs/IL300%20ar...e%20example.PDF
http://www.industrialcontroldesignline.com...JUNN2JVN?pgno=2
http://209.85.135.104/search?q=cache:w17wO...t=clnk&cd=1
Успехов.

Сообщение отредактировал evgeny_ch - Jan 22 2008, 04:15

[EvgenyNik]

Atridies, вот Вы говорите, что хотелось бы сделать подешевле, но давайте посчитаем.
Типовой набор гальванически развязанного АЦП:
1. DC-DC преобразователь (PEAK PLU-xx05)
2. Цифровой изолятор (ADUM3301x)
3. АЦП
4. ИОН (Если АЦП со встроенным ИОН - ADS7818 12 бит, то п. 4 исключается)
Что потребуется Вам для линейной опторазвязки:
1. DC-DC - нужен
2. Линейный оптрон (наверняка сравнимо по цене с цифр.изолятором)
3. Прецизионные ОУ 2 шт (точно сравнимо с АЦП)
---
Но в случае с АЦП Вы практически не испытываете трудностей с повторяемостью результата от канала к каналу (разве что - разброс резистивного делителя на входе и смещение нуля АЦП).
А то что на борту МК уже есть АЦП - к этому надо относится по-философски :-) Большинство производителей идут по пути избыточности и универсальности, дабы иметь бОльший охват рынка, что в свою очередь позволяет им снижать цены. Скажем так - будь ваш МК без АЦП, Вы бы купили его дороже.

[alexander55]

Вот, сюда поглядите, только сегодня написано.

Метафизика какая-то. Похоже действительно есть какое-то информационное поле.
К автору поста.
Применяйте HCNR201. Рекомендую.

[Atridies]

Спасибо за помощь. Матчасть изучил .
Точность измерения нужна порядка одного процента. Т.к. в моей задаче есть только два порога, то линейность оптической передачи сигнала не играет большой роли (в любом случае, имея передаточные кривые можно рассчитать две точки на выходе по которым судить - попали в интервал или нет).

Использовать оптопары HCNR200 смысла не вижу (хотя и порадовал товарищ, который добился 0,1%) - дешевле будет многовходовое АЦП поставить за порогом (HCNR200 по данным efind стоит 2,5$ - мне их надо 5 штук).

Идея с переключаемым конденсатором - очень неплоха, но там получается большое количество ключей, да и я честно говоря, ни разу не пробовал такое делать.

Основная моя идея была в использовании наидешевейших оптопар (типа ILQ1 - где 4 шт. в одном корпусе стоят 1,5$) и в возможно максимальном "совмещении функциональной нагрузки" (как говорят ракетчики).

Теперь думаю дальше: если использовать АЦП (на той стороне развязки) - в любом случае надо делитель, и даже если с 1% резисторами - в наихудшем случае получаем 2% погрешности измерения. Значит - в любом случае при производстве надо калибровать каждый вход. А раз это неизбежно - может пройдет идея использования ILQ1? Ведь при калибровке можно учесть CTR конкретного элемента. Как Вам эта идея?

P.S. Можно конечно использовать и резисторы 0,5%, но боюсь меня комплектовщик линчует за это.

Сообщение отредактировал Atridies - Jan 22 2008, 09:13

[_Vladimir_]

Спасибо за помощь. Матчасть изучил .
Точность измерения нужна порядка одного процента. Т.к. в моей задаче есть только два порога, то линейность оптической передачи сигнала не играет большой роли (в любом случае, имея передаточные кривые можно рассчитать две точки на выходе по которым судить - попали в интервал или нет).

Использовать оптопары HCNR200 смысла не вижу (хотя и порадовал товарищ, который добился 0,1%) - дешевле будет многовходовое АЦП поставить за порогом (HCNR200 по данным efind стоит 2,5$ - мне их надо 5 штук).

Идея с переключаемым конденсатором - очень неплоха, но там получается большое количество ключей, да и я честно говоря, ни разу не пробовал такое делать.

Основная моя идея была в использовании наидешевейших оптопар (типа ILQ1 - где 4 шт. в одном корпусе стоят 1,5$) и в возможно максимальном "совмещении функциональной нагрузки" (как говорят ракетчики).

Теперь думаю дальше: если использовать АЦП (на той стороне развязки) - в любом случае надо делитель, и даже если с 1% резисторами - в наихудшем случае получаем 2% погрешности измерения. Значит - в любом случае при производстве надо калибровать каждый вход. А раз это неизбежно - может пройдет идея использования ILQ1? Ведь при калибровке можно учесть CTR конкретного элемента. Как Вам эта идея?

P.S. Можно конечно использовать и резисторы 0,5%, но боюсь меня комплектовщик линчует за это.

Есть еще вариант.
Преобразователь напряжения-частота - оптопара - далее варианты, например измерение частоты
CPU.
По количеству элементов это минимально.
Интегральные преобразователи напряжения-частота вроде выпускаются, только максимум они скорее всего до 10в.

[xemul]

Сомневаюсь, что аналоговая опторазвязка с 1% точностью получится дешевле (в первом посте это было указано основной причиной похода за траблами) компаратора с окном и оптопары, используемой по прямому назначению.

[Stanislav]

Идея с переключаемым конденсатором - очень неплоха, но там получается большое количество ключей, да и я честно говоря, ни разу не пробовал такое делать.
...........................................................

А Вы уверены в том, что действительно нужна гальваноразвязка? Если да, то на какое напряжение?

[Atridies]

Развязка нужна - это требование заказчика. Развязка на 1000В. Тут сложность еще в том, что на некоторые выводы (когда измерение не производится) попадает 220В. Т.е. простую транзисторную оптопару не поставишь - надо брать на полевике (а это соответсвенно цена).

Я все же склоняюсь к тому, чтобы измерять АЦП и потом уже развязваться в цифре.

Сообщение отредактировал Atridies - Jan 23 2008, 06:48

[slog]

Я так понял что нужно определить попадает ли входной сигнал в окно 21-27V. И для этого совсем не нужен АЦП. Одного стабилитрона на 20В последовательно с фотодиодом оптрона достаточно чтобы сказать сигнал больше или меньше 21В. Если нужно обязательно детектировать чтоб не меньше 21 и не больше 27В, то сдвоенный компаратор за 0,2$ перед оптроном это сделает.

[Atridies]

Я так понял что нужно определить попадает ли входной сигнал в окно 21-27V. И для этого совсем не нужен АЦП. Одного стабилитрона на 20В последовательно с фотодиодом оптрона достаточно чтобы сказать сигнал больше или меньше 21В. Если нужно обязательно детектировать чтоб не меньше 21 и не больше 27В, то сдвоенный компаратор за 0,2$ перед оптроном это сделает.

slog, вы правы, только где можно найти компаратор за 0,2$, тем более сдвоенный ? Буду очень признателен, если ткнете носом. То, что нашел я - это не менее 1$ за каждый.
Да, мне надо сказать - попадает ли сигнал на входе в окно 21-27В. Точность краев окна - 1%.

[Rst7]

Да, мне надо сказать - попадает ли сигнал на входе в окно 21-27В. Точность краев окна - 1%.

А можно ли с этого сигнала съесть 3-4мА? Если да, то я бы делал так. 2 канала, один - порог 21В, второй - 27В. Канал представляет из себя TL431, анодом в землю, управляющий - на делитель (он определяет порог), катод через токоограничительный резистор (ну скажем, 10 ком) и светодиод оптрона PC817 (распространенный и дешевый) на сигнал (т.е. от него же и питать светодиод). Фототранзистор оптрона - и есть выход, куда надо.

[alexander55]

slog, вы правы, только где можно найти компаратор за 0,2$, тем более сдвоенный ? Буду очень признателен, если ткнете носом. То, что нашел я - это не менее 1$ за каждый.

Посмотрите оптроны ф. COSMO (это самые дешевые). Там есть и с обратными диодами и м.б. и с обратными светодиодами.
Тема детектирования наличия сети периодически всплывает. Воспользуйтесь поиском по сайту и найдете немало интересного.
Насчет стабилитронов для организации компараторов надо иметь ввиду их разброс.
PS. Как интересно тема перетекла в другое русло.

[EvgenyNik]

А можно ли с этого сигнала съесть 3-4мА? Если да, то я бы делал так. 2 канала, один - порог 21В, второй - 27В. Канал представляет из себя TL431, анодом в землю, управляющий - на делитель (он определяет порог), катод через токоограничительный резистор (ну скажем, 10 ком) и светодиод оптрона PC817 (распространенный и дешевый) на сигнал (т.е. от него же и питать светодиод). Фототранзистор оптрона - и есть выход, куда надо.

Таким образом в точность 1% не уложиться точно. TL431 начинает открываться достаточно медленно и ровно на столько, чтобы удержать на опорном входе 2,5В. Оптрон будет работать в линейном режиме и сделать порог точным не получится.

[_Pasha]

Таким образом в точность 1% не уложиться точно. TL431 начинает открываться достаточно медленно и ровно на столько, чтобы удержать на опорном входе 2,5В. Оптрон будет работать в линейном режиме и сделать порог точным не получится.

Посмотрите в сторону max9040(1,2,3)/9050(1,2,3).
Получается тот же принцип, что с TL431, но переключение у них 400 нс.
Только вот лично не применял и доставабельность у них не знаю какая.

Сообщение отредактировал _Pasha - Jan 24 2008, 22:22

[Rst7]

TL431 начинает открываться достаточно медленно и ровно на столько, чтобы удержать на опорном входе 2,5В

Что значит медленно? Как компаратор она за пару микросекунд сработает. Частота единичного усиления у нее порядка мегагерца и усиление по постоянке 50-60дБ, вполне ничего так операционник ну и компаратор в последствии. Кстати, автор ничего не сказал о динамике сигнала.

[xemul]

При чем тут динамика? В самом первом посте автор сказал:

...
Измеряемое напряжение 24В. Устройство должно сказать: попадает ли измеряемое напряжение в интервал 21...27В.

Могу предположить, что даже время реакции на выход напряжения за допуск автора не сильно беспокоит, т.к. он собирался контролировать процесс АЦПой.
То, что на контролируемые шнурки может когда-то и откуда-то попадать 220В, определяет требования по защите входов измереметра (и эти требования будут одинаковы и для компаратора, и для АЦП), но не динамику контролируемого сигнала.
Что за зверь "оптопара на полевике", просто не понял. Оптопары будут запитываться от 220 В? А от чего будет питаться все остальное?
имхо, тупое решение в лоб (в рамках оглашенной автором информации) пока остается самым дешевым и надежным: две опоры, 10 компараторов (по паре на канал; LMV339 в нормальной партии стоят $0.2), 5 обычных оптопар (или 3 сдвоенных, или 2 счетверенных, или ... - дело вкуса), ну и десяток резисторов 0.5% в делителях.
Кста, еще одна загадка, которую я не могу вкурить: зачем нужно с 1% точностью определять выход параметра за ворота в +-12.5% от номинала?

[EvgenyNik]

Что значит медленно? Как компаратор она за пару микросекунд сработает. Частота единичного усиления у нее порядка мегагерца и усиление по постоянке 50-60дБ, вполне ничего так операционник ну и компаратор в последствии.

Прошу прощения за неверный термин. Не медленно, а характеристика - линейная.
Как компаратор не работает, т.к. у ТЛ обратная связь - отрицательная, её задача регулировать, а не "щёлкать". Это же шунтовой стабилизатор.
Допустим, поставим в анод ТЛке оптрон. ТЛ при привышении на опорном входе сигнала начнёт открываться (кстати, рабочий ток ТЛ (от 400мкА) тоже будет протекать через оптрон!) и пропускать некий ток. Светодиод начинает светиться не сразу, а только от какой-то величины тока, фототранзистор тоже почувствует это абы как и так далее вплоть до неопределённости во входном каскаде микросхемы, принимающей дискретный сигнал.

[Rst7]

Как компаратор не работает, т.к. у ТЛ обратная связь - отрицательная, её задача регулировать, а не "щёлкать". Это же шунтовой стабилизатор.

Рекомендую заглянуть в даташит от TL431 (например на On Semiconductor) и в схемах применений обратить внимание на схему использования ее как компаратора. Замыкать петлю обратной связь тут не надо; хотя, конечно, небольшая ООС будет в связи с конечным сопротивлением источника сигнала.

Допустим ...

Так у компаратора тоже конечный коэффициент усиления. Тоже есть область линейного усиления. Для улучшения характеристики стоит конечно еще зашунтировать светодиод оптрона резистором, ну скажем, на 1.5-2 кОм.

[Atridies]

Спасибо за советы. Решение я выбрал, а посему предлагаю закрыть тему.

[Rst7]

Решение я выбрал, а посему предлагаю закрыть тему.

Так скажите нам, какое? И поделитесь потом результатами, если не сложно

[Atridies]

Решение: АЦП с развязкой по цифровым каналам. И вот почему: появились серьезные опасения, что впоследствии (от заказа к заказу) пороги могут изменяться. В этом случае удобно просто задавать другой порог микроконтроллером (или даже с компа по UART). И кроме того, мне удалось уменьшить требование по точности.
"Оптопара на полевике" - это когда приемник светового потока не биполярный транзистор, а полевой. По умному - это зовется "твердотельное реле".
Результатами смогу поделиться только недели через 3-4, когда плату разведут, закажут и спаяют.

[EvgenyNik]

"Оптопара на полевике" - это когда приемник светового потока не биполярный транзистор, а полевой

эта штука способна кратковременно открываться от статического заряда, передаваемого через ёмкость развязки на затвор полевика.
Вход светодиода надо обязательно шунтировать сопротивлением порядка 10к-20к.