Измерение тока, Посоветуйте схему на ОУ Опции

[Fortune]

Посоветуйте пожалуйста рабочую схему измерения тока нагрузки БП с выходным напряжением 30В (от 0 до 10А)
на операционном усилителе с однополярным питанием (LM358). Предположительно, шунт сопротивлением 10 милиом.

Здесь
http://www.overclockers.com.ua/cpu/cpu-power/?print
в начале статьи говорится о двух схемах:
дифференциальный усилитель напряжения и преобразователь напряжение - ток.
поскольку я в аналоговой технике не сильно рублю, хочу задать несколько вопросов (даже если я получу ответы не на все, то все равно буду очень признателен):
1. Имеет ли значение тот факт, что выходное напряжение БП больше напряжения питания ОУ?
2. Какие преимущества и недостатки имеют эти схемы сравнимо друг с другом.
3. Чем определяется погрешность измерения? Собственно интересует нижняя область диапазона (единицы миллиампер), хотя поидее погрешность должна быть одинакова во всем диапазоне токов.
4. Где в интернете можно почитать конкретно и тупо по теме (только плиз ненадо ссылок на принцип работы ОУ, пускай я даже плохо понимаю азы), потому что обгуглился уже так, шо капец. Пытался разобраться с принципом измерения тока в китайском мультиметре на пределе 20 А, но там стоко проводов, шо глаза сломать можно.

Заранее спасибо за содержательные (и не очень )ответы.

[rezident]

Вам как раз-таки надо начинать с основ - принцип устройства и работы ОУ, схемы включения ОУ
Во-первых, входные сигналы ОУ в любом случае не должны превышать диапазона входных синфазных напряжений. То бишь, если сильно упрощенно напряжения на входах не могут быть выше положительного питания и ниже отрицательного питания. Если питание униполярное, то ниже потенциала общего провода. Есть в этом утверждении частности, но я и указал, что это грубое/упрощенное ограничение.
На рисунке 1 дифференциальное включение ОУ. Для данного включения напряжение питания ОУ может быть ниже измеряемого напряжения. Потому что на входах ОУ есть делители, смещающие потенциал. На точность преобразования (усиления) влияют входные токи и напряжение входного смещения. Смещение усиливается пропорционально коэффициенту усиления ОУ. Также как и входные токи помноженные на номинал входных резисторов дают дополнительное смещение и тоже усиливаются. LM358 для такой схемы подходит, но диапазон измерения токов вам нужно сильно урезать. Скажем 1А-10А, еще куда ни шло. Но при измерении в диапазоне 1 мА - 10А на такой схеме вы получите чудовищную погрешность внизу (на миллиАмперах).
На рисунке 2 схема преобразования напряжения в ток. Для данного включения в общем случае положительное напряжение питания ОУ не может быть ниже измеряемого. Написал в общем случае, потому что есть специальные ОУ для таких измерений, которые допускают входные потенциалы выше напряжения питания. Поэтому для этой схемы нужен такой ОУ, который работал бы в том же диапазоне напряжений, что и диапазон изменения измеряемого напряжения. Причем как по входным сигналам (rail-to-rail), так и по напряжению питания. LM358 для такой схемы подходит, но только если измеряемое напряжение БП будет ниже напряжения питания ОУ на величину ограничения синфазного напряжения (VCC-1,5В). Причем VCC тоже имеет ограничение по величине - 32В. Все это указано в datasheet LM358.

[domowoj]

И чтобы не вносить погрешности в вых. напряж. шунт(измерительный резистор)
лучше вынести "за землю", т.е. между землей и диодным мостом источника.

[=AK=]

Посоветуйте пожалуйста рабочую схему измерения тока нагрузки БП с выходным напряжением 30В (от 0 до 10А)
на операционном усилителе с однополярным питанием (LM358). Предположительно, шунт сопротивлением 10 милиом.

Здесь
http://www.overclockers.com.ua/cpu/cpu-power/?print
в начале статьи говорится о двух схемах:
дифференциальный усилитель напряжения и преобразователь напряжение - ток.

Поскольку напряжение 30В больше, чем напр. питания ОУ, вам подходит первая схема. Чтобы не заморачиваться, лучше используйте готовый дифференциальный усилитель. Для вашего случая подходит INA117, при его использовании потенциал шунта может быть намного больше напряжения питания ОУ. Он специально заточен для таких задач, как ваша. Правда, питание у него двуполярное.

Такой же INA148 может работать с однополярным питанием

[Пушкарев Михаил]

Посмотрите прикрепленный документ.

[dimka76]

INA117. Правда, питание у него двуполярное.

Такой же INA148 может работать с однополярным питанием

С данными микросхемами не разбирался, но в общем случае любой ОУ может работать как с одно- так и с двуполярным питанием. Главное правильно выбрать рабочую точку, чтобы не выйти за допустимый уровень входных синфазных напряжений. У ОУ нет вывода "общий", а есть только +V и -V. Так что даже двуполярное питание для него это однополярное, а общий, в данном случае, это просто рабочая точка.

[Fortune]

На рисунке 1 дифференциальное включение ОУ. Для данного включения напряжение питания ОУ может быть ниже измеряемого напряжения. Потому что на входах ОУ есть делители, смещающие потенциал.

А при КЗ в нагрузке измерительная схема сохранит работоспособность?

[Herz]

А при КЗ в нагрузке измерительная схема сохранит работоспособность?

Сохранит.

[Fortune]

Сохранит.

Хорошо, вот моя схема. Судя по делителю на неинвертирующий вход ОУ подается напряжение большее напряжения питания микросхемы. Она сможет работать? Если нет, то как я должен подкорректировать номиналы резисторов?

Поскольку напряжение 30В больше, чем напр. питания ОУ, вам подходит первая схема. Чтобы не заморачиваться, лучше используйте готовый дифференциальный усилитель. Для вашего случая подходит INA117, при его использовании потенциал шунта может быть намного больше напряжения питания ОУ. Он специально заточен для таких задач, как ваша. Правда, питание у него двуполярное.

Такой же INA148 может работать с однополярным питанием

А чем тогда меряют ток в китайских тестерах? там тоже специальные дифференциальные усилители стоят?

Посмотрите прикрепленный документ.

Спасибо, очень познавательно.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[dimka76]

Хорошо, вот моя схема. Судя по делителю на неинвертирующий вход ОУ подается напряжение большее напряжения питания микросхемы. Она сможет работать? Если нет, то как я должен подкорректировать номиналы резисторов?

Нет не сможет. Вам надо добавить резистор с вывода 2 на землю и изменить все номиналы.
Примерно так:
R17= R20 = 30 kOm
R18 = R(новый резистор) = 10 kOm
R26 = 750 kOm (чтобы Ку = 100)

А чем тогда меряют ток в китайских тестерах? там тоже специальные дифференциальные усилители стоят?

Там скорее всего токоизмерительный резистор стоит в отрицательной шине.
Т.е. если на вашем рисунке символ земли (нарисованный вверх ногами ) и символ VCC1( нарисованный лежачим на боку) поменять местами, а нижний вывод R18 подключить к +питанию.

[SSerge]

Нет не сможет. Вам надо добавить резистор с вывода 2 на землю и изменить все номиналы.
Примерно так:
R17= R20 = 30 kOm
R18 = R(новый резистор) = 10 kOm
R26 = 750 kOm (чтобы Ку = 100)

Поправлю, в такой схеме R18 должен быть немного меньше чем 10к.
Фактически эта та-же самая схема диф.усилителя, но входные резисторы в ней заменены на делители напряжения.
Проще всего добиться нужного сопротивления R18 подключив ему параллельно ещё один резистор, с сопротивлением как у R26.

[domowoj]

Вот так , питание лучше двухполярное, хотя бы небольшой минус питания был,
допустим минус 5В.
R1- нагрузка, R- шунт.

Сообщение отредактировал domowoj - Sep 24 2009, 15:03

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Нет не сможет. Вам надо добавить резистор с вывода 2 на землю и изменить все номиналы.
Примерно так:
R17= R20 = 30 kOm
R18 = R(новый резистор) = 10 kOm
R26 = 750 kOm (чтобы Ку = 100)

Я бы не советовал так делать. Это уже не будет дифусилителем. Если не взять готовый инструментальный усилитель, то лучше уж уменьшить номиналы резисторов R18 и R26 раз в 100 и поставить второй каскад, благо в корпусе 358-го два ОУ.

Вот так , питание лучше двухполярное, хотя бы небольшой минус питания был,
допустим минус 5В.
R1- нагрузка, R- шунт.

Бывает, что отрицательное питание просто взять негде. Существуют ОУ, способные работать при однополярном питании с диапазоном входных, включающем небольшое отрицательное. Как раз для таких случаев полезная вещь. Но автору, похоже, хочется непременно использовать имеющиеся у него 358-ые.

[domowoj]

Вообще-то у 358 входные транзисторы pnp , при 0В на входе вполне могут работать,
а про выход уже сказано выше.

[rezident]

Хорошо, вот моя схема. Судя по делителю на неинвертирующий вход ОУ подается напряжение большее напряжения питания микросхемы. Она сможет работать? Если нет, то как я должен подкорректировать номиналы резисторов?

Плохая схема.
Во-первых, входные напряжения ОУ вблизи напряжения питания VCC1. Если VCC1 до 30В может достигать, то питание ОУ VCC2 должно быть не ниже 30В*200кОм/(200кОм+2кОм)+2В=31,7В, но 32В максимально допустимая величина напряжения питания для LM358.
Во-вторых, входное напряжение смещения для LM358 может достигать 5мВ. При величине шунтового резистора 0,01Ом это соответствует 0,005В/0,01Ом=0,5А (или с учетом КУ=100, 0,5В на выходе ОУ при нулевом токе через шунт). А ведь вы же какие-то там миллиАмперы собирались измерять. Или уже нет?

А чем тогда меряют ток в китайских тестерах? там тоже специальные дифференциальные усилители стоят?

В китайских тестерах двуполярное питание у входного усилителя.

И вообще, прислушайтесь к советам про инструментальный усилитель. LM358 не очень подходит для данного применения.

[=AK=]

С данными микросхемами не разбирался, но в общем случае любой ОУ может работать как с одно- так и с двуполярным питанием.

А вы разберитесь. Это не ОУ.

А чем тогда меряют ток в китайских тестерах? там тоже специальные дифференциальные усилители стоят?

Тестер изолирован. Посмотрите на него внимательно: он собран в пластмассовом корпусе, имеет батарейное питание и не имеет снаружи металлических деталей, соединенных с его внутренней схемой (за исключением гнезд для щупов). Его внутренняя земля "плавает", она имеет потенциал той схемы, к которой присоединены щупы. Поэтому разбаланс между питанием схемы тестера и измеряемым устройством невелик, типично он гораздо меньше, чем у вас.

[Fortune]

Я бы не советовал так делать. Это уже не будет дифусилителем.
...Но автору, похоже, хочется непременно использовать имеющиеся у него 358-ые.

Вот и мне так показалось при моделировании. какие-то непредсказуемые результаты получаются.
Да, действительно хотелось бы на 358, но кажись тут так просто не отделаешься...

Тестер изолирован. Посмотрите на него внимательно: он собран в пластмассовом корпусе, имеет батарейное питание и не имеет снаружи металлических деталей, соединенных с его внутренней схемой (за исключением гнезд для щупов). Его внутренняя земля "плавает", она имеет потенциал той схемы, к которой присоединены щупы. Поэтому разбаланс между питанием схемы тестера и измеряемым устройством невелик, типично он гораздо меньше, чем у вас.

А что идея...запитать ОУ от изолированного источника... Вот уж не думал что такая казалось бы простая задача измерения тока окажется на практике настолько сложной...

[Microwatt]

А что идея...запитать ОУ от изолированного источника... Вот уж не думал что такая казалось бы простая задача измерения тока окажется на практике настолько сложной...

От изолированного источника? А куда результат измерения передавать? Его же как-то к земле подвязать нужно? Ищите способ шунт в земляной провод поставить. Для LM358, похоже, - единственный выход.
Измерение постоянного тока в плюсовой шине действительно непростая задача. Есть специальные м/с для этого, но дороговаты. И, кажется, больше 30 вольт напряжения не тянут.
Схема с делителями на входе ОУ перед и после шунта (тут, выше упоминалась) НЕ РАБОТАЕТ. Она умозрительна и дает очень большую погрешность на практике.

[Fortune]

Плохая схема. И вообще, прислушайтесь к советам про инструментальный усилитель. LM358 не очень подходит для данного применения.

Похоже, что Вы меня практически убедили в такой необходимости...начинаю понемногу въезжать...

Схема с делителями на входе ОУ перед и после шунта (тут, выше упоминалась) НЕ РАБОТАЕТ. Она умозрительна и дает очень большую погрешность на практике.

Мне кажется, если я правильно понял суть, она будет работать если делители на входе будут идентичными, чего на практике достичь нереально, или причина другая?

Причина редактирования: Излишнее цитирование.

[Microwatt]

Мне кажется, если я правильно понял суть, она будет работать если делители на входе будут идентичными, чего на практике достичь нереально, или причина другая?

В свое время, я за такую схему ухватился, она мне показалась естественной и логичной. Как всегда, в таких случаях, не глядя, собрал в макете. И долго не мог добиться ничего путного. Потом поостыл, попробовал все-таки просчитать. Тоже чепуха какая-то получилсь.
Прылся у буржуинов в литературе - да, все в расчете верно. Там получается очень большой "рычаг" на погрешность делителя.
Не помню уже точно цифры, но погрешность делителя в 1% давала погрешность измерения процентов в 30. Это, если делители делать пополам. Если их делать по 0.9 или 0.95, то погрешность, конечно, уменьшается, но все равно, заметно выше точности резисторов делителя. И смещение ОУ тоже там работает крайне плохо, резко ухудшает точность измерения.
Ну, дальше стало неинтересно, положил идею на полку с пометкой - "не применять никогда!". Не могу вспомнить где лежит в компе статья на эту тему, дал бы ссылку.....

[domowoj]

Не пойму, чем не нравится предложенная мной схема.
(Не я ее придумал, печатался ИП в "Радио, электроника, фернзеен" лет 20 назад)
Инвертирующий усилитель с минимумом деталей,
еслиделать на ОУ r-r может работать от однополярного питания,
к тому же не вносит погрешности в вых. напряжение
из-за падения на шунте.
Сопротивление шунта можно взять 0.1Ом и коэф. усиления - 10

[Stas]

У National в пособиях по применениям есть схема зарядника батарей в приложенном файле на рисунке4 - значение тока через шунт усиливает LMC6081.

Прикрепленные файлы

 Bat_ch.pdf ( 111.83 килобайт ) Кол-во скачиваний: 246

 

[Microwatt]

У National в пособиях по применениям есть схема зарядника батарей в приложенном файле на рисунке4 - значение тока через шунт усиливает LMC6081.

так там датчик - в цепи "минуса". Да, это работает без проблем.

[Stas]

Если нет желания пересмотреть схему и вынести шунт в землю, то видимо для топикстартера одно из дешевых и простых решений поставить LT6106 - питание от 3 до 36 вольт, шунт в плюсе. Стоит в р-не 80 - 100 руб и вроде даже доставаем поштучно в наших землях.
Если все же необходимо куда то приделать LM358, то конечно можно поставить 3 вт DC/DC (типа AM3T-2412SZ), потенциал выхода привязать к шунту - снимать данные и оцифровывать и отображать, но землю разрабатываемого прибора нельзя будет соеденить с землей БП. Как вариант данные с ацп транслировать через гальваническую развязку (+ADUM или пара оптронов) в потенциал земли, где их отображать. (Возможно извратиться и с гальванически развязанным транслятором аналогового сигнала, есть еще схемы смещения потенциала измеренного тока шунтов электроприводов ).

Прикрепленные файлы

 LT6106.pdf ( 240.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 105

 

[Fortune]

Не пойму, чем не нравится предложенная мной схема.
(Не я ее придумал, печатался ИП в "Радио, электроника, фернзеен" лет 20 назад)

Попробую промоделировать...

Если все же необходимо куда то приделать LM358, то конечно можно поставить 3 вт DC/DC (типа AM3T-2412SZ), потенциал выхода привязать к шунту - снимать данные и оцифровывать и отображать, но землю разрабатываемого прибора нельзя будет соеденить с землей БП. Как вариант данные с ацп транслировать через гальваническую развязку (+ADUM или пара оптронов) в потенциал земли, где их отображать.

АЦП+Адум это жесть...потом после всего еще на выходе поставить ЦАП и подключить стрелочный индикатор.

... одно из дешевых и простых решений поставить LT6106 - питание от 3 до 36 вольт, шунт в плюсе. Стоит в р-не 80 - 100 руб и вроде даже доставаем поштучно в наших землях.

Этой у наших поставщиков не нашел, но вот еще MAX4080 приглянулась...тоже недорогая...

Причина редактирования: Нарушение п.3.4 Правил фоурма.