Токовый шунт+AVR, Измерение тока шунтом в 75mV (однополярное питание) Опции

[Oleg_Gordzei]

Здравствуйте!

Есть стандартный шунт 30A/75mV. Требуется цифровая индикация тока/напряжения.

Вопрос:
-каким образом произвести приемлемое усиление сигнала шунта (0-75mV), для подачи на вход АЦП?
-как реализуется усиление с помощью ОУ с однополярным питанием?

Есть куча решений на LM358, но применив её с однополярным питанием, я получаю жуткую нелинейность (особенно в начале диапазона). Как реализуется коррекция в данном случае на программном уровне?

До этого я применял (неоднократно) ОУ с двуполярным питанием и коррекцией смещения потенциометром, всё работало на ура...а тут хочется упростить (удешевить) схему.

Спасибо!

[kovigor]

Вопрос:
-каким образом произвести приемлемое усиление сигнала шунта (0-75mV), для подачи на вход АЦП?

Ключевая фраза для поиска: "Current-sense amplifier". Их довольно много, например, у MAXIM'а:

http://www.maxim-ic.com/products/amp_comp/current_sense/

[alex_zhuravlyov]

вот http://easyelectronics.ru/usilitel-tokovog...na-max4372.html

[_Pasha]

[attachment=61693:cood.PNG]
Rail-To-Rail например MCP601

[Oleg_Gordzei]

Rail-To-Rail например MCP601

А что даёт такое дифф. включение? Vr-это что? И при этом будет ли линейность?

Сообщение отредактировал IgorKossak - Oct 18 2011, 11:33

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[_Pasha]

А что даёт такое дифф. включение? Vr-это что? И при этом будет ли линейность?

Спайс в помощь

[zhevak]

Рискну предложить еще один способ для обычных оперов -- не Rail-to-Rail.

Схему детекторного приемника помните? Схема в прикрепленном файле. (Как вставить изображение в пост я не понял. Ни разу не пользовался.)

Если у МК есть свободная нога, то выведите на нее меандр и подайте его на этот "детектор". Я, правда, не знаю на сколько хорошо этот способ подойдет для вашей схемы, но ВЧ-помехи по -Vcc можно загасить или RC-цепью, или поставить маленький дроссель. Вариантов масса. Опер жрет совсем чуть чуть, поэтому тут нагрузка вообще никакая.

Пробуйте, может что и получится. Я так иногда делаю. Реально помогает! Главное -- не лениться искать решения.

И да, извините, за качество схемы. Рисовал тем, что было под руками, хотелось по-быстрее ответить.

Сообщение отредактировал IgorKossak - Oct 18 2011, 16:41

Прикрепленные изображения

 

[pavel-pervomaysk]

Смысл этих извращений неоправдан.
LM358 + ICL7660 дешевле, чем специализированная микросхема с однополярным питанием.

[DmitryM]

Есть куча решений на LM358, но применив её с однополярным питанием, я получаю жуткую нелинейность (особенно в начале диапазона). Как реализуется коррекция в данном случае на программном уровне?

LMV358 - rail to rail

[Oleg_Gordzei]

ну а то что просто лепят на LM358?

Смысл этих извращений неоправдан.
LM358 + ICL7660 дешевле, чем специализированная микросхема с однополярным питанием.

ICL7660 дорогая блин, вот с детектором мысль интересная...

[xemul]

ну а то что просто лепят на LM358?

Значит тех, кто лепит или устраивает нелинейность, смущающая Вас, или они лепят не просто. Но вряд ли используют "коррекцию на программном уровне", о которой Вы размышляете.

вот с детектором мысль интересная...

Если только АЦП и накачка "детектора" не будут жить в одном чипе. Или если 8 бит достаточно.
Но Вы так и не сказали, чем Вас не устраивает имеющееся многообразие R2R ОУ, в том числе и инструментальных. Или тираж изделия такой, что $0.05 * N = бешеные бабки?

[Oleg_Gordzei]

[attachment=61693:cood.PNG]
Rail-To-Rail например MCP601

- 8 бит меня вполне устоит

- а вот схему PASHA-ы так и не понял...Vr-это коррекция смещения что ли?

- из Rail-to-Rail мне доступна только OP495GP по цене >1 EUR...

- детектор + OP07CP (с доп. коррекцией смещения), дают лучшие результаты, её я раньше и использовал


если однополярный Rail-to-Rail как его включать???

Сообщение отредактировал Oleg_Gordzei - Oct 19 2011, 14:52

[Пушкарев Михаил]

если однополярный Rail-to-Rail как его включать???

По схеме неинвертирующего операционного усилителя. Придется согласиться с повышенной погрешностью в начале шкалы.

Сообщение отредактировал Пушкарев Михаил - Oct 19 2011, 14:59

[Oleg_Gordzei]

Спасибо!!!

[xemul]

- а вот схему PASHA-ы так и не понял...Vr-это коррекция смещения что ли?

Это просто смещение - напряжение на выходе ОУ будет приподнято на ~ Vr*R4/(R3+R4).
Минус схемы - в противоречивых требованиях к номиналам.
Если напряжения на нижних выводах шунта и R4 равны с достаточной точностью, R1 нужно убрать и использовать обычный ОУ,
а если нужен дифф. вход, проще поставить инструментальный R2R ОУ, чем так мучиться.

- из Rail-to-Rail мне доступна только OP495GP по цене >1 EUR...

Тады ой. В ваши края точно почту не доставляют?

- детектор + OP07CP (с доп. коррекцией смещения), дают лучшие результаты, её я раньше и использовал

Проблема не в самом детекторе, а в источнике его накачки. Если обеспечите незаметность токов питания этого источника и ОУ для АЦП, используйте на здоровье.

[_Pasha]

- а вот схему PASHA-ы так и не понял...Vr-это коррекция смещения что ли?

вот
Картинка была под рукой, источника не было.
стр. 20 по пдфу

Сообщение отредактировал _Pasha - Oct 19 2011, 16:00

[Леонид Иванович]

LM358, но применив её с однополярным питанием, я получаю жуткую нелинейность (особенно в начале диапазона)

Это потому, что выход у него не совсем rail-to-rail: только вниз, да и то плохенько. Нужно или применить настоящий rail-to-rail ОУ (но они дорогие), или добавить с выхода LM358 резистор на землю (порядка 1 кОм), будет заметно лучше, хотя и не идеально.

[ivainc1789]

Проблема известная, вечно интересная, но топикстартер вроде не пояснил:
1. Какой common mode sense voltage range? High side or Low side?
2. Следует ли отслеживать режим КЗ после шунта (или автоограничение тока)? Будет ли петля обратной связи?
3. Какой диапазон предполагается измерять с этого шунта?
4. Каким ADC планируется оцифровывать?
5. Есть ли ограничения на методы калибровки?

Без этих ответов не выбрать вариант решения. Сходу обсуждать LM358 вроде бы глупо.

[pavel-pervomaysk]

Дело не в операционнике, а в том кто проектирует схему и софт.

[Огурцов]

Можно ли выкинуть опорник 2.5V ?



Если делать опорное напряжение из напряжения питания, на выход преть помеха
Инвертирующий вход свободный, коэффициент усиления не так важен.

[sera_os]

можно взять опорное с питания, но когда помеха то можно попробовать зафильтровать. Резисторы делителя (опоры) взять побольше, и к нижнему конденсатор (фильтр). Вход через конденсатор, если усиливать только переменку.

[Kovrov]

AD8552
одно полярное питание рил ту рил
смещение - 1 мкВ
----------------------------
Или тоже дорого?

[pavel-pervomaysk]

AD8552 = 4$ , в чем смысл такого применения ?

[Kovrov]

смещение - 1 мкВ

.... однополярным питанием, я получаю жуткую нелинейность (особенно в начале диапазона).

Спасибо!

[314]

3. Какой диапазон предполагается измерять с этого шунта?

А не возникает ли ощущения, что начинать обсуждение вообще надо с вопроса, какой ток и напряжение будем мерять, постоянный, переменный, в смысле изменяющий направление, скорости нарастания/спада, в смысле полосы пропускания усилителя, а также требуемая точность измерения (при этом имеем ввиду что точность стандартного шунта 0.5%, повышенной точности 0.25%, поэтому требование точности всего измерителя ниже или равным этим значениям будет выглядеть странновато)?

[DrGluck]

А не возникает ли ощущения, что начинать обсуждение вообще надо с вопроса, какой ток и напряжение будем мерять

+1
P.S. кстати, у AVR есть модели со встроенным усилителем x10, x200 (например ATmega16)

[Огурцов]

AD8552

Хороший усилитель, пойдет для термометра.

А не возникает ли ощущения, что начинать обсуждение вообще надо с вопроса, какой ток и напряжение будем мерять, постоянный, переменный, в смысле изменяющий направление, скорости нарастания/спада, в смысле полосы пропускания усилителя, а также требуемая точность измерения (при этом имеем ввиду что точность стандартного шунта 0.5%, повышенной точности 0.25%, поэтому требование точности всего измерителя ниже или равным этим значениям будет выглядеть странновато)?

Например, ток 5А, шунт 0.05Ом, напряжение +/-0.25В (относительно земли), относительная точность (по второму каналу) 1%, абсолютная точность 5%. Суть темы - AVR имеет встроенный усилитель 5x, 10x, 20x, который нужно использовать. Иначе ТС написал бы в "Аналоговую".

[314]

To Огурцов:

Например, ток 5А, шунт 0.05Ом, напряжение +/-0.25В (относительно земли)

А ТС об этом в курсе?

В вашем же случае есть 2 варианта, причем во втором случае измеряющий контроллер одновременно должен управлять нагрузкой.
В первом варианте, это если есть возможность оторвать ноль шунта от земли схемы, делаете делитель на U/2, привязываете к нему шунт, и измеряете дифференциальное напряжение на дифференциальных входах. Точное значение опорного напряжения можете померять отдельно и учесть в дальнейшем. Кстати, можно использовать опору 2.56В, если в используемом Вами контроллере она есть.
Если же нет возможности оторвать шунт от земли, делаете 2 одинаковых делителя где-то 1/10 (ну чтобы 0.5в опоры было), при отключенной нагрузке меряете как опору, так и смещение 0 (таким образом компенсируете погрешности резисторов делителя), земляной вывод одного из делителей подключаете на измерительный вывод шунта.
Осталось только выяснить, что у Вас первый и что такое второй канал. И еще, если Вам нужна точность 1%, то будет лучше использовать внешний операционник, приводящий уровень шунта к полному диапазону АЦП, встроенный все-таки шумит из-за кристалла.

[Огурцов]

А ТС об этом в курсе?

Молчание - знак согласия.

В первом варианте, это если есть возможность оторвать ноль шунта от земли схемы, делаете делитель на U/2, привязываете к нему шунт, и измеряете дифференциальное напряжение на дифференциальных входах.

Не понятно. Но дифференциально подключать операционник можно и без отрыва шунта от земли. Правда, есть сомнения, может ли это AVR.

Точное значение опорного напряжения можете померять отдельно и учесть в дальнейшем. Кстати, можно использовать опору 2.56В, если в используемом Вами контроллере она есть.

Note that VREF is a high impedant source, and only a capacitive load should be connected in a system, так что вряд ли. Будет проще наоборот, с внешней опорой.

Осталось только выяснить, что у Вас первый и что такое второй канал.

Если нагрузка - двигатель, то каналов может быть два или три, по числу обмоток. Фишка в том, что нет необходимости ставить резисторы с полпроцентной точностью, если они из одной "коробки". Относительная погрешность номиналов, обычно, гораздо ниже абсолютной.

[Огурцов]

Хороший усилитель, пойдет для термометра.

Зачот с полпинка. А я бился когда-то о lm358, каких только костылей к нему не прикручивал.

[Batman]

Использовал... Нет, хотел использовать LM358 для измерения тока с 0,002 Ом шунта. На малых токах шунта, он вообще отказывался работать, так что наверно лучше за него забыть. LMV358 тоже не заработал, + ненадежные. Пришлось использовать ACS756 - выход сдвинут в пол-напряжения-пиания. Как раз для АЦП. Но дорого.

Сообщение отредактировал Batman - Dec 9 2011, 14:21

[DmitryM]

LMV358 тоже не заработал, + ненадежные.

Чем не надежные? Порядка полутысячи работают, ни одного отказа.

[Огурцов]

LMV358 тоже не подойдет - по входу нужно 75mV, а у него смещение 7, т.о. 10% ошибки поимеем только на ОУ.

Сообщение отредактировал Огурцов - Dec 10 2011, 13:54

[Огурцов]

Я тут подумал - все просто, для шунта на 75мв и ацп на 10бит нужен ОУ со смещением по входу не хуже 75мкв. А по поводу встроенного в AVR ОУ у меня вообще появились огромные сомнения. Хотя явные указания на смещение я не увидел, но думаю, речь идет где-то о 4 битах ошибки при Uref 4в, т.е. о 15мв. Что ни в какие ворота (с) при 75мв на входе.

[nickbor]

Я часто использую INA139. Он специально для этих целей. Это как обычный ОУ, только с очень большим допустимым синфазным напряжением, сохраняющий линейность аж до 40 вольт. Только надо смотреть, чтобы его земля была подключена на "слабую" землю вместе с МП, "сильная" земля может прыгать сильно.

Сообщение отредактировал nickbor - Dec 12 2011, 19:15

[Kovrov]

LMV358 тоже не подойдет - по входу нужно 75mV, а у него смещение 7, т.о. 10% ошибки поимеем только на ОУ.

мозг себе не сушите.
я уже предложил толковый оу - 8552
---
себе делал так:
повторитель + 2 каскада усиления по 10
--
ацп на меге 88
смещение 1/2 Vref
в итоге диапазон измерений от 5-10мкв ... 1,2вольт.
--
Эта разработка уже более 8 лет работает на различных энергетических комплексах (набор шунтов от 5А до 1500А)

ЗЫ... а насчет lm358 - включил его,както, в банальный повторитель с биполярным питанием - от разницы парметров между входом и выходом чуть ли не поседел...
(может партия такая была пробывал 3 штуки из одной коробки)

[Огурцов]

мозг себе не сушите.
я уже предложил толковый оу - 8552

Зачем сушить, я уже сказал, что поставил. Только слишком хорош, собака.

себе делал так:
повторитель + 2 каскада усиления по 10

Это три операционника последовательно, я правильно понял ? Жестоко, зачем такой схэм ? На трех инструментальный собирается.

[Kovrov]

Это три операционника последовательно, я правильно понял ? Жестоко, зачем такой схэм ? На трех инструментальный собирается.

просто мои задачи более жесткие
с 1000 амперного шунта нужно 0,1 получать
по сему и реализую 3 диапазона ку1 10 100

[usav]

AD8552 был толковым 6-7 лет назад, а теперь есть дешевле в разы.
Я, например, применяю 8538 (а никто и не просил 1мкВ!).
Очень неплохое соотношение цена-смещение MCP6V01/02 - снова,
для этой задачи излишне точен, но может оказаться самым дешевым!
Под эту задачу заточен AD8205 (их много и есть значительно новей, но
под 75мВ и цена и доступность - ОНО, в Киеве =2$) - позволяет плавать
шунту от минус 2В до +65В! Правда требует небольшого сдвига выхода и запоминания
нуля при калибровке, но зато потом уверенно держит третий десятичный знак в "999"
и позволяет работать, как с уни-, так и би -полярными токами. Кстати PIN_AVR_REF
позволяет нагрузку до 30ком, поэтому смещение на ОУ =100ком ОЧЕНЬ УДОБНО!

Сообщение отредактировал usav - Dec 13 2011, 17:01

[Огурцов]

8538 (а никто и не просил 1мкВ!)

Дорого

Очень неплохое соотношение цена-смещение MCP6V01/02 -

Вполне можно попробовать, но дешевле на пять % - погоды не сделает.

Под эту задачу заточен AD8205

Дорого, хотя встроенные резисторы весьма радуют.

Кстати PIN_AVR_REF позволяет нагрузку до 30ком, поэтому смещение на ОУ =100ком ОЧЕНЬ УДОБНО!

А повторитель не нужен ? А то ж вроде как ООС будет таскать за собой опору.