Измерение напряжения АКБ 12V для АЦП МК Опции

[johny_2000]

Добрый день!
Подскажите, пожалуйста, правильную топологию высокоточной схемы измерения напряжения на клеммах авто АКБ с последующей оцифровкой АЦП МК семейства TI C2000.
Разрабатываю схему с дифференциальным входом.
Диапазон входных напряжений от 0В до 18В. (0-100%)
Выходной сигнал от 0В до 3В (0-100%)
Требуемая точность измерений входного напряжения - не хуже +/- 0,01В.

Что имеется под рукой:
Инструментальные(диф.) ОУ : INA105, INA128, INA148, AD629, AD8207
Просто ОУ: OP07, OP77, OPA244, OPA350, OPA211, OPA374, AD8610

Питание на будущей плате имеется только однополярное - 5В и 15В.
DC/DC преобразователи на двухполярное +/-15В использовать из-за их размера и стоимости крайне не желательно.

Хотел использовать впрямую какой-нибудь из имеющихся диф. ОУ, но столкнулся со сложностью, что коэф. передачи их от 1 и выше.
А в моём применении, выходной сигнал идет на вход АЦП МК, и там диапазон напр. нужен гораздо ниже.
По расчетам, коэф. передачи схемы должен быть около 0,167 (вход-выход).

Также хотелось бы по-минимуму(а в идеале, вообще - ноль) иметь резисторов в цепи входных сигналов до ОУ, потому как их температурная стабильность параметров напрямую влияет на точность измерений. А применение резисторов класса точности 0,5 - 1% затруднительно, и недешево.
В приведенных мною диф. ОУ прямо в корпусе м/сх имеются встроенные высокоточные(лазерного прожига) резисторы.

Как бы уменьшить коэф. передачи схемы ниже 1...

Сообщение отредактировал johny_2000 - Feb 22 2012, 05:55

[Herz]

Простите меня, но с Вашей подготовкой о конкурентной борьбе пока говорить рановато. Вот, может, когда к резисторам и сборкам придёте...

Тенденция современного оборудования на использование повсеместно LCD-экранов накладывает требование отображения с многоразрядной точностью режимов работы схемы.

Впервые слышу. Причём тут экраны? Вы что имеете в виду? Эх, гигантомания - болезнь начинающих, сам страдал...

Есть ли у кого сведения как сделано высокоточное преобразование входного диапазона 0-20В в цифровых вольтметрах в диапазон входных сигналов современных низковольтных АЦП (напр. 0-5В, 0-3,3В) ?

Есть. Делителем, коллега. Банальным делителем. Хотите точно - поставьте подстроечник. Можете не механический, но электронный. Но ни к чему это, ведь точный коэффициент деления легко учитывается калибровкой. Пересчётом результата в цифровом виде уже после оцифровки. И ДСП тут совершенно лишний - любой примитивный МК справится.
Боитесь ТКС? А Вы рассчитайте для начала уход номиналов в требуемом диапазоне, уход результирующего коэффициента деления и прикиньте погрешность. Для наглядности спаяйте макет из резисторов одного типа (лучше одной партии) и поставьте их поближе друг к другу. Сильно боитесь ТКС? Обмажьте их теплопроводящей пастой и накройте общей крышечкой. И проведите испытания. Думаю, страхи рассеются.
Нет - поставьте аналоговый коммутатор и подавайте эпизодически для контроля на вход делителя опорное напряжение вместо измеряемого.
А хотите использовать дифусилители - тогда покупайте точные резисторы. Или готовые инструментальные усилители. Но тогда маркетинг Ваш - китайцам на радость...

1 шт. ~ 6$. wacko.gif
Микрухи стоят дешевле.

"Микрухи" Вам не помогут. Понимаете - почему?

[johny_2000]

Впервые слышу. Причём тут экраны? Вы что имеете в виду? Эх, гигантомания - болезнь начинающих, сам страдал...

Имеется ввиду наличие немаленького многосимвольного/многострочного ЖК дисплея в конечном девайсе, на котором будут видны основные рабочие параметры устройства, в числе которых - текущее напряжение АКБ. Также, оно используется внутри алгоритма МК для защиты, контроля, переключений режимов и т.д.

Есть. Делителем, коллега. Банальным делителем. Хотите точно - поставьте подстроечник. Можете не механический, но электронный. Но ни к чему это, ведь точный коэффициент деления легко учитывается калибровкой. Пересчётом результата в цифровом виде уже после оцифровки. И ДСП тут совершенно лишний - любой примитивный МК справится.

DSP используется в проекте уже априори. Семейства TI TMS320. Оно ведь там не для одной цели - измерить напр. АКБ стоит
Там полноценно используется добрая половина его ресурсов в качестве синхронизированных многоканальных ШИМ-регуляторов.
Обратные связи по току и напряжению каскадов устройства (Interleaved PFC, Phase Shifted Full-Bridge, Sinchrounous Rectification, Buck Converter и пр.) через соотв. цепи согласования уровней, изоляции и каналы АЦП DSP.
Также в DSP используются встроенные порты RS232, SPI.

Боитесь ТКС? А Вы рассчитайте для начала уход номиналов в требуемом диапазоне, уход результирующего коэффициента деления и прикиньте погрешность. Для наглядности спаяйте макет из резисторов одного типа (лучше одной партии) и поставьте их поближе друг к другу. Сильно боитесь ТКС? Обмажьте их теплопроводящей пастой и накройте общей крышечкой. И проведите испытания. Думаю, страхи рассеются.
Нет - поставьте аналоговый коммутатор и подавайте эпизодически для контроля на вход делителя опорное напряжение вместо измеряемого.
А хотите использовать дифусилители - тогда покупайте точные резисторы. Или готовые инструментальные усилители. Но тогда маркетинг Ваш - китайцам на радость...

Требуемый диапазон от -40С до +60С минимум.
Скажум Вам, что почти всё уже спаяно на макетках, частично печатках и навесным. Оно уже работает.
Я приводил скриншоты кусков схемы проекта.
Проблема температурной нестабильности номиналов резисторов выплыла очень быстро и красиво.
При комнатной температуре откалибровав программно АЦП и поправив константы пересчета в DSP мы добились требуемой точности.
Стоило в комнате изменится температуре на 5 градусов, или резюкам от радиаторов силовых цепей немного согреться - как калибровку можно начинать сначала.
Так не дело для готового изделия.
Ставить термостабилизированный источник опорного напряжения на плату, и от него производить постоянную процедуру само-перекалибровки?
Думаю это излишне. Такое видел только в лабораторных приборах гос.стандарта.

На мой взгляд, достаточно по максимуму сократить количество пассивных элементов аналоговой части схемы, чтобы параметры устройства вошли в допуски ТЗ.
С измерениями по току так уже и сделали (High-Side Current Sense).
Применили фирмовые токовые шунты Ohmite c кельвиновским подключением, и интегральный диф. усилитель токового шунта - AD8207.
Тем самым, избавились от проблем с уплывом по ТКС пассивных элементов.

Вот чего то аналогичного хотелось бы и в части схемы измерения напряжения АКБ.
Есть ведь интегральные мониторы батарей. Хотелось бы м/схему по типу четырехполюсника с одной стороны два диф. входа от 0 до 18~20В с внутренним сопротивлением от 2Мом и выше, а с другой стороны сигнальный выход относительно общего провода DSP с диапазоном до 3В.
Только не резисторный делитель Его я уже считал, паял, пробовал и не раз. Работает, не вопрос. Но качество измерений на доступных резюках...

P.S. теплопроводящие пасты, общие крышечки, подбор резисторов по партиям - на мой взгляд, борьба со следствием, а не с первопричиной.
Нужно активнее применять арсенал западных наработок в области интегральных решений для конкретных задач. Пусть и на заказ в наших краях.
Эти м/схемы сочетают в себе достоинства простоты применения (вход-выход-питание-готово!) и гарантированной точности параметров в широком диапазоне температур.

Высокостабильные имп. резисторы тоже только на заказ, да и цены соизмеримые порой.

Сообщение отредактировал johny_2000 - Feb 23 2012, 08:48

[muravei]

Имеется ввиду наличие немаленького многосимвольного/многострочного ЖК дисплея в конечном девайсе, на котором будут видны основные рабочие параметры устройства, в числе которых - текущее напряжение АКБ.

Ну выводите текущее давление внутре АКБ , ее температуру , добрые пожелания...