Измерение дифференциального напряжения, Просто и дешёво. Опции

[Politeh]

Доброго времени суток!

Подскажите пожалуйста, в правильном ли направлении двигаюсь...
Есть задача - мерять DC до 60В с аккумуляторных батарей, т.е. когда аккумуляторы последовательно соединяются и так получается от +12В до +60В, т.е. максимум 5шт аккумуляторов.
Но замер может осуществляться как на батарее относительно общего минуса, так и на любом аккумуляторе в цепи батареи, т.е. допустим 5 аккумуляторов последовательно, а мерить нужно
только на 3-ем аккумуляторе относительно его же минуса. Т.е. в этом случае напряжение на "плюсе" 3-его аккумулятора будет 36В, а на его "минусе" +24В.

Требования: недорогое решение, точность желательно +/- 1-2%.
АЦП у нас встроенный в контроллер STM, single-ended input.


Вопрос в общем-то про входную цепь. Хочу поставить ОУ с single-ended выходом и его завести на АЦП. Сигнал на ОУ будет заводится после резисторного делителя на входе, т.е. ОУ будет низковольтный. Смогу ли я обойтись простой схемой, вроде этой?
Какой ОУ можете посоветовать из доступных?
Чем лучше защищать входы ОУ: TVS или можно обойтись диодами вроде 1N4148? Места немного на плате, желательно минимальная защита, но наиболее нужная.

Спасибо!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Орлёнок]

INA148 и резистивный делитель после него. Другие решения будут дороже, готов поспорить на новогодний тортик.

Попретендую на тортик

Что если сделать так?

[Сергей Борщ]

Что если сделать так?

А как у этой схемы с температурной стабильностью? И не придется ли каждый транзистор подбирать по коэф. усиления?

[prig]

А как у этой схемы с температурной стабильностью? И не придется ли каждый транзистор подбирать по коэф. усиления?

- Дрейф падения Э-Б можно компенсировать. Для того и нужен ещё один транзистор.
Компенсации с точностью 50мВ будет достаточно. М.б. и лучше получится.
- Полупроцентники с приемлемым ТКС - тоже решаемо. Они по-любому нужны.
- 1000 на дарлингтоне - это 0.1%, т.е., ни о чём.

[@Ark]

- Дрейф падения Э-Б можно компенсировать. Для того и нужен ещё один транзистор.
Компенсации с точностью 50мВ будет достаточно. М.б. и лучше получится.
- Полупроцентники с приемлемым ТКС - тоже решаемо. Они по-любому нужны.
- 1000 на дарлингтоне - это 0.1%, т.е., ни о чём.

Не понятно одно - зачем создавать себе лишние трудности, а потом их героически преодолевать?

В предложенном мною варианте на делителях (пост N28) даже 1% резисторы не нужны - годятся 5%. Важна не их точность, а температурная стабильность.
Хотя МК и температуру может измерить и учесть по ходу дела. Нужная точность достигается программной калибровкой делителей...
Если обычных 10-бит АЦП будет недостаточно, то есть МК и с 12-бит АЦП...

P.S. М-да... Мне, как программисту, видимо, не дано понять ход мыслей аналоговых схемотехников...

[prig]

... а температурная стабильность.

...Нужная точность достигается программной калибровкой делителей...
...

P.S. М-да... Мне, как программисту, видимо, не дано понять ход мыслей аналоговых схемотехников...

- Вы сперва попробуйте определить требования по ТКС. Они могут оказаться крайне неприятными, особливо для серийного пр-ва. Конечно, Вы слегка улучшили схему с делителями для верхнего аккумулятора, но суть проблемы не изменилась.
- Затраты на калибровку делителей могут оказаться дороже деталек для альтернативной схемы с транзисторами. Кроме того, при серийном производстве калибровка может быть крайне нежелательна в принципе.
- Даже программисту не зазорно учиться. И аналоговая схемотехника тут не при чём.

[@Ark]

- Вы сперва попробуйте определить требования по ТКС. Они могут оказаться крайне неприятными, особливо для серийного пр-ва. Конечно, Вы слегка улучшили схему с делителями для верхнего аккумулятора, но суть проблемы не изменилась.
- Затраты на калибровку делителей могут оказаться дороже деталек для альтернативной схемы с транзисторами. Кроме того, при серийном производстве калибровка может быть крайне нежелательна в принципе.
- Даже программисту не зазорно учиться. И аналоговая схемотехника тут не при чём.

Остается непонятным, чем ваше решение принципиально лучше моего. Более дорогими и точными компонентами, что ли? И их бОльшим количеством?
Затраты на калибровку, как раз, в серийном производстве - это копейки. И потом, всегда есть выбор - поставить более дешевые "неточные" резисторы и калибровать, или поставить точные и обойтись без калибровки. В вашем случае такого выбора нет.
P.S. Аналоговому схемотехнику тоже не зазорно знать возможности современных МК. Чтобы не "городить огород" на пустом месте...
P.P.S. Если делители формировать резисторами одинакового номинала, располагать их компактно, чтобы обеспечить равенство температуры для них,
то их ТКС уже не будет иметь ни какого значения...

Сообщение отредактировал @Ark - Dec 22 2017, 06:33

[prig]

Остается непонятным, чем ваше решение принципиально лучше моего. Более дорогими и точными компонентами, что ли? И их бОльшим количеством?
Затраты на калибровку, как раз, в серийном производстве - это копейки. И потом, всегда есть выбор - поставить более дешевые "неточные" резисторы и калибровать, или поставить точные и обойтись без калибровки. В вашем случае такого выбора нет.
P.S. Аналоговому схемотехнику тоже не зазорно знать возможности современных МК. Чтобы не "городить огород" на пустом месте...
P.P.S. Если делители формировать резисторами одинакового номинала, располагать их компактно, чтобы обеспечить равенство температуры для них,
то их ТКС уже не будет иметь ни какого значения...

Повеселили, однако.

Принципиально то, что при вашем решении требования к ТКС ужесточаются примерно в 3 раза. При прочих равных, если сравнивать со схемой на транзисторах от Орлёнка. Хоть с "single lot", хоть без оного. Или Вы думаете, что TI, ADI и иже их выпускают монолитные ДУ просто от нечего делать?

И Вы всерьёз считаете, что пока Вы не упомянули калибровку, никто из отметившихся в этой теме не догадывался о такой возможности? Кстати, к "возможностям современных МК" калибровка не имеет никакого отношения. Запилить можно и на дремучем 8048 и на "ядерном" тэмээсе.

И я бы не рекомендовал быть столь оптимистичным в отношении к "single lot".

...
Орлёнок, за схему из поста #35 - низкий поклон... - редкая удача.. Ещё бы понять - как это чудо работает...? Я её ещё замучаю, конечно, в симуляторе...., но мне кажется даже в самом простом виде она будет приемлема для очень случаев..

Компенсацию дрейфа падения Э-Б не забудьте. Как минимум, учитывайте падение при определении тока. Для дарлингтона можно попробовать значения в диапазоне 1.2 - 1.4В. Брать лучше именно дарлингтон на 100В, что бы не маяться с нехваткой усиления (сгодится бета 1000 или около того).

А схемка - это да. Так сейчас редко делают. За что я и люблю такие темы. Нет, нет, да вдруг что-то такое и появится.