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.

[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

 

[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.