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

 

[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.

[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.

[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.