Здравствуйте.
Задача такая: при разряде батареи, состоящей из 4х последовательно соединённых аккумуляторов, нужно контролировать напряжение на каждом аккумуляторе. Как выделить напряжение на конкретном аккуме? Набросал схему на операционниках:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Но при этом у верхнего по схеме ОУ на положительном входе будет потенциал относительно общего провода все +48 Вольт, подозреваю что ОУ с таким рабочими напряжениями стоят порядочно. Или может я изобретаю велосипед и уже есть проверенные схемные решения? Выходное напряжение не обязательно должно быть равно напряжению конкретного аккума, потому как это напряжение далее будет сравниваться с каким-то опорным или подваться на АЦП микроконтроллера.
Ещё возникла идея попробовать сделать это на оптронах. То есть каждый элемент батареи нагрузить через резистор на диод оптопары, а выходной транзистор загнать в линейный режим (если это возможно, пока не эксперементировал).

Как вариант, возьмите 4 штуки ДСДС, у которых есть гальваническая развязка, но нету стабилизации выхода (обратной связи), вот например http://www.compel.ru/infosheet/PEAK/P6CG-1209ELF/ . Напряжение выхода будет пропорционально напряжению входа, если найдёте в доступности такие с выходом под 2-3 вольта, то и делить напряжение даже не придётся, можно сразу подать на ацп.


сделать можно, только нужно учесть, что без температурной стабилизации выходное напряжение будет сильно плавать. Если это недопустимо, можно использовать линейный оптрон из трёх диодов, например HCNR200, схемы включения таких штук есть в pdf'е, потребуется некоторое количество ОУ, причём можно питать ОУ со стороны аккумуляторов непосредственно самими аккумуляторами, 12ю вольтами, т.е. например ОУ можно запитать между +36В и +48В вашей схемы, равно как между +12В и +24В или землёй и +12В. Все 4 ОУ, сигналы с которых будут идти на АЦП, можно запитать от самого нижнего аккумулятора на Вашей плате.

А если смасштабировать делителями ? Например, к нижнему аккумулятору подключаем делитель (10 к аккумулятору и 1К на землю). К двум нижним аккумуляторам - опять делитель, но уже 20К к "+" верхнего аккумулятора и 1К на землю, ведь два аккумулятора дадут 24В). К трем нижним аккумуляторам - опять делитель, но уже 30К к "+" верхнего аккумулятора и 1К на землю, ведь три аккумулятора дадут 36В). Ну и ко всем четырем аккумуляторам подключаем делитель, 40К к "+" верхнего аккумулятора и 1К на землю, ведь четыре аккумулятора дадут 48В). В итоге на выходах делителей отн. земли будет не более 4.8В. Дальше - арифметика, хоть на ОУ, хоть цифровая на МК ...

Непонятно почему Вы просто не поставите мегаомные резистивные делители 1:20 (если дальше все на питании 3.3В висит) с резистором в землю? и операционником в качестве повторителя. Ну отъедаете Вы скажем 5 мкА от батареи (проходной резистор 10 Мегаом получается, вполне вменяемое сопротивление) , так входной ток 5 нА даст Вам погрешность измерения 0.1%.

Или что, 5 мкА это много? Тут нужно быть реалистом и узнать параметры саморазряда элементов, вряд ли имеет смысл делать отъедаемый ток сильно меньше этого саморазряда.
Конечно, операционник со значительно меньшим током по входу не проблема (тут интересней нестабильность тока от температуры), но вот резисторы больше 10 Мегаом и цепи на них мне кажутся уже экзотикой со спецтребованиями к дизайну.

Само собой, в этом случае Вы измеряете не напряжение каждого элемента, а напряжение на каждом элементе относительно общего(земли) - ну так посчитаете микроконтроллером разность, сдвижки ОУ даже с входом на полевике на уровне единиц милливольт в пределе, так что сильно не ошибетесь.

ОУ возьмите любой счетверенный, из дешевых дубовых- Майкрочип клепает неплохие серии (что-то типа старых MCP6044).

Самое проверенное решение - делители из резисторов. При этом правда с ростом банки падает точность...

Не будет. Ваша схема не рабочая - там не хватает кучки резисторов. На будущее - у правильно работающей схемы на ОУ обратная связь обеспечивает практическое уравнивание потенциалов на входах ОУ.

Обрати внимание на классическую схему. Обращай внимание на резистор на массу по положительному входу - он там ОБЯЗАТЕЛЕН. Ну и конечно при равных номиналах (К=1) напряжение на входах ОУ будет меньше 30В что внолне допустимо(а если сразу делить на 10 - меньше 5В).

Кстати, толковые объяснения есть тут: http://easyelectronics.ru/operacionnyj-usilitel.html

Для больших напряжений посмотри в сторону токоразностных ОУ. Почитай к примеру по ним аппнот 1972 года AN-72 LM2900,LM3900 на странице 13 (диод и резистор нагрузки там желателен, но не сильно обязателен). Как по мне в чем-то это самый правильный подход.

Контролировать напряжение на каждом аккумуляторе вовсе необязательно.
Задача ведь не в контроле напряжения, а в уравнивании заряда.
Нужна балансировочная схема. Неважно какое именно напряжение, главное - чтобы они были равны.

При ответе иногда полезно прочитать первый пост ТС:

Спасибо за советы. Написали много, буду переваривать Подумаю в сторону делителей.
ArtemKAD
Спасибо за ссылки.

Есть. 4 шутки AD628 или AD629
Или тут подберите, что понравится

Если измерять надо нечасто, то достаточно дёшево это можно делать двухстадийными интеграторами на основе защёлки таймера МК, в качестве ключей вполне годятся биполярные транзисторы.

Да какая разница? Проблема разбалансировки батареи старинная и хорошо известна.
При разряде достаточно контролировать общее напряжение. Да, какой-то аккумулятор разрядится глубже. Если батарея состоит из приблизительно равных по емкости аккумуляторов это не очень страшно.
Но главная проблема в том, что при заряде он не получит больше тока чем другие и разбаланс будет увеличиваться от цикла к циклу.

Та же схема обычного ОУ c резисторами только резисторы интегральные (внутри).

И резисторы эти подогнаны с точностью около 0.01%. Снаружи такие не сделать

Да хоть с 0,00001%. Все равно в конкретно этой задаче и 1% хватит.

И откуда Вы это взяли? В даташите максимальная погрешность усиления: 0.1% при 25C. Дальше еще есть температурные коэффициенты и нелинейности, все это вместе может и за 0.2% зашкалить в пределе.

Хотя, если табуретку на кухню ваяете, то можно наверное и типовые значения использовать. Но категорически не советую.

P.S. к топикстартеру это не относится. Как тут заметили, ему такие точности просто не нужны для такой задачи.

1) чтобы небыло проблемы с высоким входным напряжением, его можно поделить на 2. Т.е. к каждой точке подключения ОУ подключить делитель и уже потом ОУ.
2) подход верный, но как схему включения ОУ лучше использовать схему классического дифференциального усилителя (или купить соответствующий ОУ чтоб с резисторами не заморачиваться). Тут можно и усилить в 2 раза чтоб компенсировать делитель, если это нужно.

а что будет при падении напряжения ниже определенного значения на аккумулятере? если отключение - то проще сразу сделать без общей земли с выдачей сигнала оптопарой. тогда у всех можно сделать одинакове напряжение работы 12В.

всмысле с какой целью контроль каждого аккумулятора?

Похожая тама обсуждалась.

Дабы не дублировать свой-же пост, гляньте сюда

При достижении напряжения на любом аккуме 10,8 нужно прекратить разряд, запомнить и показать какая батарея первая разрядилась до этого напряжения, и замерить время разряда. Измерение, логику и часы думаю реализовать на 8й Меге. Возможно это всё сделать на рассыпухе, но упёрся в измерение времени.
Буду пробовать схему с делением напряжения каждого элемента, потом через повторитель на МК.

А с какой точностью (в вольтах) надо определить это значение?

0.1 В

C делителем для 4-х батарей такая точность почти впритык. Максимально что там можно получить для 10 разрядного АЦП - около 0,05В. Но придется еще хорошо поработать с усреднением - один разряд АЦП может болтаться.

А где задача "измерить" ? Я вижу задачу "сравнить с порогом". Может, стоит продумать вариант с 4 компараторами, нагруженными на оптопары?

По хорошему Вам требуется АЦП с "честными" Восемью разрядами. При использовании делителей с резисторами в 1% в заданную точность можете не попасть (когда будете измерять верхний от земли аккумулятор). Цена резисторов 0,01% выше крыши. Потом нужен еще коммутатор аналоговых сигналов на АЦП.
По существу Вам, как писала esaulenka, нужны компараторы с гальванической развязкой. Ну и без калибровки в самом простом (и дешевом) решении не обойтись.
Посему предлагаю использовать в качестве компаратора мк (с неоходимыми "честными разрядами), запитывать, если условия задачи позволяют от "своего" аккумулятора. А выход, например через оптрон, на оконечный мк, который будет общаться с окружающей средой. (Это может быть, к примеру, и тот (из четырех) мк , земля которого объединена с землей остального устройства. Все это вместе вполне может быть ниже стоимости одного 0,01% резистора .

Десятью разрядами. 10,8*4/0,1=432 , что в 8 разрядов никак не вписывается. 8 разрядов достаточно если операционниками мерять разности.

Напряжение всей батареи ~ 50В. (на сколько я понимаю)
Точность 0.1В.
Т.е. на весь диапазон - 500 дискрет, а это 9 "честных бит" бит.
Ну так возьмите 12-и (что бы с запасом) разрядный АЦП и не нужно морочиться ни с ОУ, не с точными делителями, не с компараторами и т.п.
Все это - задачи для софта.

Единственное, возможно, если банки достаточно "мощные", то стоило бы снимать напряжения с обоих полюсов каждой банки, дабы отбросить потери в проводах клеммах и пр. Но опять таки все напряжения снимать относительно общего нуля.

Зачем все так усложнять???

А на четверку зачем умножать? Меряется каждый аккумулятор отдельно.

Меряется не каждый аккумулятор, а соединенная батарея аккумуляторов в 4-х точках
Ua=U1; Ub=U1+U2; Uc=U1+U2+U3; Ud=U1+U2+U3+U4;
А потом для вычисления напряжения на конкретной банке делается не сложный расчет:
U1=Ua; U2=Ub-Ua; U3=Uc-Ub; U4=Ud-Uc;

Так вот для того, что-бы U4 было вычеслено с 0,1В точностью изначально должны Ud и Uc быть измерены с 0,1В точностью. А вот Ud и будет максимум 10,8*4 .

ЗЫ. Кстати, не советовал бы использовать для измерения разные делители для измерения разных точек - замахаетесь с математикой без каких либо плюсов.


Точные делители все равно потребуются. Иначе придется гемороится с каллибровками прибора.

Это придется при любом раскладе.

гемороиться - это подбирать идентичные пары для делителей. А калибровка - это все входы на "образец" и ... придавить кнопку или послать команду или снять джампер. Тут уж дело вкуса.

Легким движением руки (разработчика) - перенос земли измерителя в точку соединения второго и третьего аккумулятора возвращаем 8 разрядов .

Несомненно, и как уже писал smk подключаем через диф.усилитель .

Легким - это два сопротивления, а


это ...
- либо ОУ с диапазоном питания в 50В;
- либо отдельное питание на каждую "мерялку", плюс АЦП на каждую мерялку, плюс согласование сигналов "цифры";
- либо отдельное питание на каждую "мерялку", плюс аналоговый изолятор - вместо ОУ

Разницу чувствуете?

Питание, разумеется, - от измеряемой банки, но делители напряжения будут присутствовать при любом раскладе.


Я подразумевал измерять всё относительно общей земли и обойтись математикой, но, как вариант, можно и АЦП с независимыми диф. входами использовать при той же схемотехнике. Только подобрать (посчитать) делители придется для каждого канала индивидуально. Тогда, вероятно, и 8 бит хватит.

Нет, хватит и ОУ с 10В(а возможно и с 3В) питанием. Все равно на вход АЦП МК выше 5В подавать нет смысла.


По сути ничего не даст. Только геморой с измерением отрицательного напряжения.


Не надо индивидуальных делителей. Все делители можно иметь одинаковые. Так и дешевле и проще.

Это просто перенос провода земли измерителя .


По максимуму двух полярное: +-25вольт

Если возможно, то от "своего" аккумулятора а развязка по цифре . Делители в топку: см. ниже.

Ну тогда прикиньте какова нужна точность резисторов в делителях, что бы вычисленное напряжение не "разъехалась" более чем 0.1 вольта при любой разрядности АЦП.
Если задача не померить напряжение на четырех последовательных резисторах (учебная), а все-таки на аккумуляторах (реальная), то без диф.усилителей не обойтись: надо хотя бы учитывать, что измерительная схема может стоять и на некотором расстоянии от аккумуляторов, да привести его напряжение к входному диапазону АЦП.
А если собрать четыре канала (для каждого аккумулятора свой) - то однопроцентных резисторов, мк с честными 8 разрядами, оптрона и диф.усилителя хватает за глаза. Цены на это хозяйство демократичные, набор номиналов резисторов - минимален.
Разницу чувствуете . (Про калибровку и всякую неточность из-за контактов, силовых соединяющих проводов сами писали).

Оптрон тут лишний и диф. усилитель заменить на обычный ОУ в схеме вычитающего делителя. По сути исходная схема на процентов 80% правильна. Там надо только исправить все допущенные ошибки и посчитать номиналы.

На счёт делителей...
Вот допустим у меня ацп 8 бит, при опорном напряжении 5В имеем "цену деления" ацп 5/256=0,019 ~ 0.02 В. Допустим все делители с коэф. деления = 10. При этом изменение напряжения после делителя будет тоже соответственно в 10 раз меньше. То есть при изменении напряженя на батарее на 0,1В, после делителя напряжение изменится на 0,01В, что меньше чем "цена деления" и прибор это изменение не покажет. То есть 8 бит не хватит. Нужен хотябы 10 разрядный АЦП. Но обычно в этих двух дополнительных битах полезная информация теряется в "шуме", то есть с запасом, как и писали, лучше 12 Bit ацп.
Уточню ТЗ, измерять всё-таки придётся, так как величины напряжений при разряде нужно сохранять для формирования протокола измерений.

А заодно уточните форму разрядного тока, гладкий, пульсирующий или импульсный . Попутно: а какая его величина?

Не нужно такое допускать. Сколько у Вас на батарее - вольт 10 (грубо). Хотите 0.1 вольта точность - значит нужно всего 1%. 1/256 - это в 2.56 раз лучше. Должно хватить. Даже для 8 разрядного. Но есть же еще 10- и 12-разрядные АЦП в контроллерах.
Я уже не говорю о том, что можно вычесть до или после делителя что-нибудь стабильное, а потом усилить или не усиливать... если вычитать до...
Вот еще вариант с летающим туда-сюда конденсатором Вы не рассматриваете.

Кстати, что скажете про преобразователи напряжение-частота? Каждую микросхему можно запитать от измеряемой батареи, далее до микроконтроллера развязка на оптроне.

Можно и контроллер запитать от батареи. Что Вы на это скажете?

+1

+1

А проц ставить на каждую банку? Тогда и ОУ не нужен.

Никакая - Любая. Каллибровка - это головная боль проца, а "некалибровка" - боль разработчика. Мне первый вариант на мнооого приятнее.

Согласен. Если АЦП МК имеет диф вход, то ОУ - лишний

Там нужно, что бы входной сигнал был в диаппазоне питание ОУ и приэтом выходной сигнал был выше отрицательного питания ОУ. А это относительно общей земли стало быть. А значит питание - 50В

Нет это просто масштабирование диаппазона 0-50В к 0-5В.

Без делителей придется мерить весь диаппазон питания ОУ, а мерить у "краев питания" могут лиш "золотые операционники". И опять таки это в идеале, а с приведением входа к ОУ к входу АЦП все одно придется делать обратную связь из тех же резисторов.
Зачем это нужно?

Такое впечатление, что Вы не знаете что такое дифференциальный усилитель на одном операционном усилителе и как у него получить коэф.усиления диф.сигнала меньше 1.
ArtemKAD то же не в курсе, ибо предлагает : "диф. усилитель заменить на обычный ОУ в схеме вычитающего делителя."
Если "Только геморой..." из-за неумения подключения входов диф.усилителя для получения нужной полярности на его выходе, то надо про них (диф.усилители) почитать, а то как-то неловко получается.

Но все эти разговоры не актуальны в случае если ТС выберет решение на ПНЧ. Они прекрасно справятся с поставленной задачей (например даже древние AD654 в типовой схеме включения).

Мсм, тема ушла. ПНЧ - это уже лишнее.
четыре делителя плюс хороший АЦП, 1% без проблем.

Что значит "допустим"?! Делитель надо считать исходя из требуемого или шага или диапазона. Иначе этими "допустим" можно очень долго и безуспешно допускать.... Надо шаг 0,1В при шаге АЦП 0,02 значит делитель 5 и максимальное напряжение которое он позволит измерить 256 шагами = 25,6В.

Да тут 98 вариантов будет, пока ТС не расскажет, какой добавочный ток ему не жалко брать от аккумуляторов, как часто нужно измерять, какой температурный диапазон,.... и что ему важнее - деньги, время, надежность, вес, размеры и пр. дела.

12 Ампер, ток "гладкий" без неровностей).


Это на подобии вот этого: "... достаточно дёшево это можно делать двухстадийными интеграторами на основе защёлки таймера МК, в качестве ключей вполне годятся биполярные транзисторы." ?
То есть считать время заряда конденсатора от нуля до опорного напряжения?


Согласен, что вариант с преобразователем, возможно, не совсем рационален (Если Вы это имели в виду), вероятно за теже деньги можно и отдельный ацп купить, но не в нашем городе. МК, мне кажется, тут излиним, потому как под него надо писать софт, отлаживать и т.д. Плюс нужно организовать обмен между остальными МК, или МК который будет собирать и обрабатывать данные, под который тоже надо писать свой софт, то есть, в случае питания от отдельных элементов батареи, согласовать/развязать интерфейсы. Развязка же выходного сигнала преобразователя решается одним оптроном.

Нет. Это совсем просто - подсоединяем конденсатор к аккумулятору, потом перекоммутируем его на АЦП контроллера или еще куда-нибудь для измерения напряжения. Тут преимущество в том, что совсем ничего не отнимаем от аккумулятора. Если не хотим.

Тот же оптрон будет управляться МК. Что в этом плохого? А программа ведь одинаковая и по времени ее изготовления стоит на 10-м месте.

Если основной вопрос этой темы всё-таки в цене, то по неведомым причинам не подошедшее автору решение на двухстадийных интеграторах навскидку 150 р., а при необходимости реализуемо на 100% из вторсырья.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Какой здесь ток покоя? Правильно, 350мкА плюс жручесть МК - не вопрос, ибо за DMIPSами гнаться не обязательно.
Таня, в любом случае, я это не вам, а ТС, чтобы думалось легче, Вы ж понимаете.
--
PS если все устройство на МК отожрёт больше 5мА, это будет конец света
Без учета исполнительных цепей, есссно.

Добавочного тока не жалко 100 мА, при токе разряда 12А и суммарной ёмкости батареи в 120 Ач, мне кажется, эта величина несущественна. Период измерения нужно уменьшать к концу разряда, в начале минут через 30, в конце 5 минут. Чтобы не убить совсем элемент на котором напряжение начало опускаться ниже 10.8 вольт. Надёжность устройства важнее чем деньги, время, вес и размеры. Написал в порядке убывания важности.



Решение интересное, просто не понял что Вы имели в виду. Спасибо, Tanya разъяснила.

Ничего подобного.