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!

На каждую клемму для любого внешнего подключения — двунаправленный ограничитель на заведомо больше максимально возможно расчётного, т.е. SMAJ75CA и т.п.

После чего, к каждой ранее защищённой клемме — обыкновенный делитель с зашунтированным конденсатором нижним резистором, сигнал с которого на вход АЦП МК, которым и вычислять разность.

Plain, если учесть, что ТС хочет ещё и -

...., то, если я правильно понял, потребуется ещё и коммутатор, который последовательно подключит каждый из выходов делителей на вход АЦП, АЦП измеряет эти напряжения, контроллер их запомнит, а уже после, простым вычитанием, вычислит напряжение на каждом из аккумуляторов... Или я усложняю?

Спасибо.
Уточню, что нужно каждый дифф. вход заводить на 1 канал АЦП, т.е. ВАРП правильно уточнил.

Нет. Замучаетесь с такой схемой - она требует очень точного соласования пар резисторов. А резисторы плывут от температуры и даже неодинаковый обдув резисторов пары будет приводить к "чудесам". Возьмите готовый инструментальный ОУ (серия INA у Analog Devices или подобные), у которого эти резисторы выполнены на одном кристалле и точно подогнаны. Он стоит дороже дешевого ОУ, но в итоге общие затраты окажутся ниже.

Хорошо, учтём. А насколько это всё "плывёт"? Прямо на +/-5%?

Так-то оно правильно, но ТС хочет входные напряжения не менее 60 вольт, это не каждый инструментальный ОУ обеспечит.
Такие сейчас стало модно называть Difference Amplifiers или High common-mode voltage:
http://www.analog.com/en/products/amplifie...amplifiers.html
http://www.ti.com/amplifier-circuit/differ...1169max=100;500

Но на безрыбье можно и как на картинке.

Спасибо.
Мы будем после делителя снимать, т.е 60В->3В, и уже 3В будем мерять. Наверное тогда и низковольтный ОУ подойдёт?

Подойдёт, но проблемы просто переместятся в другое место.
Делитель из резисторов точностью 1% даст ошибку до +/- 0.6В на фоне 60В входного. С резисторами 0.1% будет до 60мВ.
Много это или мало и стоит ли заниматься ручной подстройкой делителей - это уже Вам решать.

Малоногий PIC, делитель из двух однопроцентных резисторов на каждый аккумулятор. Оптическая, например, развязка.

... если вести речь про делители от каждого плюса очередного аккумулятора относительно земли, то слово " дифференциальный" можно забыть ( он просто не нужен) и ОУ нужен относительно ( лишь как буфер) - ведь напряжение на "втором" аккумуляторе будет равно разнице напряжений на "втором" и "первом" плюсе.... А это -просто математика в контроллере...
Но повторюсь - здесь нужен аналоговый коммутатор, чтобы последовательно измерить напряжение на всех плюсах.

уточню:
допустим что 1% резисторы дадут 1%...2% для каждого делителя. При входном 60В и делении в 10 раз абсолютная ошибка или погрешность каждого делителя составит ( может составить ) 1,2 В. На два делителя , ошибка удваивается , т.к. погрешности здесь суммируются. Итого ТС планирует после каждого делителя измерять 50..60 В , точнее их разницу примерно в 10 вольт с суммарной итоговой погрешностью 2,4 Вольта (это 24% по отношению к 10 вольт искомой разница между клеммами) при случайных резисторах с отклонением в 1% от номинала.
ТС хотел погрешность меньше ? Дешево и сердито не получится , и даже с 0,1% резисторами верхнюю банку измерять такой схемой хреново.

Спасибо всем!
Теперь понятно, что дешево и более менее точно не получится.

Я полагаю, что озвучивая техническое задание ТС погорячился... Скорее всего реальная задача - измерить напряжение на каждом аккумуляторе в принципе, и с вполне вменяемой точностью. Прецизионные измерения возможно и важны..., где-нибудь в космосе..., но тогда бы речь не шла о свинцовых аккумуляторах... А на земле эти милливольтные блохи на свинце - на..ер не нужны...
Дак опускаемся на землю..?

Дык, с 1% резисторами уже не блохи, а слоны. Особливо для верхнего аккума. О том и речь.
Посмотрите хотя бы, что Тау написал, ч.б. опуститься на землю.

Согласен... Но если с этого места вопрос считать чисто академическим, то и подход к нему должен быть особенным...
Вот так влёт, чтобы было дёшево и точно... - даже в голову не приходит...
Дорого (относительно, конечно...) сделать - вроде - нет проблем...

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

Сергей Борщ, я немного о другом... - в смысле - вообще - сам подход изменить...
А что если так -
...простейший м/к со встроенным АЦП транслирует с выхода Ро через оптрон последовательный код текущего напряжения секции аккумулятора...
Микроконтроллер М/К* опрашивая поочерёдно порты А0-А3 получает информацию о текущем напряжении на каждой секции...
Секций может быть много, все одинаковые, настраивать практически нечего, точность всех - одинаковая...
Ляпота...?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Почти.
Теперь из вашей схемы нужно удалить избыточность.
Применительно к задаче ТС, с пятью банками, нужно оставить только один измерительный МК - тот, что подключен к банке N3.
Недостающие два верхних напряжения и два нижних - можно измерять через делители. При этом, верхние делители должны
опираться своим нижним плечом на землю измерительного МК, а нижние - на его питание...
Тогда получится искомый результат - дешево и просто.

Ну, такому подходу сто лет в обед.
Можно АЦП, можно модулятор. И желательно добавить отключение питания оных.
Получается довольно громоздко и не так уж и дёшево.

Проще взять один готовый DA (см. выше) и сваять коммутацию на полевиках с соответствующим рабочим напряжением.

@Ark, не спорю - упростить можно..
Но мы потеряем универсальность..., а это важно...- секций может быть десять..., или двадцать..., и здесь резисторные делители уж точно не помогут...

Выбор между ценой и универсальностью оставим топикстартеру - может у него серия 100 тыс. штук?

автор сказал "дёшево", но ничего не сказал про режим измерения.
Может будет достаточно поочередной коммутации каждого аккума с помощью пары реле на вход измерителя?
Коммутируемые токи мизерные, так что контакты реле прослужат долго.
Дёшево и сердито

prig, коммутация на полевиках в данном случае - это очень не просто...., и опасно..
Попробуйте - застрянете на неделю....И результат Вам не понравится...

Так это Татьяна еще на прошлой странице предлагала.

Можно ещё заменить МК в данной схеме готовыми преобразователями напряжение->частота. И программировать МК тогда не надо.

Татьяна, каюсь - пропустил Ваш пост....
------------

jcxz, глянул на ресурс герконовых реле... - тоже вариант...
преобразователями напряжение->частота.- нормально....
--------
Надо просто думать вовремя начинать...

Проще уже некуда:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасибо за дискуссию - много интересного.
В целом нам нужны независимые каналы, чтобы мерить именно дифф. входом, тогда не нужно все каналы к одной земле привязывать. С коммутацией интересный вариант, т.е. один канал делаем дорогой, и все входы последовательно обрабатываем....
Гальваническая развязка не нужна.

Не сильно сложней реле и не опасней. Защита - само собой.
Естественно, выходы с коммутатора объединять на входах ДУ через сопротивления во избежании КЗ. На чём коммутатор ни делать.
У готовых ДУ с большими Vcm и сопротивления на входах большие.
Добавочные однопроцентники с номиналом 0.01 от входного или около того сильно ничего не напортят.

Politeh, совет, Вы схему, как Вы её представляете, попробуйте нарисовать.... Есть подозрения, что всё не так, как Вам пока кажется... Что, относительно чего, и чем Вы планируете измерять?
------
prig, @Ark, jcxz, Вы слишком серьёзно мои слова не воспринимайте ... - я дилетант, по сути...

Вы, кажется, не поняли про развязку. Я, кажется, самый дешевый вариант предлагала. Каждый измеритель живет у и питается от своего аккумулятора.

.

Ищи у техаса усилители шунта с высоким Common Mode Voltage.
У них названия на "INA..." начинается

Попретендую на тортик

Что если сделать так?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Нормально. Только транзисторы уберите. Они здесь ни к чему

Arjun, либо я вас не понял, либо вы меня.
Транзисторы в схеме нужны, они меряют дифференциальное напряжение на банках. В итоге на АЦП напряжение будет пропорционально напряжению на банке.

Если добавить ещё один транзистор для замера падения Э-Б, то при определённой ловкости в 2% уложиться можно. Измерение падения особливо актуально, если ставить Дарлингтон. А это может понадобиться т.к. предпочтительна бета 200 и более при макс. напряжении около 100В.

А в остальном, да. Дешевле и проще уже точно не сделать. Тортик ваш.



На колу мочало...? "Ну Вы блин даёте!"

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.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

График слишком грубый, у собственно схемы температурный дрейф в указанном диапазоне 0,02%.

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...

- 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.

Залить эти резисторы парафином или другим подобным веществом. Исключить движение воздуха внутри прибора. Должно работать. Применить точные поверхностные резисторы от того же YAGEO. Можно предусмотреть градуировку, замыкая вход усилителя каким-нибудь оптореле. Можно добавить термодатчик, и по нему компенсировать погрешность.

Politeh, а вы не смотрели в сторону специализированных микросхем от той же Texas Instruments? Правда не уверен, что у них есть решения на 60 В, на 24 точно есть)

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...

Как-то все сложно народ. По моему, ТС надо взять его же дифференциальную схему из первого поста, сделать четыре канала на счетверенном ОУ, а нижнюю банку завести через делитель. Все это -- на пять каналов АЦП контроллера. Дешево и вполне сердито, один недорогой ОУ и горсть резисторов.

Недорогой счетверенный ОУ зачем вам потребовался? Чтобы лишних проблем себе добавить?

Есть INA193/4, в Компеле. Используем их для измерения тока, но для измерения напряжения в данном случае не годятся, так как они рассчитаны на 100мВ на входе, а при 20мВ на входе они не меряют(сильно падает точность). Получается что если 60В -> 100мВ, то 12В -> 20мВ, т.е. один аккумулятор им не померяешь.



Ещё раз: нужно чтобы можно было подключиться к любому аккумулятору в батарее, или к любой цепочки аккумуляторов в батарее, и мерить. Макс кол-во аккумуляторов: 5шт, т.е. 60В.
Мерить можно как относительно земли, так и относительно предыдущего аккумулятора.

AD629...хорошая микросхема...
или так...
https://eu.mouser.com/Semiconductors/Amplif...fiers/_/N-4frye

не связывайтесь с резисторами...дороже получится...

Угу. Понятно...
Местная "аналоговая религия" запрещает...
Аргументы здесь бессильны...