Привет всем!

Разрабатываем устройство, которое должно измерять напряжение в широких пределах. Работа связана с релейной защитой. Есть ток уставки от 400 мА до 912 мА с шагом 4 мА (получается, что всего 128 уставок по току). Нам надо действовать исходя из того, насколько входной ток превышает тока уставки. Оно может превышать его до 10 раз (выполняется функция максимальной токовой защиты). Есть еще другой ток. Так он вообще может быть больше 17 раз (это уже функции токовой отсечки). Принимает решение микроконтроллер AVR mega с 8 каналами АЦП.
Разрядность АЦП - 10 бит. Всего значений - 2^10.
Уставок всего 128 или 2^7.
Получается, что на каждую уставку приходится 2^3 = 8 значений АЦП и это тольк для тока уставки (400мА - 912мА). А есть еще 1А - 16А. Точность вообще никакая.
Измеряется три фазы. Берем из них максимальный ток.

Посоветуйте, пожалуйста, какие схемотехнические решения применить чтобы решить проблему точности измерения и при этом уложиться на все каналы АЦП.

Использовать или управляемый усилитель или аттеньюатор в 10 раз,и переключать контроллером режим измерения типа "грубо"или "точно".

И учтите, что ток имеет пульсации и выбросы. Заданная точность зависит от того, насколько мало будет пульсаций и выбросов. Или от того, насколько Вы зафильтруете эти пульсации.
Сброс - наброс нагрузки, особенно индуктивной или емкостной может привести к ограничению сигнала и следовательно добавит смещение....
И, главное, чтобы выброс не заклинил АЦП каким либо образом...
НО в любом случае, если Вы применяете АЦП последовательного приближения - будет много головной боли с фильтрацией и динамическим диапазоном. А вот сигма-дельта АЦП позволит делать измерения легче, но медленнее...
Удачи!!!

Я бы поставил внешний АЦП, все равно вам надо будет делать токовременную защиту, а ваш динамический диапазон в 10 битный не влезет. Как вариант можно компараторы поставить для МТЗ. Для асинхронника ставил 12 битный АЦП + 88 мегу, работает довольно хорошо, но там конечно диапазон поменьше был.

Если я верно понял, то значения токов приведены в виде действующих значений, а это значит, что расчёт числа разрядов на уставку не совсем корректен. На самом деле амплитуда то у тока будет больше и если измерять только амплитуду, то точность будет никакая по причине шумов АЦП и неидеального попадания выборок на максимум синуса.
Прежде чем подойти к схемотехнике, ряд вопросов:
1. Что предполагается в качестве первичного датчика? Трансформатор? Шунт? Датчик Холла или сигнал (4-20 мА) с внешнего преобразователя?
2. Сколько каналов измерения отслеживается? 3 фазы тока и всё?
3. У Вас времязависимая защита. Какое требуется максимальное быстродействие?
4. Какова частота дискретизации?
5. Какой матобработкой пользуетесь для оценки величины тока? Фурье? Цифровое "выпрямление" с усреднением? Среднеквадратичное значение на периоде? Амплитуда ?

Извините, что так долго не писал. Защищал диплом, бегал обходным листом, медосмотр в военкомате.
Отвечаю на сообщение Евгения Николаева.
Опыта у меня пока нет. Пытаюсь выбрать правильную схему решения проблемы.


1. В качестве первичного датчика применяется трансформатор тока с номинальным током вторичной обмотки 1 А.
2. Контролируется только три фазы тока. Но обрабатывается только один - максимальный. Подумал, что если не смогу успевать обрабатывать все три фазы, можно сделать аппаратно выбор максимального.
3. Максимальное быстродействие реагирования на повышение 70 - 100 мс.
4. Частота дискретизации в большей степени зависит от нагруженности процессора (чем больше, тем лучше).
5. Вот здесь уже надо подумать.
Пробовал амплитуду мерить. Про попадание на максимум синуса. Если предполагать, что синус идеален, то на верхушке синуса скорость нарастания сигнала невысока (учитываю производную). Появились проблемы при испытании на пульспаре. Выскакивают множество локальных максимумов на полуволне из-за электромагнитных помех. Изменил алгоритм поиска максимума - ввел предположение о том, что максимум появляется периодом не меньше 8-9 мс (для 50 Гц). Ложные срабатывания при испытании на пульспаре прекратились. А вот как себя поведет устройство на промышленном объекте - это уже вопрос. Все равно форма тока будет не похожа на синус.
Вычисление преобразования Фурье слишком трудоемко. Если только использовать процессоры цифровой обработки сигналов, а опыта с ними у меня нет. Наверное, тогда никакие помехи не страшны. Если такой метод обработки эффективен, чем другие, можно опробовать.
Вот про "Цифровое "выпрямление" с усреднением" я не понял. Это вычисление среднего выпрямленного значения с последующим усреднением полученных значений?
Пока занимаюсь составлением алгоритма вычисления среднеквадратичного значения и его испытанием.

Проблема стоит в уменьшении диапазона сигнала (0,4 - 17А) до уровня 0..5В без потери точности и информации.

Для начала определитесь с аналоговой частью и АЦП, МК я бы поставил что - нибудь 16 битное или выше, АВР тут слабоват, хотя конечно можно поизвращаться но ИМХО не стоит. Считать, ИМХО надо RMS, во всяком случае для подобной защиты я делал именно так, поскольку ток обычно мало похож на синусоиду.

Дорогая микросхема, но на ней можно сделать очень простое решение с самым слабым контроллером - LTC1966. А можно и вовсе аналоговую схему сгородить, тоже времязависимую, кстати.
---
"Цифровое выпрямление с усреднением" это когда Вы уже в цифровой форме избавляетесь от знака, т.е. берёте выборки по модулю и вычисляете среднее значение на окне наблюдения, кратном периоду (1, 2, 3...). Это, конечно, не среднеквадратичное значение, но тоже недалеко от истины. Если есть проблема с тем, что код смещён относительно нуля, то этот тренд тоже можно вычислить путём простого усреднения за интервал, кратный периоду.
А вообще, надо брать что-то навроде ARM7, считать на нём trueRMS или RMS основной гармоники, в зависимости от задачи, и ещё много чего для расширения функционала можно будет сделать.