Добрый день!
Подскажите, пожалуйста, правильную топологию высокоточной схемы измерения напряжения на клеммах авто АКБ с последующей оцифровкой АЦП МК семейства TI C2000.
Разрабатываю схему с дифференциальным входом.
Диапазон входных напряжений от 0В до 18В. (0-100%)
Выходной сигнал от 0В до 3В (0-100%)
Требуемая точность измерений входного напряжения - не хуже +/- 0,01В.

Что имеется под рукой:
Инструментальные(диф.) ОУ : INA105, INA128, INA148, AD629, AD8207
Просто ОУ: OP07, OP77, OPA244, OPA350, OPA211, OPA374, AD8610

Питание на будущей плате имеется только однополярное - 5В и 15В.
DC/DC преобразователи на двухполярное +/-15В использовать из-за их размера и стоимости крайне не желательно.

Хотел использовать впрямую какой-нибудь из имеющихся диф. ОУ, но столкнулся со сложностью, что коэф. передачи их от 1 и выше.
А в моём применении, выходной сигнал идет на вход АЦП МК, и там диапазон напр. нужен гораздо ниже.
По расчетам, коэф. передачи схемы должен быть около 0,167 (вход-выход).

Также хотелось бы по-минимуму(а в идеале, вообще - ноль) иметь резисторов в цепи входных сигналов до ОУ, потому как их температурная стабильность параметров напрямую влияет на точность измерений. А применение резисторов класса точности 0,5 - 1% затруднительно, и недешево.
В приведенных мною диф. ОУ прямо в корпусе м/сх имеются встроенные высокоточные(лазерного прожига) резисторы.

Как бы уменьшить коэф. передачи схемы ниже 1...

Резисторы даже нужны будут 0,1% для такой точности.
А они - большой дефицит в наших краях

Просто интересно, зачем потребовалась такая точность применительно к автомобильному аккумулятору ?

Они в любых краях дефицит, поскольку изготавливаются штучно под заказ.
А для точных измерений резисторы нужны не столько точные, сколько стабильные.
Потому как метрологические параметры можно и откалибровать

Вместо ДУ можно вот такую идейку использовать
То есть, стабилитрон отсекает лишнее, и уже можно обойтись простым ОУ вместо дифа. И всего два точных резистора для установки Ку ОУ

Условия ТЗ на проектирование.

Просьба по теме подсказать что-то еще.
Какие варианты измерения напряжения по достаточно длинным проводам (в сумме 2-х проводников, метра 3-4) диф. схемой.

Пробовал такую схему: Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Работает. Но точность сильно зависит от симметрии параметров резисторов 75К и 10К.
Хотелось бы уйти от этой зависимости.



Вы правы. Стабильные резисторы с низким значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС).
Откалибровать исходное смещение можно программно на DSP.
Но как можно заметить, обычно высокоточные резисторы и являются высокостабильными по параметрам.
Например неплохие отечественные C2-29 и имп. Dale PTF и пр.
Но ни о них речь.

Смещение рабочего интервала можно сделать и на интегрированных диф. усилителях. Такие схемки приведены в даташитах некоторых из перечисленных мною. Но тогда лишаемся возможности замеров напряжения ниже 10В, например. Что противоречит задаче.

Возьмите инструментальный усилитель.

Какой именно?
В приведенных мною инстр. усил. коэф. передачи от 1 и выше.
Для входного диф. напряжения 0-18В мне нужен коэф. передачи схемы 0.167.
Можно этого добиться без прецизионных рез. делителей на входе - выходе?

Вроде нашел подходящие INA326/327 и INA337/338. У них Ку=0.1...10000.
Параметрируются двумя внешними резисторами.
Таких у нас к сожалению нет в наличии. Да и корпуса у них всех MSOP-8 и MSOP-10.
Не очень для моих плат. Хотелось бы DIP/SO-8

Да, непременно на ДСП! И МК Вы выбрали слабоват. Надо бы что-нибудь многоядерное, с тоннами кэша...


Подсказываю: подумайте ещё, почитайте книги по схемотехнике, а не только по программированию. И ответьте таки на вопрос, зачем понадобилась такая точность?
Надеюсь, очень скоро станет понятно, что осетра можно запросто урезать на порядок и для согласования диапазонов вполне достаточно делителя из пары обычных резисторов, расположенных рядом. Или, на худой конец, резисторной сборки.

Заданная точность необходима прежде всего маркетинговых целях, в условиях конкурентной борьбы.
Тенденция современного оборудования на использование повсеместно LCD-экранов накладывает требование отображения с многоразрядной точностью режимов работы схемы. А показывать в доп. разрядах погоду на Марсе - так только вводить в заблуждение конечного потребителя.
А если далеко не дешовый девайс будет работать с качеством измерений ниже китайского мультиметра - так это вызовет лишь гнев.


К резисторам и сборкам мы всегда успеем прийти.
Есть ли у кого сведения как сделано высокоточное преобразование входного диапазона 0-20В в цифровых вольтметрах в диапазон входных сигналов современных низковольтных АЦП (напр. 0-5В, 0-3,3В) ?

Вот например цены прецизионных резисторов Vishay / Dale для Санкт-Петербурга.
http://octopart.ru/catalogue/Passive_Components/Resistors/Precision_Resistors/PTF651M0000BZBF/
1 шт. ~ 6$.
Микрухи стоят дешевле.

Простите меня, но с Вашей подготовкой о конкурентной борьбе пока говорить рановато. Вот, может, когда к резисторам и сборкам придёте...

Впервые слышу. Причём тут экраны? Вы что имеете в виду? Эх, гигантомания - болезнь начинающих, сам страдал...

Есть. Делителем, коллега. Банальным делителем. Хотите точно - поставьте подстроечник. Можете не механический, но электронный. Но ни к чему это, ведь точный коэффициент деления легко учитывается калибровкой. Пересчётом результата в цифровом виде уже после оцифровки. И ДСП тут совершенно лишний - любой примитивный МК справится.
Боитесь ТКС? А Вы рассчитайте для начала уход номиналов в требуемом диапазоне, уход результирующего коэффициента деления и прикиньте погрешность. Для наглядности спаяйте макет из резисторов одного типа (лучше одной партии) и поставьте их поближе друг к другу. Сильно боитесь ТКС? Обмажьте их теплопроводящей пастой и накройте общей крышечкой. И проведите испытания. Думаю, страхи рассеются.
Нет - поставьте аналоговый коммутатор и подавайте эпизодически для контроля на вход делителя опорное напряжение вместо измеряемого.
А хотите использовать дифусилители - тогда покупайте точные резисторы. Или готовые инструментальные усилители. Но тогда маркетинг Ваш - китайцам на радость...

"Микрухи" Вам не помогут. Понимаете - почему?

Имеется ввиду наличие немаленького многосимвольного/многострочного ЖК дисплея в конечном девайсе, на котором будут видны основные рабочие параметры устройства, в числе которых - текущее напряжение АКБ. Также, оно используется внутри алгоритма МК для защиты, контроля, переключений режимов и т.д.


DSP используется в проекте уже априори. Семейства TI TMS320. Оно ведь там не для одной цели - измерить напр. АКБ стоит
Там полноценно используется добрая половина его ресурсов в качестве синхронизированных многоканальных ШИМ-регуляторов.
Обратные связи по току и напряжению каскадов устройства (Interleaved PFC, Phase Shifted Full-Bridge, Sinchrounous Rectification, Buck Converter и пр.) через соотв. цепи согласования уровней, изоляции и каналы АЦП DSP.
Также в DSP используются встроенные порты RS232, SPI.



Требуемый диапазон от -40С до +60С минимум.
Скажум Вам, что почти всё уже спаяно на макетках, частично печатках и навесным. Оно уже работает.
Я приводил скриншоты кусков схемы проекта.
Проблема температурной нестабильности номиналов резисторов выплыла очень быстро и красиво.
При комнатной температуре откалибровав программно АЦП и поправив константы пересчета в DSP мы добились требуемой точности.
Стоило в комнате изменится температуре на 5 градусов, или резюкам от радиаторов силовых цепей немного согреться - как калибровку можно начинать сначала.
Так не дело для готового изделия.
Ставить термостабилизированный источник опорного напряжения на плату, и от него производить постоянную процедуру само-перекалибровки?
Думаю это излишне. Такое видел только в лабораторных приборах гос.стандарта.

На мой взгляд, достаточно по максимуму сократить количество пассивных элементов аналоговой части схемы, чтобы параметры устройства вошли в допуски ТЗ.
С измерениями по току так уже и сделали (High-Side Current Sense).
Применили фирмовые токовые шунты Ohmite c кельвиновским подключением, и интегральный диф. усилитель токового шунта - AD8207.
Тем самым, избавились от проблем с уплывом по ТКС пассивных элементов.

Вот чего то аналогичного хотелось бы и в части схемы измерения напряжения АКБ.
Есть ведь интегральные мониторы батарей. Хотелось бы м/схему по типу четырехполюсника с одной стороны два диф. входа от 0 до 18~20В с внутренним сопротивлением от 2Мом и выше, а с другой стороны сигнальный выход относительно общего провода DSP с диапазоном до 3В.
Только не резисторный делитель Его я уже считал, паял, пробовал и не раз. Работает, не вопрос. Но качество измерений на доступных резюках...

P.S. теплопроводящие пасты, общие крышечки, подбор резисторов по партиям - на мой взгляд, борьба со следствием, а не с первопричиной.
Нужно активнее применять арсенал западных наработок в области интегральных решений для конкретных задач. Пусть и на заказ в наших краях.
Эти м/схемы сочетают в себе достоинства простоты применения (вход-выход-питание-готово!) и гарантированной точности параметров в широком диапазоне температур.

Высокостабильные имп. резисторы тоже только на заказ, да и цены соизмеримые порой.

Неужели делитель на С2-29 настолько уплывает? Ситуацию, когда умышленно нагревают только резистор одного плеча делителя - не учитываем (точность 0,1% при -40С никому, наверное, тоже не нужна).
Надо проверить самому, не верится, что-то.

Ну выводите текущее давление внутре АКБ , ее температуру , добрые пожелания...

C2-29 у меня нет. Ничего не скажу про этот случай.
Пока сделано на имп. резисторах (китай) класса 1%. Плывем.

А допустим, что у Вас есть очень хороший делитель. Но ЭДС химического источника зависит от температуры.
Тоже будет плыть.
А 0.1% резисторы не такие уж и дорогие.
Можно еще отрезать часть напряжения "стабилитроном" http://www.analog.com/en/special-linear-fu...ts/product.html.

Так Вы не использовали прецизионные резисторы, и говорите о точности 0,1%?
ТКС, уже писали, напрямую зависит от класса точности резистора. Чем точней - тем лучше ТКС. Наскидку, должны подойти резисторы 0,1-0,25%. С2-29В такие, найти, думаю, не большая проблема. Да и импортную металлопленку можно заказать, если уж все остальное - импорт.
Не забыть правильно установить делитель на плате, чтобы оба резистора нагревались одинаково.
Диф. усилитель (он же инструментальный усилитель) тоже можно поставить, ради развязки общего провода.

Это вам кажется. Отечественные комплектующие у нас найти сложнее и дороже с доставкой выходит, чем импорт.

Да, это можно. Нашел несколько инет магазинов с доставкой по почте. Но резисторы эти, блин, золотые выходят.
Чес слово. 2 резистора с доставкой выходят 20$!


Это вы о чём?
Делитель то по-любому получается не 50%, а около 1/6~1/7.


Да, так и хочу. Скорее всего поставлю входной диф. резисторный делитель напряжения на прецизионных компонентах.
А от него уже через инструментальный усилитель(с коэф. передачи = 1, AD629 или INA148) на вход АЦП, для развязки.

Все равно. Оба резистора, в первом приближении (если они одного типа и т.д.), реагируют на изменение температуры одинаково - пропорционально изменяют сопротивление на величину ТКС (не очень, но более-менее линейно). ТКС - это относительная величина. Соотв., в идеале, коэф. деления не должен зависеть от температуры (т.к. плечи делителя, в относительных единицах, изменяются на одну и ту же величину). (1*ТКС)/(6*ТКС)=1/6.
Я не знаю, как оно себя будет вести при -40 С, но при 0-60 С - да.

johny_2000, сделайте двухстадийный интегратор на подножном корме и будет Вам счастье.

Насчёт резисторов 0,1% — из digikey от 100 шт они будут по 5 рублей, только в рекомендуемой топологии резистор всего один, и его допуск может быть размером с мамонта, на процесс он абсолютно не влияет.

Поподробнее, пожалуйста. Что за двухстадийный интегратор, есть примеры схем/блок-схем?


Это в двухстадийном интеграторе резистор всего один?
Очень хотелось бы взглянуть на его реализацию.

johny_2000
А что мешает использовать корректировку характеристики Uакб на том же рез. делителе в зависимости от температуры? Взять типичное исполнение, снять температурную характеристику и заложить компенсацию в ПО микроконтроллера. Дешево и точно. В этом случае даже прецизионный датчик температуры не понадобиться. Только вот не исключаю что характеристику придется снимать для каждой партии резисторов.

Идея интересная. Но ТКС вещь разнознаковая по тех.характеристикам резисторов. +/- ххх ppm/С.
Так как резистор будет не один, то может случится так, что у одного значение поёдет в плюс по температуре, а у другого в минус.
И что тогда корректировать будет ПО? Среднее арифметическое...
Также, уже высказывалась мысль что степень нагрева(остывания) резисторов внутри реального устройства не равномерна, и предрагалась даже идея использование теплопроводящей пасты и общей мет. крышки, для выравния температуры.
Но это всё костыли...

Plain что у вас за идея была? плиз.

Посмотрите усилители со встроенными точными резисторами,
например ОУ MAX4274/5.
Каждый из усилителей имеет на выбор 54 значения отношения резисторов Rf/Rg в пределах от 0,25 до 100 с точностью 0,1%.

Посмотрите усилители со встроенными точными резисторами,
например ОУ MAX4274/5.
Каждый из усилителей имеет на выбор 54 значения отношения резисторов Rf/Rg в пределах от 0,25 до 100 с точностью 0,1%.
Подобные ОУ есть и у других производителей.

http://www.google.ru/search?hl=ru&safe...integrating+adc

Т.е. непосредственно измерять большие напряжения можно, но для этого нужен ключ и соответственное ему питание — для предела 18 В это как минимум 18 В. Такое питание можно получить, например, помпой на МК.

Если такой вариант устраивает, то есть ещё один — использовать встроенный АЦП МК и калибровать делитель, но это сомнительно, потому как у TI АЦП детские для такой задачи. Можно было бы выкрутиться, применив комбинированное преобразование — если бы на борту были ЦАП. Но их тоже нет.