måle ampere med shuntmotstand, hvilken forsterker?

[eydybdal]

Hei!

 

Har et lite prosjekt på gang hvor jeg ønsker å måle amperen som blir forbrukt i en 12V krets. Tilførselen i kretsen er altså 12V, og belastningen vil være 0 - 3A.

 

Måleresultatet vil jeg lese av ved hjelp av en ATMEGA328P prosessor, som kjører Arduino boot loader. Input på prosessoren bør være 0 - 5V (maks 5V).

 

Jeg har kikket litt rundt på nettet, og funnet mange current shunt monitor kretser som kan brukes. INA200, INA201, INA202, INA168, INA159, INA138, AD8211 osv osv.

 

Problemet er at ettersom jeg kan se, så leverer ikke ELFA noen av disse forsterkerpakkene.

 

Jeg ønsker helst en forsterker i DIL pakke, eller en annen pakke som kan stå i en sokkel. Overflatemonterte pakker blir til nøds, dersom det er eneste alternativ fra ELFA.

 

Noen som kan hjelpe til med litt tips her? Spørsmålet er om ELFA har en forsterker som kan brukes i dette tilfellet, og eventuelt hvilken forsterker det kunne vært, og hvordan den kan kobles opp i en krets med shunt og prosessor.

[compus]

Det er ikke lett å si noe om hva som er den optimale løsningen for din app. Dersom det dreier seg om likestrøm og presisjonsnivået ikke er alt for høyt, kan du benytte en "tilfeldig" opamp med fortrinnsvis enkel strømforsyning og "rail to rail" input. Slik du har tegnet det er det rimelig å konfigurere denne som en ikke-inverterende spenningsforsterker med forsterkning tilpasset shunten.

 

De (to) motstandene dette krever kan loddes direkte på en eventuell sokkel. En shunt på ca. 0,083Ohm krever f.eks en forsterkning på 20 for å gi 0-5V ut, og gir et max spenningsfall på 0,25V.

Skjemaer for slike koblinger finnes over alt på nettet.

[eydybdal]

Takker for svar!

 

Jeg har prøvd å se meg litt rundt på nettet etter slike skjemaer, men jeg vet vel ikke helt hva jeg skal søke etter :-)

 

Har laget en ny skisse, og funnet meg en "tilfeldig" op-amp, OP07CPZ. Kan denne brukes til dette formålet?

 

Spenningen i hovedkretsen vil være opp til 22V, og maks 3A. Jeg ser da for meg at spenningen over shunt motstanden aldri vil være over 22V, og dermed vil det være tilstrekkelig at op-ampen takler spenningsnivå opp til 22V. Kan gjerne sette inn en zener diode for å beskytte op-ampen, dersom det har noe for seg.

 

Mulighet for å gi meg et lite innspill på hvordan op-ampen konfigureres videre til dette formålet? Har ikke jobbet så mye med op-amp, så jeg er virkelig på gyngende grunn :-)

[aop9020]

hvor stor shunt skal du gå for?

hvis du får 22V over en typisk shunt på 0,02-0,5 ohm, så lurer jeg på hva det er du skal drive som trenger 44-1100 A ?

Hvis du ved 3A gjennom shunten har en spenning over den på 22V så er det i mine øyne en litt dårlig shunt-verdi..

 

Bestem først hvilken shunt du skal gå for, og hvilken nøyaktighet du trenger til arduinoen, så blir det mye mye enklere å hjelpe..

 

Har du andre bruksområder for analog-portene? hvis ikke så kan du sette ned Vref, og på den måte få en veldig nøyaktig avlesning...

 

som sagt: bestem shunt og påkrevd nøyaktighet..

[compus]

Du har vel et referansepotensial (jord) i kretsene dine? Da er det fornuftig å legge shunten der.

Dersom de ulike strømforsyningene "flyter" kommer du fort opp i CMRR-problemer etc. og kan forvente masse trøbbel!

[eydybdal]

Først:

I og med at spenningen i kretsen vil ha en maks spenning på 22V, vil aldri spenningen over shunten overstige 22V. Jeg fant en op-amp som taklet en spenning på opptil 22V på inngangen, og såg ikke da noe videre problem med å bruke denne. Kunne selvsagt funnet en op-amp som tåler mindre spenning på inngangen. :-)

 

 

Har igjen lagt ved en større og mer komplett skisse. Har forflyttet meg hjem, og da større tilgang til tegneverktøyer og skisser.

 

 

Litt historie / forklaring:

Kretsen skal brukes til å måle ladestrøm og forbrukstrøm til en regulator for et solcellepanel. Det er to shunter i kretsen, hvor den ene shunten viser hvor mange ampere kretsen lader med, og den andre viser hvor mange ampere belastningen trekker av batterispenningen.

 

Ladekretsen er delt i to, hvor det er to batterier. Regulatoren som ligger øverst i skjemaet vil lade en 12V batteribank på ca. 50Ah. Regulatoren som ligger i bunnen i skjemaet vil lade et 9V blokkbatteri (oppladbart), som vil drive mikroprosessoren med nødvendige komponenter.

 

 

Obs obs: Foreløpig er dette kun en grov skisse, hvor alt er under planlegging. Kom gjerne med innspill. Det jeg sliter mest med er nå hvordan jeg kan få målt ampere, og få dette som to fornuftige 0 - 5V innganger på prosessoren.

 

 

Takker igjen for alle tilbakemeldinger. :-)

 

Edit: oppdaget en del småfeil i skissen, oppdatert skisse

Endret 6. oktober 2010 av eydybdal

[compus]

Denne kretsen kan umulig virke etter hensikten.

Belastningsstrømmen må hentes ut fra akkumulatorterminalene.

Du kan ikke ha en input på op-ampene som ligger utenfor driftspenningene.

Den antydede transistoren 2N7000 har Id på 200 mA og er ikke brukbar. +++.

[eydybdal]

Stemmer veldig godt det du sier, kretsen kan umulig virke :-)

 

Har lagt merke til at jeg var litt i svimetilstand i går når jeg laget en rask skisse i de mørke nattestimer.

 

FETen som står ved akkumulatoren skal ikke stå der, den skal stå etter akkumulatoren for å styre tilførselen til belastningen.

 

Benevelsen er og feil, det er ikke 2N7000 FET'er jeg benytter her, men STP 16NF06L.

 

 

Men uansett, det jeg sliter mest med er kretsen rundt shuntene, hvordan jeg kan få til en avlesning av amperen som går igjennom shuntene.

 

Ny skisse er under konstruksjon, hvor jeg har fått satt sammen en god del mer av kretsen, og er mer korrekt tegnet. Forhåpentligvis en del feil luket bort :-) Skal se om jeg får den ut snart.

Endret 7. oktober 2010 av eydybdal

[aop9020]

Hvis du setter shuntene etter "belastningen", og mot 0V, så vil du få en spenning i forhold til 0v.

 

Da kan du sette Aref - Analog Referance til 1,1V og da vil du få en oppløsning på 1mV på analogportene. ( 1,1v / 1023 = 0,0010V )

 

1mV over den shunt-verdien du har gitt oss tilsvarer 0,001v/0,083ohm = 12mA.

Da vil du klare deg uten op-amp. 3A * 0,083ohm = 249mV -> ADC = 20

 

Bare å unngå å kortslutte kretsen da =)

 

Kanskje en zener for å beskytte analog-portene?

Endret 7. oktober 2010 av aop9020

[eydybdal]

Ny skisse, mer oppdatert og detaljert.

[compus]

Nå har det blitt betydelige forbedringer! Referert til nullpunktet har du spenninger på 15-12V, 9V, 5V tilgjengelige.

Jeg antar (har ingen kjennskap til Arduino m.v.) at bl.a. prosessoren går på 5V. Når vi antar at driftspenningen på akkumulatoren vil være max 15V, betyr det at opampene du benytter for strøm/spenning konverteringen bør forsynes med en Vcc noe over dette.

 

Det kan ordnes på flere måter. Den aller enkleste er å plassere et 9V batteri på toppen av den eksisterende 9V spenningen. Da disponerer du 18V og et slikt batteri ville sikkert vare lenge. For å hindre skade på opampene ved batteribytte o.l. kan inngangene clampes ved dioder 1N4148 e.l.

 

Du må endre koblingen rundt opampene slik at de virker som differensialforsterkere, men det regner jeg med at du er klar over. Ellers er det vel noen flere detaljer som må vurderes. Jeg ville f.eks. neppe gå god for den antydede ladekretsen rundt NIMH akkumulatoren.

 

(Jeg har antatt at nettspenningen ikke er normalt tilgjengelig.)

 

Et alternativ er å omkonfigurere kretsen slik at du kan plassere shuntene på minussiden. Dette er nok fullt mulig, men krever nytegning av skjemaet.

[Zalo Ultra]

Elfa har mange shunt-monitorer du kan bruke.

 

F.eks kan du bruke AD8206YRZ, den er bidireksjonell, men er i soic-8-pakke.

Det er null stress og lodde dette selv, se f.eks her:

 

Hvis ikke du gidder å lodde overflatemonterte pakker så har elfa en ferdig sak du kan bruke som heter FHS 40-P - KIT 5, (art. nr. 73-748-81).

 

Ulempen er selvsagt prisen.

[eydybdal]

Elfa har mange shunt-monitorer du kan bruke.

 

F.eks kan du bruke AD8206YRZ, den er bidireksjonell, men er i soic-8-pakke.

Det er null stress og lodde dette selv, se f.eks her:

 

Hvis ikke du gidder å lodde overflatemonterte pakker så har elfa en ferdig sak du kan bruke som heter FHS 40-P - KIT 5, (art. nr. 73-748-81).

 

Ulempen er selvsagt prisen.

 

Har sett på samme shunt-monitoren selv, men har konkludert med at man bør enkelt kunne benytte en annen forsterker til samme formål. Ulempen er som du sier at den er i SOIC-8 pakke, som i og for seg ikke er alt for mye arbeid. Men jeg vil tro det blir mindre arbeid å finne ut hvordan jeg kan bruke en forsterker i DIL-8 pakke, sammen med noen motstander :-)

[compus]

Som tidligere nevnt er problemet løst dersom du velger en metode for å spenningsforsyne opampene med tilstrekkelig høy Vcc. Du har jo også muliget til å benytte spenningsdelere slik at potensialene f.eks kommer under 9V. Dette gir større noe større måleusikkerhet og setter større krav til motstandene men jeg ville tro at du kommer langt med 1% motstander og noen trimmemotstander. Den løsningen du får da vil minne om AD8206YRZ. Det er tross alt bare tale om å halvere potensialene.

[Thorsen]

Ta en titt på MAX4172. Den kan måle strømmen uten at du trenger bekymre deg for om kretsens egen spenningsforsyning er høy nok. Sakset fra datablad:

 

The MAX4172 is a unidirectional, high-side current-sense

amplifier with an input common-mode range that is independent

of supply voltage. This feature not only allows

the monitoring of current flow into a battery in deep discharge,

but also enables high-side current sensing at

voltages far in excess of the supply voltage (V+).

 

Finnes desverre bare i SOIC pakke.

 

Artnr: 73-253-92 hos elfa (som etter min mening har feilmerket denne som battery charging ic, da den er mye mer enn bare det)

Endret 10. oktober 2010 av Thorsen