Преобразователь Напряжения На Оу Для Измерителя

[Clor]

Доброго времени суток.

В связи с разработкой измерителя Ток/Напряжения для двухполярного ЛБП созрел вопрос :

Какую схему Усилителя/Делителя как с инверсией полярности так и без нее применить для обработки входных напряжения и подачи на АЦП.

Попробовал в протеусе 2 схемы.

1. Инвертирующий усилитель + разносный(дифференциальный) усилитель (вычитатель) (Ку = 1)

Эта схема по задумке инвертирует полярность измеряемой величины (усиливает по напряжению если надо) а затем с помощью вычитателя балансируется выход (подстройка ноля вызванного неидеальностью ОУ)

2 Только вычитаталь но с произвольны Ку. Причем для измерения токов (напряжения с шунтов) вход сигнала и напряжение смещения нуля могут меняться местами в зависимости от необходимости инверсии.

В протеусе оба решения работают нормально. Но во втором случае меньше деталей. Вот и возникает вопрос в реальной конструкции обычный разносный усилитель примененный в качестве усилителя с балансировкой выхода (как обычный так и инвертированный) будет работать без всяких там возбудов и прочих неприятностей.

Изменено 24 мая, 2016 пользователем Clor

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[IlCF]

Дифференциальные усилители - работают, да Бывает - без возбуда и прочих неприятностей, а бывает, что и с возбудом. Всё зависит от реализации. Не понятно только, зачем всё то, что вы описали. А конкретно, вопросы возникают такие:

1. Зачем балансировать усилитель (милливольты или даже микровольты) при помощи кувалды?

2. Зачем инвертировать сигнал?

3. Если сигнал оцифровывается, зачем вообще балансировать ОУ, когда на порядок лучшую стабильность даст схема цифровой калибровки?

4. Какие токи планируете мерить и какие измерительные шунты применять (извините, но разбираться в ваших неподписанных схемах со всякими "времянками" никто не будет - вал ответов тому свидетельство).

P.S. Чтобы не рисовать странные схемы на ОУ, необходимо сначала почитать книгу: Интегральная электроника в измерительных устройствах. 1988. - Гутников В.С.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Clor]

При Ку в 26 смещение выходит аж на 20 шагов АЦП (52мв для LM324 если не повезет то может быть и 182мв). Инверсия нужна для измерения отрицательного плеча ЛБП. Шунт 0,01 Ом ток 10А (может будет 20А) соответственно 1-2 вт потерь даже на 0,01 ом.

АЦП 10 бит 2,56в ИОН. Что касается странных схем... типовое включения для любого оу общего назначения. LM324/TL074(084)/NE5532. Можно конечно обычный сумматор собрать и подать смешение обратной полярности, но сопротивление между входами будет меньше чем при дифф включении.

Вообще тема корректировки нуля при обработке сигналов перед АЦП довольно распространенная. Есть ОУ с автобалансировкой нуля, но 800р дороговато.

Изменено 25 мая, 2016 пользователем Clor

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[IlCF]

аж на 20 шагов АЦП (52мв для LM324 если не повезет то может быть и 182мв).

Отвлекаясь от методики расчёта погрешностей усилителя на ОУ (там ещё и всякие входные токи есть, да ещё и не равные друг другу, короче, стр. 21-22 вышеназванной книги Гутникова) замечу, что у десятибитового АЦП шагов больше тысячи, а амперметр в ЛБП предназначен явно не для точных измерений. Кроме того, погрешности ОУ имеют свойство "уплывать".

Инверсия нужна для измерения отрицательного плеча ЛБП.

А просто полярность подключения шунта изменить?

Шунт 0,01 Ом ток 10А (может будет 20А) соответственно 1-2 вт потерь даже на 0,01 ом.

То есть токи в 100 мА и менее вас принципиально не интересуют?

Что касается странных схем... типовое включения для любого оу общего назначения.

Вариантов включения намного больше. Есть, например, инструментальные усилители на обычных ОУ. Кроме того, номиналы резисторов обвязки тоже имеют значение. Короче, почитайте ту самую книгу.

Есть ОУ с автобалансировкой нуля, но 800р дороговато.

Есть прецизионные ОУ (OP07). И правильные схемы включения.

P.S. Трансформаторы тока, интегральные токовые датчики на основе эффекта Холла - короче, существуют не только решения "кувалдой в лоб".

[Clor]

Трансформатор тока в цепи постоянного тока? Дачик хола вблизи ИБП на 100кгц с изменяемой скважностью нуну. Проблема в том что измеритель и ЛБП гальванически связаны так что развернеть шунт не выйдет. Книгу посмотрю. Шаг измерения 10ма. Токи в единицы мА не интересуют. Просто хочу годную аналоговую корректировку сделать. Т.е сжатие/растяжение шкалы + корректировка нуля. Вобшем попробу. на LM324 в дифф. включении если что цена эксперимента 200р с учетом МК.

Изменено 26 мая, 2016 пользователем Clor

[IlCF]

Трансформатор тока в цепи постоянного тока?

До выпрямителя - не?

Дачик хола вблизи ИБП на 100кгц с изменяемой скважностью нуну.

Что "нуну"? Или вы считаете, что через датчик Холла 100 кГц пролезут, а через шунт почему-то не пролезут? Вам один хрен вероятнее всего придётся их фильтровать (но в ваших схемах я ничего фильтрующего не увидел и ОУ будет работать во всю ширину своей полосы пропускания).

Проблема в том что измеритель и ЛБП гальванически связаны так что развернеть шунт не выйдет.

На первый взгляд проблемы не вижу. Вообще, выложите полную структурную схему измерителя тока по обеим плечам - будет понятнее ваша идея.

Шаг измерения 10ма.

Т.е. вы собираетесь измерять ток блока питания по сигналу 100 мкВ? Нет, задача, конечно, достойная)))

Вобшем попробу. на LM324 в дифф. включении если что цена эксперимента 200р с учетом МК.

Осциллограф-то есть у вас?

[Clor]

Осциллограф какой никаой есть. 100мк ... Не вижу ничего криминального. Например у микрофона весь сигнал 3мВ и ничего усиливают причем обычными ОУ. А вот к примеру 10вт тепла на измерительном шунте... это уже как то не очень. Схему сейчас лень рисовать но в 2х словах.

2 независимых ИБП на tl494 с обратной связью по току и напряжению (стабилизация и регулировка через скважность шим). Для питания измерителя и tl494 будет дежурный обратноходовый ибп. Для основных ибп соеденены последовательно, шунты стоят в минусе положительного плеча и в плюсе отрицательного плеча. Фильтрация питания LCLС.

В принципе в самих схемах стабилизации питиния уже есть шунты аж на 0,05ом Но расположены они в отрицательных проводах и коректно измерит шунт по потенциалу -Uпит для измерителя не очень и удобно.

Я еще рассматривал вариант с линейным оптроном но это около 500-800р датчик холла SS495A TO-92 (Mark: 95A) 185р стоит в принципе можно попробовать его вместо шунта, Но я хз как он поведет себя в условиях небольших импульсных помех

Ну и еще я рассматривал 2 МК с развязкой на цифровой оптопаре. Где один из мк это просто ацп c I2C портом.\

Но в целом выходит что проще всего будет использовать именно 1МК и низкоомные шунты которые почти не уронят КПД. Это моя первая схема которую я сам спроектировал и потому я не хочу финансовых затрат.

PS. Проект в Протеусе вполне нормально симулируется (с учетом реальных хар-к деталей). Да и рабочие аналоги (с цифровой коррекцией ноля) есть и работают. Именно 0,01ом и 2,56 ИОН и именно с такой инверсией.

Схема индикатора.spl7

Изменено 26 мая, 2016 пользователем Clor

[slav0n]

а почему-бы не использовать внешний АЦП?

например какой-нибудь сигма-дельта ADS1110 легко и непринужденно меряет термопару.

20 мкВ спокойно и без каких-либо ухищрений с фильтрацией

Изменено 26 мая, 2016 пользователем slav0n

[Clor]

да хотя бы потому что он дороже микроконтороллера и заказывать придется с доставкой. Я ограничен в выборе элементной базы

[Alex Ferrum]

Осциллограф какой никаой есть. 100мк ... Не вижу ничего криминального. Например у микрофона весь сигнал 3мВ и ничего усиливают причем обычными ОУ. А вот к примеру 10вт тепла на измерительном шунте... это уже как то не очень. Схему сейчас лень рисовать но в 2х словах.

Я так понял вы собираетесь измерять постоянное напряжение и ток, а не пульсации напряжения и тока, тогда наверное не следует сравнивать с переменным сигналом с микрофона, где мы имеем возможность при помощи конденсатора отделить переменную составляющую сигнала именно с микрофона от постоянной, которая добавилась за счет неидеальности и ухода параметров операционных усилителей.

В принципе в самих схемах стабилизации питиния уже есть шунты аж на 0,05ом Но расположены они в отрицательных проводах и коректно измерит шунт по потенциалу -Uпит для измерителя не очень и удобно.

Я еще рассматривал вариант с линейным оптроном но это около 500-800р датчик холла SS495A TO-92 (Mark: 95A) 185р стоит в принципе можно попробовать его вместо шунта, Но я хз как он поведет себя в условиях небольших импульсных помех

Я не совсем понял, вы собираетесь измерять ток при помощи датчика холла SS495A, я конечно ничего против не имею, но может есть смысл взять готовые датчики тока на эффекте холла, например ACS712, ACS713. Это же будет гораздо проще, да и по цене они примерно одинаковы.

PS. Проект в Протеусе вполне нормально симулируется (с учетом реальных хар-к деталей). Да и рабочие аналоги (с цифровой коррекцией ноля) есть и работают. Именно 0,01ом и 2,56 ИОН и именно с такой инверсией.

ИОН вы планируете использовать внутренний, встроенный в ATMEGA8, тогда имейте ввиду что разброс его параметров 2,3-2,9 вольт (это по даташиту), наверное лучше использовать внешний, хотя бы на TL431 (если будете делать на ней соответственно параметры делителя 1 килоом и 24 ома или 10 килоом и 240 ом как раз дадут 2,56 вольта), также имейте ввиду что у TL431 относительно большой минимальный ток (по-моему 1 или 2 миллиампера), и данная микросхема требует особого порядка подключения конденсаторов иначе может возникнуть паразитная генерация, в интернете на эту тематику много материалов.

Также есть замечания по схеме:

во-первых на схеме обычно указываются потенциалы относительно точки выбранной как "земля", поэтому на кулер идет не +5 вольт и -5 вольт, а +5 вольт и "земля". Тут проблема не в правильности оформления, а в том чтобы самому потом не запутаться. Например, те же самые 5 вольт питания можно представить как +5 вольт и "земля", а можно как +2.5 вольта, "земля" и -2.5 вольта.

Во-вторых цифровое и аналоговое питание контроллера лучше разделять фильтром, наподобие того, который стоит у вас после стабилизатора напряжения DA1.

[Clor]

Это не моя схема. Это как пример рабочего устройства. По поводу ИОН, можно и TL431 это не принципиально, есть куча стабилитронов, можно подобрать по номиналу и учесть в прошивке. И я так понимаю нужно на 5-10ма нагрузить резистором. Ну и опять же в схеме предусмотрено сжатие/растяжение шкалы путём регулировки сопротивления ООС.

Подключить аналоговое питание через дополнительный CLC фильтр? или цифровое? или каждому свой?

Землю я так понимаю разводить так же как и в усилителях из одной точки с делением сигнальная/силовая.

Изменено 26 мая, 2016 пользователем Clor

[Alex Ferrum]

Насчет стабилитронов - не рекомендую, нужен именно источник опорного напряжения, в самой TL431 есть источник опорного напряжения, хотя она сама часто называется в разных источниках стабилитроном. Стабилитроны имеют очень большой разброс параметров.

По поводу подключения питания к аналоговой и цифровой части, в даташите это есть в разделе АЦП, а именно питание идет на цифровую часть и оттуда через LC фильтр (10 микрогенри и 100 нанофарад) на аналоговую часть.

По поводу трассировки земли я тут вдаваться в детали не буду, ну просто тема очень объемная и имеет много тонкостей, а в целом сравнение с трассировкой усилителей верное.