Вычитание на операционных усилителях

[graf_alex]

Всем привет!

Делаю схемку, которая будет мерять напряжение и ток на некоторой нагрузке и считать потребленные ватты (По сути ваттметр). Если с цифровой частью мне более менее понятно, то в аналоговой электронике я не очень силен. По факту это моя первая сложная аналоговая схема.

Проверьте, пожалуйста, схемку. Мож чего добавить нужно?

В схеме имеется АЦП с опорным напряжением 2,5В. Соответственно все входы приводятся к диапазону 0-2,5В.

Микроконтроллер, всю цифровую часть и выводы питания я опустил, что бы не захламлять схему.

Итак, подзадача №1 (левая часть схемы):

нужно померять напряжение на батарее. Батарея состоит из четырех последовательно соединенных банок (подключается к J1) с выводами между банками. Напряжение каждой банки - 3,3-4В. Нужно померять напряжение на каждой банке.

С самой нижней банкой проблем нет - делитель напряжения пополам приводит входное напряжение в диапазон АЦП.

Напряжение остальных банок тоже можно через делитель мерять от нуля, но я вставил вычитатель на ОУ. Схема вычитает напряжение между двумя соседними точками, а разницу делит примерно на 2. Выходной диапазон так же получается примерно 1,65-2В.

По сути схему я содрал из зарядника этих же самых батареек (Turnigy Accucell 6) - там так же производится побаночный контроль напряжения. Только там схема несколько сложнее. Вот и думаю, не сильно ли я упростил?

Подзадача №2 (правая часть схемы):

Меряем ток датчиком ACS712. Если ток не течет датчик выдает Vcc/2. Если ток через датчик течет, то напряжение увеличивается или уменьшается на 100мВ/А в зависимости от направления тока.

Есть 2 нюанса:

1) у меня ток будет течь всегда в одном направлении, соответственно значения с датчика будут всегда в диапазоне скажем 2,5-4.5В (при напряжении питания 5В).

2) напряжения питания потенциально может плавать

В общем опять же нужно из входного напряжения вычесть Vcc/2.

Левый ОУ просто генерит опорное Vcc/2, правый ОУ вычитает. Вычитающий усилитель - первый попавшийся на рынке Rail-To-Rail ОУ с однополярным питанием.

Результат получается в диапазоне 0-2В

Покритикуйте, пожалуйста, мою схему. Что в ней не так? Может что добавить или выкинуть?

[Реклама]

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

[Falconist]

Самая главная ошибка в том, что Вы загоняете ОУ в режим усиления = 0,5. Я как-то случайно так сделал и получил повышенный шум, над источником которого долго ломал голову. Дело в том, что ОУ корректируются для единичного усиления, т.к. "усиление" меньше единицы - нонсенс.

Поэтому Делайте вычитатели с единичным коэффициентом усиления, а к диапазону АЦП приводите делителями по выходу.

[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

[graf_alex]

ок, спасибо за совет.

А насколько большие получаются шумы? плюс минус пару милливольт я могу и стерпеть.

[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

[Falconist]

Шум был слышен в наушники. Схема была для аудио.

Зачем делать "криво" и "терпеть" эту кривизну, если можно сделать "ровно"???

[graf_alex]

Совет принял.

Просто неясно как оно в оригинале работает - там обвязка ОУ примерно с теми же номиналами.

Это может от самого усилителя зависеть?

[Falconist]

Ну, если имеется жгучее желание помастурбировать походить по граблям - флаг в руки и вперед. Я по ним потоптался и больше желания не имею. А то, что кто-то что-то делал - за то я не отвечаю. Отвечаю токмо за свои слова, основанные на собственном опыте.

В самой схеме особой "крамолы" не вижу. Должна работать. Если нет желания ставить делители (все-таки какое-то дополнительное снижение точности), можно попробовать задать опорное напряжение для ЦАПа от внешнего ИОН вольта так на 4...4,5.

[graf_alex]

ок, спасибо за ответ

[graf_alex]

Тут мне намекнули что напряжение батарее теоретически может быть около 16В (в случае если на каждой банке будет 4В). т.о. на выходе из самого верхнего делителя получается 5.3В.

При том, что напряжение питания самого усилителя 5В, то получается как то не феншуйно. В даташите на микросхему вообще сказано подавать от 0 до V+ - 1.5В (Если честно, то я не совсем понял этот пункт).

Если делать делитель с бОльшим коеффициентом (что бы загнать неинвертирующий вход в заданные пределы), то коеффициент усиления падает еще ниже.

Более того, нужно понижать напряжение на инвертирующем входе. Если там ставить делитель, то за счет обратной связи получается неахти (та же самая проблема была в правой части схемы - там мне пришлось добавить буфферный усилитель)

Есть ли какие нибудь стандартные рецепты решения?

[Falconist]

Да уж-ж-ж-ж. "Затык" знатный получился.

При том, что напряжение питания самого усилителя 5В... В даташите на микросхему вообще сказано подавать от 0 до V+ - 1.5В (Если честно, то я не совсем понял этот пункт).

Это значит, что входное напряжение не должно "дотягивать" до плюсовой шины питания на 1,5 В. В итоге диапазон входного напряжения должен быть между 0 и 3,5 В. А если учитывать, что

Тут мне намекнули что напряжение батарее теоретически может быть около 16В (в случае если на каждой банке будет 4В). т.о. на выходе из самого верхнего делителя получается 5.3В.

то этого не хватит даже для самого нижнего аккумулятора.

Получается, что надо ставить буферные каскады с делителями, скажем 1:10, выходные сигналы которых уже потом вычитать.

[pavelm-ks]

23.04.2014 в 18:56, Falconist сказал:

///////////////

Так ведь можно запитать ОУ от максимального напряжения батареи (для LM 324 30вольт если не ошибаюсь для замера 4х банок лития точно хватит ). На выходе резистор на 20КОМ чтобы не перегрузить порт проца или мультиплексора ,когда вдруг на одном входе будет ноль, а на втором 14вольт. 

Задачка становится сложнее когда надо мерить 16 банок лития как у меня :). ОУ на такую напругу если и надешь то ценик конский . Вот думаю запитать от четверти напряжения батареи и каскадами по 4шт применять делители на 2,4,8

Изменено 21 октября, 2021 пользователем Falconist
Оверквотинг

[Александр Шитов]

Так и чем-же, всё-же, дело закончилось?

Тоже ломаю голову над схемой типа Ваттметра для защиты электронной нагрузки.

[Александр Шитов]

В 23.11.2021 в 13:00, Александр Шитов сказал:

Так и чем-же, всё-же, дело закончилось?

Видимо ничем. Или ничем хорошим.