Spannungs-, Stromessung Tiny44

[OnkelTobi]

Servus,

ich möchte mit einem Tiny44 die Spannung eines Akkus und den aktuellen Stromfluss messen.

Maximale Spannung: 20V
Maximaler Strom: 10A

Im Anhang ist ein Schaltplan dazu, wie ich mir das dachte.

Folgende Berechnungen zur Schaltung:
Vorraussetzungen: U=20V, I=10A
Spannungsteiler je (68K+22K)/22K
Widerstand zur Strommessung 0,01Ohm
=> U(ADC_U) = 4,888V, U(ADC_I)=4,864V

Strommessung:
Unipolar Differential Conversation:
ADC=(Vpos-Vneg)*1024/Vref*GAIN
ADC=100

Spannungsmessung:
ADC=Vpos*1024/vRef
ADC=1001

Für die Spannungsmessung bekomme ich ausreichende 19mV/bit

Aber für die Strommessung nur 100mA/bit :(

Wie kann ich die Genauigkeit der Strommessung erhöhen, ohne weitere externe Bauteile?

Eine Lösung wäre ja den Strommesswiderstand auf 0,1Ohm zu erhöhen, aber dann fällt die Spauung um 1V bei voller Last.

[magnetix48]

Hallo OnkelTobi,

bei 10 A fallen nur 0,1 V am Strommess-Shunt ab. Wenn du eine bessere Auflösung haben willst, musst du die Spannung mit einem Differenzverstärker verstärken und auf Masse beziehen.

Gruß
Detlef

[stupsi]

vielleicht hat ja der tiny44 schon einen dirrerenzverstärker mit spannungsverstärkung von 20 eingebaut, ähnlich wie der attiny45 ???

[bluelight_electronic]

moin :),

also irgendwie verstehe ich deine Schaltung nicht ^^ für I In hast du den 10mOhm R ok .. aber wieso nutzt du nun nicht einfach einen Differenz eingang deines ADU's , dann misst du einfach den Spannungsabfall über deinen 10mOhm R .. mach am bessten nen 20mOhm rein (hast halt 2 Watt bei 10A..)

dann kannst den Internen Gain des ADCs einstellen (auf 20) und hast dadurch nun bei 10A, als ADC Wert 4V, ich mein der Tiny44 hat 1x und 20x als Verstärkung ..

sooo dann hättest bei 10A nen ADC Wert von ca. 820 (bei 5V Ref.) joar somit hast ca 12mA / bit

müsstest aber nochma nachrechnen habs grad nur alles überschlagen..

ich hoff ich konnte dir das nun bisschen rüber bringen ^^ bei fragen einfach nachfragen *g*


// edit ok ^^ nun hatte ich das Fenster hier zulange auf .. und hat schon wer das selbe gemeint ^^

der T44 hat auf jeden fall 12 Differenzverstärker mit ner Verstärkung von 20 (wahlweiße 1 oder 20)

is ma beim T24 so den nutzte ich vor kurzem und der 44 ist ja das selbe..

so long

mfg

[magnetix48]

unter bestimmten Bedingungen würde es mit dem Differenzverstärker x 20 funktionieren:

1. R3, der Shunt liegt auf der Masse-Seite
2. Es fließt nur ein positiver Strom.

bei einem negativen Strom würde ein Pin des Differenzverstärkers unter Masse gezogen und liegt damit außerhalb des Messbereichs des ADC.

Sollen beide Polaritäten, also Ladung und Entladung gemessen werden, läßt sich das so nicht bewerkstelligen. Es ist ein externer Messverstärker erforderlich.

Gruß
Detlef

[OnkelTobi]

also irgendwie verstehe ich deine Schaltung nicht ^^ für I In hast du den 10mOhm R ok .. aber wieso nutzt du nun nicht einfach einen Differenz eingang deines ADU's , dann misst du einfach den Spannungsabfall über deinen 10mOhm R .. mach am bessten nen 20mOhm rein (hast halt 2 Watt bei 10A..)
Das macht doch die oberste Schaltung!?
Ich hatte schon mit einem GAIN von 20 gerechnet...


@magnetix48
Du hast Recht, es sollen beide Fälle, also Entladen und Laden erfasst werden.

Dazu ist doch ein etwas höherer Schaltungsaufwand erforderlich.

Im Anhang ist ein Schaltplan dazu...

Der Messwiderstand Ri=0,01 Ohm ist auf Masseseite.
Der Entladestrom wird über einen Nicht-Invertierten, der Ladestrom über einen Invertierten OPV verstärkt und in Bezug auf Masse bestimmt.

Die Messgenauigkeit liegt jetzt bei ca 10mA/bit.

Was ich noch nicht weis:
Auf welchem Potential liegt U(ADC_I_L), wenn der (-)-Eingang des nichtinvertierende OPV eine negative Spannung hat?
Auf 0V?

Und im Umkehrfall, beim Laden U(ADC_I_E)?

Danke schonmal :)

[magnetix48]

Hallo OnkelTobi,

mit den zwei Verstärkern misst du den Lade- und Entladestrom getrennt voneinander. Du musst allerdings mit zwei zusätzlichen Dioden jeweils in der Rückführung der Verstärker parallel zum R dafür sorgen, dass die Verstärker nur positive Ausgangspegel liefern.

Deine Schaltung enthält einen Fehler:
Das Ladegerät ist falsch gepolt!

Gruß
Detlef

[OnkelTobi]

Servus,

ich habe die Schaltung mal simuliert und gleich eine neue Frage:

Warum geht die Spannung am ADC_I_E bzw. ADC_I_L nicht bis 5V, sondern ist irgendwo bei 3,5V begrenzt?
Sie die angehängten Screenshots.

Und wie hoch dürfen die Einzelspannungen bei einer Differenzspannungsmessung sein?
Ist z.B. eine Messung zwischen 19 und 20V möglich?

@magnetix48
Die Polarität des Ladegerätes ist korrekt (+) an (+) und (-) an (-). Dazu ein Widerstand zur Strombegrenzung.

Dafür waren die Eingänge einer der OPVs vertauscht...

[magnetix48]

Hallo OnkelTobi,

wie groß ist die Betriebsspannung für die Verstärker? Wenn es 5 V sind, kommen die Verstärker in die Übersteuerung. Da brauchst du entweder eine höhere Versorgungsspannung oder Rail to Rail Verstärker.

Ich seh gerade, dass du garkeine negative Betriebsspannung hast, dann kannst du auf die Dioden an den Verstärkern verzichten.

Zu dem falsch gepolten Netzteil: Ich hatte das externe Amperemeter als Netzteil angesehen.

Gruß
Detlef

[OnkelTobi]

Servus Detlef,

ich denke ich werde eine niedrigere Referenzspannung für die A/D-Wandlung nehmen. Dann habe ich eine geringere Tolleranz als Vcc bzw die internen 1.1V für die Referenz zu nutzen und die Verstärker sollten mit 5V Versorgung im Arbeitsbereich liegen.

Evtl. benötige ich doch noch eine negative Spannung für die Verstärkung, da die Verstärker mit dem jetzigen Ansatz nicht bis uf 0V "runterkommen", dann brauche ich die Dioden doch wieder.

Eine meiner Fragen hat sich i.ü. erledigt:
Die maximale Spannung an einem Pin darf Vcc+0,5 nicht überschreiten.

[magnetix48]

Hallo OnkelTobi,

du solltest statt der 1N4006 Dioden lieber Schottky-Dioden BAT43 o.ä. nehmen. Die haben eine geringere Durchlassspannung und damit weniger Aussteuerung in negative Richtung.

Ich hatte schon mal in eine andere Richtung gedacht bei der Messung des Lade- und Entladestroms, nämlich dass die 0 bei halber Referenzspannung liegt und der Entladestrom von dort in Richtung 0 V und der Ladestrom in Richtung +Referenz geht. Mit der Art, wie du es gemacht hast hast du beides voneinander getrennt, hat auch Vorteil.

Gruß
Detlef

[OnkelTobi]

Schön dass du mir so schnell helfen kannst ;)

Mit Analogtechnik musste ich mich nämlich noch nie befassen, das mit den Schottky-Dioden ist mir z.B. neu ...

Ich änder das gleich mal...